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提高华东电网500kV输电线路输送能力的措施

文档作者：钱之银，张启平文档来源：华东电网有限公司		点击数：	更新时间： 2024年07月01日
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上一篇：提高新疆输电工程建设质量的管理措施

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2005年10月
第6卷第1O期
电力 设备
Electrical Equipment
Oct D06
Vo1．6 N0．10
提高华东电网500 kV输电线路输送能力的措施
钱之银，张启平
(华东电网有限公司，上海市200002)
摘要：针对华东电网500 kV输电线路热稳定制约输送能力这一突出问题，分析了提高现有输电线路输送容-t-~J方法．并
对提高导线允许温度可能出现的问题进行了研究，最后得出在确保线路安全运行的情况下，提高现行线路输送能力是可
行的，并介绍了华东电网提高导线输送能力的应用情况。
关键词：输电线路；输送容量；导线允许温度；弧垂；载流量
中图分类号：TM726
0 引言
随着长三角地区经济的发展，用电负荷不断攀
升。华东500 kV电网的大量输电线路均在大负荷运
行，输电能力瓶颈问题非常突出。随着华东主网架的
加强，暂态稳定已经不是制约输送能力的主要因素，
目前制约500 kV电网输送能力的主要因素是并列运
行线路在正常方式下，特别是在N一1的方式下运行，
潮流超过规程规定的设备热稳定水平。为确保设备
不因过载而跳闸，不得不在正常运行方式下严格控制
其输送功率，这样就制约了设备本身输电能力的发
挥。因此，如何提高500 kV线路热稳定水平是提高
华东500 kV 主网架输送能力的关键所在。目前，部
分500 kV线路输送容量的热稳定限额已严重制约了
系统内的容量输送。建设新的线路走廊不仅投资巨
大、建设周期长，而且在用地紧张的苏南、上海等大中
城市附近开辟新的线路走廊难度较大。因此如何科
学、安全地提高现有输电线路的输送容量，成为华东
电网迫切需要研究的课题。
早在2002年10月，华东电网公司就作出了在确
保安全运行的前提下，提高输电主通道的输送容量的
决策。并于2003年对此立项进行专题研究。选取运
行热稳定受阻的斗南、斗牌双线共4条线路作为试点
线路。
1 导线载流量的确定
1．1 导线截面的确定
线路导线截面的选择，一般按经济电流密度初步
选定，用发热条件和电晕条件(对高海拔地区)进行
校验，对超高压和特高压线路还要用无线电干扰条件
和噪声条件进行校验。
导线截面选取首要的是保证安全：大多数情况
下，选择导线的经济电流截面要比选择发热载流量的
截面大，这使得导线运行更加安全；其次要经济：在安
全条件下，选择的导线不但要考虑初投资节省，还要
在运行中减小电能损耗，降低运行成本，这样不仅创
造经济效益，而且增强了企业的竞争力；第三要符合
环保要求，减少对周围环境的影响，使无线电干扰、电
晕噪声等符合环保要求，以取得社会效益。
下文将主要分析在导线截面确定后，导线的允许
载流量计算的方法。
1．2 导线允许载流量的计算
导线的温度与导线的载流量、环境温度、风速、日
照强度、导线表面状态等有关，对于确定的环境条件。
导线的允许载流量直接取决于其发热允许温度，允许
温度越高，允许载流量越大。但是导线发热允许温度
受导线载流发热后的强度损失制约，因此架空导线的
允许载流量一般是按一定气象条件下导线不超过某
一温度来计算的，目的在于尽量减少导线的强度损
失，以提高或确保导线的使用寿命。
允许载流量的计算与导体的电阻率、环境温度、
使用温度、风速、El照强度、导线表面状态、辐射系数
及吸热系数、空气的传热系数和动态黏度等因素有关。
导线的最高使用温度按各国的具体情况而定，El本、美
国的导线最高使用温度允许到90℃ ，法国为85℃ ．
德国、荷兰、瑞士等国允许到80℃ ，我国和前苏联允许
到70℃ 。
架空导线载流量的计算公式很多，但其计算原理
都是由导线的发热和散热的热平衡推导出来的。热平
衡方程式为
+ = +
式中， 为单位长度导线电阻产生的发热功率，
w／m； 为单位长度导线的El照吸热功率，w／m；
为单位长度导线的辐射散热功率，W／m； 为单位长
度导线的X,l-流散热功率，w／m。
各国在计算过程中考虑的各个因素有所不同，使
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提高电网输送能力专题 钱之银等：提高华东电网500 kV输电线路输送能力的措施 9
其公式的系数不同，但计算结果相差不大。以英国摩
