摘要：本文通过对目前架空输电线载流量计算方法的理论基础进行了分析，在此基础上完善了输电线散热计算方法，修正了架空输电线载流量的计算公式，并对输电能力的影响因素进行了分析。研究结果表明，环境温度和风速对架空输电线的载流量有显著的影响，环境温度的降低和风速的提高，可以使输电线载流量显著提高。随着导线运行温度的提高，提高载流量的潜力降低。如果导线运行的最高运行温度为70
，载流量还可以提高14%。
关键词：架空输电线；载流量；计算分析
0 引言
我国电力需求增长快速，电力短缺成为制约经济发展的瓶颈。由于新建线路受到建设周期、资金和线路走廊及环境等因素制约，因此在原有线路基础上提高正常输送容量对解决输电瓶颈具有重要的意义。
目前，架空输电线载流量的计算普遍基于Morgan公式[1]，该公式在计算载流量时，某些因素考虑过于保守，与架空输电线实际环境存在一定偏差，因此导致计算得到的载流量过于保守。国内学者对提高载流量的可行性方面开展了大量研究[2，3]，在载流量计算方法方面开展了研究[4，5]，修正了太阳入射辐射的计算[5]。本文针对架空输电线载流量计算方法中的输电线表面辐射散热的计算方法进行了修正，修正后的输电线表面辐射散热计算方法更加接近架空输电线所处的实际环境。在此基础上，研究了环境温度及风速对架空输电线载流量的影响。
1输电线路载流量计算方法
我国输电线路稳态载流量计算方法与国际电工委员会（IEC，International Electro-technical Commission）载流量计算方法的相同，继承了IEC1597计算方法，采用以下Morgan公式进行稳态载流量计算[1]
（1）
其中
为导线稳态载流量，
为单位长度导线表面辐射散热功率，
为单位长度导线表面对流散热功率，
为单位长度导线表面日照吸热功率，
为导体单位长度交流电阻。
辐射散热功率采用以下公式计算[1]
（2）
式中
为导线外径，
为导线表面辐射系数，对光亮新线取0.23~0.43，深色旧线取0.9~0.95；
为斯蒂芬–波尔兹曼常数，
5.67×10−8
；
为导线表面温升；
为环境温度。
对流散热功率为[1]
（3）
式中
为导线表面空气导热系数，
为雷诺数，
，V 为垂直于导线的风速，
为导线表面空气的运动粘度。考虑空气导热系数及运动粘性系数随温度的变化，则
（4）
（5）
太阳照射吸热功率为[1]
（6）
式中
为导线表面对太阳辐射的吸收率，对光亮新线取0.35~0.46，深色旧线取0.9~0.95；
为地球表面日照强度，晴天无云时取1000
。
将式（2）～（6）代入式（1）得目前普遍采用的稳态载流量计算公式
（7）
2 载流量计算方法分析与改进
在上述稳态载流量计算中，关于辐射散热功率计算所采用的公式（2）为导线表面对一个温度为
的黑体环境的辐射散热量。实际上，架空输电线是在一个半开放的空间中，该空间的边界一半是地面环境，另外一半边界是空中的环境，因此，关于输电线表面辐射散热的计算公式（2）与实际输电线所处环境不同。
实际上，架空的输电线表面有一半对地面辐射散热，另外一半表面对空气辐射散热，而空气对热辐射是不吸收的[6]，因此，公式（2）给出的输电线表面辐射散热量的计算结果偏低，实际输电线表面辐射散热量要比公式（2）给出的结果高，采用公式（2）计算得到的输电线载流量过于保守，浪费了输电线路资源。
考虑到上述因素，本文对输电线表面辐射散热计算方法进行了修正。考虑到空气并不与输电线表面进行辐射换热，因此，输电线表面辐射散热计算公式可以修正为
（8）
修正后的稳态载流量计算公式为
（9）
3 载流量及其影响因素分析
采用改进后的载流量计算公式对稳态载流量进行了计算，并分析了影响载流量的因素。
以常用的铝绞线和钢芯铝绞线为例，其交流电阻与直流电阻之比为1.0164 ~ 1.0224，本文取平均值为1.02，则交流电阻为[5]
（10）
式中R20为20℃时单位长度导线的直流电阻，
为导线温度，
。
本文以300/25钢芯铝绞线为例，导体直径23.76mm，直流电阻取0.09433
[7]，垂直导线方向风速为0.5
，对太阳辐射的吸收率取0.925，发射率取0.925，环境温度取25
，地球表面日照强度取1000
。
图1给出了输电线工作于不同温度时允许的载流量，其中实线代表采用修正后的载流量计算公式给出的结果，虚线代表未修正的载流量计算公式给出的结果。从图中对比可见，修正了载流量计算公式中导线表面辐射散热计算方法后，计算得到的载流量高于未修正的结果，可见目前采用的载流量计算公式过于保守，在维持输电线允许温度的情况下，实际输电线的载流量是可以更高的。
图1 载流量与导线温度的关系图2 不同导线温度下载流量提高潜力
由于目前采用的载流量计算公式对导线表面的辐射散热能力估计过低，修正后的载流量计算公式中关于导线表面辐射散热的计算更加符合实际，因此，架空输电线载流量仍可以进一步提高。
图2给出了不同导线温度下，载流量可以进一步提高的潜力。可以看到，随着导线运行温度的提高，提高载流量的潜力降低。如果导线运行的最高运行温度为70
，载流量还可以提高14%。
图3给出了架空输电线载流量随环境温度的变化。可以看到，随着环境温度的降低，载流量明显提高。
图3 载流量与环境温度的关系图4 载流量与风速的关系
图4给出了架空输电线载流量随风速的变化。可以看到，随着风速的增大，载流量明显提高。
4 结论
本文通过对目前输电线载流量计算方法的分析，建立了与输电线所处实际环境一致的辐射散热计算方法，并在此基础上修正了架空输电线载流量的计算公式。研究结果表明，目前基于Morgan公式的载流量计算公式在计算架空输电线的载流量时过于保守，实际架空输电线的载流量具有一定的提高潜力。环境温度和风速对架空输电线的载流量有显著的影响。环境温度的降低和风速的提高，可以使输电线载流量显著提高。
参考文献：
[1]CIGRE．Thermal behavior of overhead conductors[R]．CIGRE WG12，1992．
[2]周孝信，郭剑波，胡学浩等．提高交流500 kV线路输电能力的实用化技术和措施[J]．电网技术，2001，25（3）：1-6．
[3]栾军，张智刚，寇惠珍等．提高500 kV 电网输电能力的技术研究[J]．电网技术，2005，29（19）：15-18．
[4]张成巍，邱烜.架空线路动态增容技术研究.广东电力，2012，25（2）：57-61
[5]卢艺，陶凯，林声宏.架空导线载流量动态计算与应用.电网技术，2009，33（20）：76-80
[6]杨世铭.传热学.高等教育出版社.
[7]http：//wenku.baidu.com/view/937e882a0066f5335a8121ae.html
论文作者:周建辉
论文发表刊物:《基层建设》2018年第34期
论文发表时间:2019/1/15
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