【关键词】耐热导线；输电工程
1.前言
耐热导体传输技术的应用将增加传输容量，影响耐热导体传输技术的主要因素是耐热导体的性能。我国从20世纪60年代开始研制开发高强度铝合金线材，90年代引进了世界先进的生产设备和技术。产品质量达到国际水平。近年来，许多厂家开发生产耐热电线，极大地提高了我国耐热电线的生产能力，促进了我国耐热电线传输技术的发展。目前，国内生产的耐热线夹等金属配件已在许多耐热输电线路中得到应用。
2.耐热导线输电技术介绍
2.1耐热导线耐热原理
从焦耳定律可以看出，由于电阻的存在，金属导体通电时温度会升高，其力学性能会相应降低，从而导致传输容量的降低。为了提高导体的传输能力，美国学者发现在导体的铝材料中加入锆元素可以大大提高铝材料的耐热性，使导体在较高的温度下具有较高的传输能力。耐热线材耐热性高的原因是锆的加入提高了线材的再结晶温度，使金属材料在冷加工过程中出现晶格缺陷和塑性变形。金属材料加工过程中的高温导致材料原子热能的增加，金属材料中的晶格缺陷容易移动，使一部分热能转化为机械能，从而消耗一部分材料的热量，最后提高金属材料的耐热性。在电力系统中，架空输电线路的工作温度一般小于200℃，但耐热导线的工作温度远远超过这个值，其耐热性能非常好。软化起始温度是衡量导体热阻的重要指标。有学者发现，改进后的耐热铝合金丝的软化起始温度比普通硬铝丝高出100℃，说明耐热丝的耐热能力明显高于普通硬铝丝。
2.2耐热导线的运用情况
1995年我国最早输电线路采用耐热导线输电技术,由武汉市供电局设计院对该市110kV英栖线路扩容改造,线路采用国产钢芯58%导电率耐热铝合金绞线(NRLH58GJ-240/30)更换旧导线,载流量从445A提高到611A。其次,深圳供电规划设计院对该市南山、月亮湾电厂送出工程的南热1、2回110kV线路扩容改造,采用同规格的国产钢芯58%导电率耐热铝合金绞线(NRLH58GJ-400/35)更换旧导线,载流量从1296A/227MW提高到2026A/356MW,至今深圳地区采用耐热铝合金导线扩容改造线路已达200km。2001年山东省220kV石平线路用耐热铝合金导线(NRLH58GJ-400/50)更换旧导线(LGJQ-400/50),载流量由833A提高到1180A;广东佛山供电分公司在220kV罗文线采取同截面耐热铝合金导线(2×NRLH58GJ-300/40)代替普通钢芯铝绞线,线路输送容量提高了40%;广东电力局220kV万板线改造工程,普通型导线更换为耐热型导线后,大大提高了线路输电能力,乔北-临钢110kV电力架空线于2002年12月投产,采用NRLH58GJ-240/30型导线,满足了临钢电力负荷的要求;北京昌平500kV变电站~清河220kV变电站输电线路改造,更换为耐热导线后提高近50%的送电能力;上海吴泾~杨思220kV扩容线路采用400mm2耐热铝合金导线,导线运行温度110°C,大大提高输送功率;宁夏青铜峡~平吉堡线路工程,银川供电局的水石线路工程,苏州供电局的车松线工程均采用了耐热型导线,获得了很好的经济效益。
技术水平：①影响耐热导线输电技术的主要因素是耐热导线的性能,因此研制和生产具有优良性能的耐热导线是关键。我国从60年代开始研制和开发高强度铝合金线,90年代引进世界先进的生产设备和工艺技术,产品质量达到国际水平。近年来又有许多厂家研制与生产耐热导线,满足了国内耐热导线的需求[12];②导线温度升高对金具有一定影响。目前国产与耐热导线配套的耐热线夹等金具已在许多耐热导线输电线路上应用。2004-12,由河南省电力设计院等单位共同研制开发的耐热导线金具通过了技术鉴定，满足了500kV漯姚线工程的需要,为耐热导线的推广应用打下了基础。
目前耐热导线输电技术已成熟,从今后发展考虑,将会有较大的发展。但应注意,耐热导线输电技术虽能提高线路的输送功率,但导线温度升高后会引起弧垂加大与线路损耗的增加。因此,在采用其技术时应权衡利弊,合理运用。
3.耐热导线在输电工程中的实际应用
3.1工程概况