尔根公式和法国的公式作比较，其计算值相差1％ ～
2％ 。其中英国摩尔根公式考虑影响载流量的因素较
多，并有实验基础。但摩尔根公式计算过程较为复
杂。在一定条件下将其简化，可缩短计算过程，适用
于当雷诺系数为100～3 000时，即环境温度为40℃ 、
风速为0．5 In／s、导线温度不超过120℃ 时，可用于直
径为4．2～100 mm 的导线载流量的计算。载流量计
算公式如下
f9．92a(vO)。485+订 SD[( +t +273) 一(￡ +273) ]一 。，8D1
一t————————— ———————～ ．『
式中，0为导线的载流温升，oC； 为风速，m／s；D 为导
线外径，m；占为导线表面的辐射系数(光亮新线为
0．23—0．46，发黑旧线为0．90～0．95)；S为斯蒂
芬一包尔茨曼常数5．67 X 10 w／m ；t 为环境温
度，oC；Ot。为导线吸热系数，光亮新线为0．23～
0．46，发黑旧线为0．90 ～0．95；k．为t(t=0+
t )oC时的交直流电阻比；Rd。为t oC时直流电阻；，。
为日光对导线的日照强度，w／m 。我国现行标准
导线载流量计算，采用的就是以上计算公式。
载流量公式确定后，所选取的参数对计算载流
量的影响很大，表1为收集到的有关国家载流量
的计算参数。
表1 有关国家载流量的计算参数
注：美国对日照强度的计算还考虑了太阳高度、太阳方位角、线路的方位角、海拔高度等因素。其他算式均以日照强度综合概括
了以上因素的影响。
现用摩尔根公式，环境温度t 取40℃ ，采用中国和IEC条件，进行载流量计算，计算结果如表2所示。
表2 用摩尔根公式计算的载流量
通过对导线载流量的各个边界条件影响的分析，
得出以下结论：
(1)边界条件对导线载流量计算影响比较大，由
于各国根据本国的条件(环境强度、日照强度、吸热系
数等)取值各有不同，因此计算出的载流量相差较大。
以我国和IEC 的条件分别计算的载流量，相差在
15％ ～20％ 左右。因此选择适合于本地区的计算边
界条件是非常重要的，也是需要进行进一步研究的
问题。
(2)导线表面辐射系数和表面的吸热系数，主要
是由导线的新旧决定，虽然它们各自对导线载流量有
一定影响，而且影响是相反的，但它们对导线载流量
的综合影响要小得多，在导线使用温度范围内，大约
为1％ 一2％ 。
(3)风速对导线载流量影响很大： =0．5 rn／s比
= 0．1 m／s时的载流量要大40％ ，而 ：1．0 In／s比
= 0．5 m／s时的载流量要增大15％ ～20％ ，所以风速
的取值值得研究。据国外研究表明，风向与导线的夹
角不同，对载流量的大小也有影响。
(4) 日照强度对载流量也有影响。日照强度为
100 W／m 较1 000 W／m 的载流量要提高15％ 一
30％ ，但日照从1 000 W／m 减少至900 W／m 时，载
流量仅提高1％ ～4％ 。
(5)温度对载流量的影响很大：从导线温升0与
载流量的关系可以看出，在温升的初始阶段，载流量
上升很快。环境温度0≤40 oC时，导线温升每升高
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10 电力设备 第6卷第1O期
5℃ ，载流量要增加10％ ；O>40 oC时，导线温升每升
高5 oC，载流量要逐渐减少，从8％ 降至2％ 。
总之，影响导线载流量的边界条件，一部分为外
界环境条件，如风速、日照强度、环境温度等，这是与
输电线路所处的自然条件有关。另一部分是与导线
有关的，如导线的吸热系数、辐射系数、导线允许温
度、导线直径等。导线的吸热、辐射系数综合影响载
流量是不大的，当导线直径(截面)一定时，导线允许
温度的取值就成为影响载流量的主要因素。
根据以上的分析计算，提高华东电网现运行线
路的载流量有2种方法：① 导线允许运行温度不
变，根据运行环境实际情况，核算线路载流量，对
受限线路载流量进行精细管理。如通过在线测量
线路的实际风速、日照强度和实际环境温度，计算
确定线路的载流量。② 环境温度仍按+40 oC考
虑，线路风速和日照强度完全按规程要求，提高导
线允许运行温度。
方法一的优点是现行运行标准不变，线路运行安
全性不变，但需要研发在线风速、日照检测和数据传
输装置，需要一定的研发周期；方法二适合迎峰度夏时
期，但导线运行温度将超过目前规程规定导线允许运
行温度+7O℃ ，并由此带来3个问题：① 不符合现行设
计标准(现行标准要求导线最高温度为+7O oC)；② 对
导线、配套金具的机械强度和寿命有不同程度的影响；
③ 由于温度提高，导线弧垂的增加，对地及交叉跨越空
气间隙距离减小，影响线路对地及交跨的安全裕度，影
响程度取决于线路走廊的实际情况。
