引言

近年來,由于臺風災害頻發(fā),沿海強風區(qū)域的輸電線路發(fā)生了多次倒塔事故,對電網(wǎng)的供電可靠性造成較大影響。為提高輸電線路抗臺風能力,需對不滿足最新防風設計標準的線路進行改造。目前防風改造有重建桿塔、加固鐵塔、更換導線等方式,當線路位于不具備重新立塔條件的敏感區(qū)域,或線路桿塔(如水泥桿、鋼管桿)無法進行有效加固時,采用更換小線徑導線的防風改造措施更為經(jīng)濟和可行。本文對沿海強風區(qū)域的防風設計標準進行分析,提出更換小線徑耐熱導線進行防風改造的辦法,并針對設計過程中應校核的事項進行解析。

1沿海強風區(qū)域線路防風設計標準

沿海強風區(qū)域已建輸電線路分別執(zhí)行1979年、1990年、1999年和2010年國家頒布的架空線路設計標準,現(xiàn)行的GB50545一2010《110kV~750kV架空輸電線路設計規(guī)范》風速設計標準最高。為提高輸電線路抗臺風能力,南方電網(wǎng)公司制定了高于國家標準的防風技術規(guī)范,文獻[1]中要求,"計算導、地線大風工況水平荷載時,沿海Ⅰ、Ⅱ類風區(qū)的110kV、220kV輸電線路風荷載調(diào)整系數(shù)8c應取1.3",同時針對廣東沿海臺風多發(fā)的情況,提出了已建輸電線路改造的技術標準。

2耐熱導線介紹

耐熱導線具有耐熱性能強,輸送容量大,機械荷載小等特點,其連續(xù)運行溫度可達到150℃以上,載流量較同截面的鋼芯鋁絞線更大。此外,耐熱導線一般采用低膨脹系數(shù)的鋼芯,可有效消除耐熱導線高溫運行后弧垂增加的問題,因此采用耐熱導線設計時,不需整體增加桿塔高度。目前,耐熱導線一般應用于電網(wǎng)增容改造、變電站母線及大跨越線路,在防風改造中的應用較少。

3耐熱導線應用解析

采用耐熱導線對已建線路進行防風改造,關鍵是在滿足防風設計標準的前提下,計算確定耐熱導線的外徑。依據(jù)外徑計算結果對耐熱導線進行選型,若滿足線路輸送容量要求,進而再對線路的定位弧垂進行校核,最終確定更換耐熱導線的改造方案。

3.1耐熱導線外徑計算

依據(jù)現(xiàn)行國家規(guī)程要求,導線的水平風荷載標準值和基準風壓標準值,應按下式計算:

式中,Wx為導線水平風荷載標準值(kN):Wo為基準風壓標準值(kN/m2):α為風壓不均勻系數(shù):μz為風壓高度變化系數(shù):μsc為導線體型系數(shù):p為導線外徑(m):Lp為桿塔的水平檔距(m):B為覆冰時風荷載增大系數(shù):sin9為風向與導線的夾角(9):V為基準高度為10m的風速(m/s)。

結合式(1)和式(2),采用更換耐熱導線進行防風改造時,耐熱導線的外徑應按下式計算:

式中,p耐為耐熱導線外徑:p原為原導線外徑:Lh為已建桿塔設計水平檔距:Lmax為已建線路桿塔使用的最大水平檔距:Va為已建線路原設計風速:Vb為防風改造要求達到的設計風速:8c為導線風荷載調(diào)整系數(shù),取為1.3。

3.2耐熱導線校核

根據(jù)式(3)的計算結果可確定耐熱導線的最大截面,在環(huán)境溫度為40℃,太陽輻射功率為1000w/m2,風速為0.5m/s的條件下,計算耐熱導線的載流量是否滿足輸送容量要求,若滿足要求再進一步對導線的定位弧垂進行校核。

校核導線定位弧垂的關鍵在于計算耐熱導線輸送正常潮流時達到的導線溫度,將該溫度下的弧垂作為更換導線后的定位弧垂,與原導線的定位弧垂進行對比,若比原定位弧垂較大,則需要校核線路與沿線交叉跨越物的距離,或在不超過線路桿塔使用條件下調(diào)整導線的安全系數(shù),使導線的定位弧垂與線路原設計情況相當。此外,當線路與鐵路、高速公路及一級公路交叉時,需計算在極限輸送容量下耐熱導線達到的溫度,以該溫度下的導線弧垂校核交叉距離。

4工程實踐

以某220kV線路為例,極限輸送容量為443MVA,正常潮流下輸送容量為280MVA,設計風速為32.8m/s,導線采用2×LGJ-300/40鋼芯鋁絞線,線徑為23.94mm,全線按鋼管桿架設,桿塔設計水平檔距為350m,桿塔使用的最大水平檔距為275m,導線設計安全系數(shù)為4.5。更換該線路的導線,以達到38.1m/s設計風速的防風要求。根據(jù)式(3)可得:

根據(jù)耐熱導線外徑計算結果,擬更換為JNRLH1x/LB20A-185/30鋁包鋼芯耐熱鋁合金絞線,與原導線的參數(shù)對比如表1所示。

根據(jù)計算,JNRLH1x/LB20A-185/30鋁包鋼芯耐熱鋁合金絞線在導線表面溫度達到70℃、100℃時載流量分別為383A、602A,滿足正常潮流和極限輸送容量的要求。將導線表面溫度為70℃時的弧垂作為線路的定位弧垂,耐熱導線安全系數(shù)為3.0,在代表檔距分別為150m、200m、250m、300m時與原線路定位弧垂的對比情況如表2所示。

通過表2的對比可判斷更換導線后定位弧垂較原來偏小,即線路與交叉跨越物的距離滿足原設計條件。因此,采用JNRLH1x/LB20A-185/30鋁包鋼芯耐熱鋁合金絞線進行導線更換符合防風改造要求。

5結語

(1)采用耐熱導線進行防風改造,最關鍵的是計算確定耐熱導線的外徑,再對耐熱導線進行選型:

(2)在確定耐熱導線的型號后,應對導線的輸送容量、定位弧垂進行校核,以滿足設計規(guī)范要求。