广西电网西南部某区域的110kV甲、丙变电站通过1回110kV线路与220kV1号变电站相连。甲变电站到1号变电站的A段输电导线、甲变电站到乙变电站的B段输电导线型号均为LGJ-240，长度分别为40km、30km。该变电站分布图如图2所示。近期两个大型铝企业扩建工厂，新建的4条生产线投产后，预计1号变电站所带负荷达105MW，为满足该区域未来负荷发展需求，需要新建1个110kV丁变电站。
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图2某区变电站分布图
3.2丁变电站接入系统的技术方案
下面就该工程的实际情况，论述丁变电站接入系统的技术方案。表1给出部分输电线路极限输送容量。由表1数据可知，新增负荷后，该区域负荷容量已超过LGJ-240导线40℃时的极限输送容量。但由于A段导线始建时选用的杆塔仅能挂LGJ-240的导线，本工程无法采用增加导线截面积的方案。
表1输电线路极限输送容量表（部分）
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经过论证，拟建的丁变电站接入系统方案有如下。
方案1：征用土地，新建电力走廊，架设1回型号为LGJ-240、长度为40km的导线C，丙变电站和甲变电站接入1号变电站；丁变电站π接到B线路，π接线路长约2km。方案1系统接线图如图3所示。
图3方案1系统接线图
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方案2：考虑到电力走廊比较困难，本方案采用地下电缆方式，新挖电缆沟道，敷设电缆线路D，丁变电站通过电缆直接接入1号变电站，电缆长度约45km。方案2系统接线图如图4所示。
图4方案2系统接线图
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3.3接入系统方案的经济性分析
方案1要协调社会资源获取线路走廊路径，在项目前期进行征地补偿时，可能会遇到较多阻力，建设工期将被拉长，且A段输电导线与线路近区的楼宇距离有限，在A段旧线路附近新建线路施工较为困难，因此新建线路并不适合本工程。方案2中，丁变电站单独接入1号变电站，可靠性高，且接线简单，运行管理方便，但敷设电缆投资较大，经济性不佳。方案3在弧垂校验通过的情况下，利用原有架空杆塔及部分金具，不需要新征电力走廊，经济性较佳。在仅考虑线路和变电投资时，3个方案的投资金额见表3。
表3个方案的经济性比较
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由于每个方案前期工程量不一样，表3列出的是投资估算值。方案1中未涉及土地补偿费用，此项费用与路径所在地种植的树木类型和价值等因素有关，无法笼统地给出；方案2辐射的电缆线路过长，投资过大，一般工程上较少采用，较为经济的方法是采用电缆与架空线路的结合，但此种方法需要详细踏勘并与相关部门协商后，方可列出电缆与架空线路长度和费用；方案3虽然在线路和变电投资上较少，经济性最佳，但随着运行温度升高，耐热导线输送容量增大，其线路损耗也增大，温升会导致输电线路弧垂增加，因此在采用耐热导线时需要根据实际情况考虑输电线路温升后的弧垂情况，验证安全距离是否满足规程要求，若部分杆塔安全距离不足，则需要替换，这会使得投资金额相应增加。
结束语
耐热导体材料是一种新型的输变电工程材料。它是一种耐热温度可超过普通钢芯铝导线60℃的导体材料。根据国际规定，耐热导线的工作温度在短时间内（不超过2小时）可达到180℃，连续稳定的工作温度可达到150℃，而普通钢芯铝导线的耐受温度仅为90℃。因此，耐热导体材料大大提高了传输电流密度。因此，耐热导体材料是一种增容导体。这是解决广东电网变电站扩容改造瓶颈的一项切实有效的措施。
【参考文献】
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[5]周春丽,覃晖,白先红,谭晓虹,罗启登,戴雨欢.耐热导线在输电工程中的应用探讨[J].广西电力,2019,42(06):48-52.
论文作者:韦保全
论文发表刊物:《科学与技术》2019年第23期
论文发表时间:2020/5/8