本文重点介绍通过提高导线允许温度(第二种方
法)，确定导线载流量的方法。
2 提高导线允许温度有关问题的探讨
2．1 对导线及配套金具机械强度的影响
导线在高温下运行时会缓慢退火、老化，使其强
度损失，强度损失随导线温度和加热时间的增加而增
大，间断加热对强度损失具有累积作用，国际上通常
认为在电流长期作用下的导线瞬时破坏张力的降低
不应大于5％ ～10％ 。1999年修订线路设计规程的
调查中，得到54／7钢芯铝绞线的强度损失见表3。
表3 温度对导线强度损失
1980年国际大电网会议的报告中提出钢芯铝
绞线的强度损失数据说明，钢芯铝绞线在短时间受
热90～150 oC时，其强度并未遭受损失，反而有所提高，
这可能是由于其线股在受热后调整伸长和位移使受力
条件得到改善，钢芯强度能更好利用的结果。报告认
为仅从导线耐热的角度考虑。钢芯铝绞线可采用
150 oC，但为了避免接头氧化而损坏，在连续运行时，
它们的温度必须不超过70 o【=。
2002年，电力建设研究所为提高导线发热允许温
度进行了单丝和整线及其配套金具的发热试验，并结
合我国实际情况选择了LGJ一185／30、I 一400／35、
LHBGJ一400／5O和ACSR一720／50等4种常用的导线为
代表。试验结果表明：绞前单丝80 oC持续加温时硬铝或
铝镁硅合金线强度损失率均小于5％ ；导线温度由70 c【=
提高至80 oC，对导线强度损失率的增大不超过l％ 。
绞前线材在恒定温度加热下的强度损失率见图l。
图1 绞前线材在恒定温度加热下的强度损失率
绞后线材持续高温后的强度损失率与绞前基本相
同。硬铝线在8O℃ 条件下经1 00o h加热后，与常温
20 oC相比强度损失率相差不到5％ ；铝镁硅合金和镀
锌钢线强度损失率没有变化。此外，4,4．54、4,3．22和
4,3．02硬铝线持续加温9o oC、1 00oh后，强度损失率分
别为3．91％ 、5．o8％ 和6．58％ ；加温100 oC、1 000 h后，
强度损失率分别为6％ 、6．76％ 和9．4％ 。由此说明强
度损失率与线径有关，越细损失越快。
结果表明，4种导线在80 oC和90 oC持续高温下
的综合强度损失率分别小于4％ 和6％ 。试验观测的
4种导线在高温下温度膨胀系数和弹性模量变化
很小。
归纳以上情况，可以看出提高导线允许最高温度
到8O℃ ，对导线本身来说并不影响其安全运行。
2．2 温度受连接处接触传导面稳定性的影响
线路上的导线连接点数量非常多，以500 kV单
回路为例，按一个导线端部为一个连接端，并按导线
盘长2km、每公里2．5基塔、耐张塔占15％ 计算，估计
100 km线路含有3 000多个压接端头。这些连接部件
都在野外施工、运行，承受大电流、大张力和气候变化
的影响，处于较为苛严的工作状态。
大量存在于导线连接处的接触传导表面，经历长
期户外运行后，难免氧化衰变。为了避免陷入接触电
2 l O 9 8 7 6 5 4 3 2 l 0
＼静水 照
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提高电网输送能力专题 钱之银等：提高华东电网500 kV输电线路输送能力的措施 ll
阻和温度升高的恶性循环，各国都将导线允许最高温
度，限制得低于导线本身所能承受的温度。
1980年国际大电网会议架空线专业的报告提出
为避免接头氧化，在连续运行时，它们的温度不得超
过70℃ 。：fi-鉴于此，1976年和1999年修订我国线路
设计规程时，也对一般线路钢芯铝铰线的允许最高温
度限制为70℃ ，对大跨越线路则允许为90℃ 。
2002年在电力建设研究所做的提高导线允许温
度的试验中，测得压接金具温度均低于导线温度，见
图2，交流电阻约为等长导线的0．35～0．65倍，均与
国内外其他观测结果类似。可见配套金具在载流时
的工作情况，优于导线本身。
40
35
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50 60 70 80 90 100
导线温度／℃
图2 导线温度与金具平均温度之差随导线温度变化关系
由上述情况可见，提高导线允许最高温度，并不
影响其配套金具的安全运行。
2．3 调整对地和交叉跨越间距
对安全间距的选择，首先要分析一下现行线路设
计标准是否合理。现行标准规定导线与地面的距离
是根据最高气温情况或覆冰无风情况求得的最大弧
垂，不考虑由于电流、太阳辐射引起的弧垂增大，华东
地区设计导线与地面的距离是根据最高气温(+40
℃ )来校核的。标准只要求送电线路与标准铁路、高
速公路及一级公路交叉时，如交叉档距超过200 m，最
大弧垂按导线+70℃ 计算。
研究人员选择了21种导线，在4种气象条件下，
以传统的计算方法计算了40、70、80℃ 导线弧垂，见
表4。由表4可知：对于按40℃ 弧垂定位的500 kV
线路，在I、Ⅱ、Ⅲ气象类，当f-z。时，70℃ 弧垂都能
满足规程要求，除对山岩和百年洪水位外，80、90℃ 弧
垂也都能满足要求。z=z。时，除z。=300 m情况之外，
70℃ 弧垂均能满足规程要求，80、90℃ 弧垂不能满足
规程要求。z=12时，70、80、90℃ 弧垂均不能满足规
程要求。在Ⅸ气象区中，高温弧垂增大比I、Ⅱ、Ⅵ气
象分类小。当z =300 m，z=z。时，70 弧垂已不能满
足规程要求；在任何档距下，当z=z：时，70℃ 均不能满
足规程要求。
表4 4种气象条件下40、70、80℃导线弧垂
185 ～240
301)～800
&amp;amp;720
H ·72O
0．60 0．80 1．01) 250 4130 3．80 9． 75 5．01) 12．80 6．10 15．65
0．95 1．25 1．50 350 501) 2．85 5． 85 3．75 7．70 4．65 9．45
1．15 1．50 1．85 450 600 2．60 4． 60 3．40 6．05 4．20 7．50
1．30 1．75 2．15 550 701) 2．50 4． 05 3．30 5．35 4．10 6．60
1．45 1．90 2．35 650 801) 2．45 3． 70 3．25 4．90 4．01) 6．05
1．50 2．01) 2．50 750 900 2． 40 3．45 3．15 4．55 3．90 5． 65
1．20 1．55 1．90 501) 701) 3．30 6． 45 4．35 8．50 5．35 10．45
1．35 1．75 2．20 600 800 3．05 5． 40 4．0o 7．10 4．95 8． 80
1．45 1．95 2．40 701) 900 2．85 4． 75 3．80 6．30 4．70 7．80
1．55 2．05 2．55 801) 1 000 2．75 4． 32 3．65 5．70 4．55 7．10
1．60 2．15 2．65 900 1 101) 2． 65 4．01) 3．55 5．30 4．40 6． 55
300／25 1．65 2．20 2． 75 1 0oO 1 2111) 2．613 3．70 3．45 4． 95 4．25 6．15
H ‘720 1．25 1．65 2．05 501) 701) 3
． 45 6．75 4．60 9．01) 5．70 11． 20
1．50 2．01) 2．50 600 801) 3． 40 6．05 4．50 8． 01) 5．60 9．95
1．75 2．30 2．85 701) 900 3
． 40 5．60 4．50 7．40 5． 55 9．20
1．91) 2．50 3．15 801) 1 000 3． 40 5．30 4．50 7．01) 5． 55 8．70
2．05 2．70 3．35 900 1 101) 3．40 5． 05 4．50 6．70 5．55 8．30
2．15 2．85 3．55 1 000 1 2013 3． 35 4．85 4．45 6．45 5．55 8． 01)
一 一脚 姗 枷 姗 鲫 姗 枷 维普资讯 http://www.cqvip.com
12 电力设备 第6卷第10期
注：表中的afl、 、△ 分别表示70、80、90℃弧垂与4o℃弧垂之间的差值。
因此若按+70℃ 来校核对地距离，现行运行线
路对地距离在设计时有很多地方已不满足要求。若
按+40℃ 来校核是合理的，现行标准要求的对地距
离就有很大的裕度。
因此我们根据现行线路的设计标准，且考虑的是
在一回线路故障的情况下，提高另一回线路的短时载
流量，确定了导线温度在+80℃ 弧垂时交叉跨越和
对地距离的确定原则：若将现行线路设计标准对活动
目的物距离考虑操作过电压间隙，对相对固定的
目的物考虑雷电过电压间隙；对电杆距离增加
2．5 m是针对可能上杆的维修人员的活动空间，考
虑农器具高度一般不超过4．2 m 和公路限高一般
不超过4．5 m，大气过电压距离为3．2 m，带电作业
距离为3．3 m，根据车辆多少，确定安全裕度分别
为1、2、3 m。确定在+80 oC弧垂下交叉跨越和对
地距离，如表5所示。
表5 +80℃ 下导线内控距离
续表
注：括号中2．5 m和3．3 11"1分别为操作和带电作业间隙，4．5 m
考虑农器具和公路限高；其他为裕度：1、2、3 m为安全裕度．0．5 m为
测量误差。
3 提高线路输送容量试点工作
3．1 工作重点
为了缓解苏南地区2003年迎峰度夏用电紧张形
势，研究人员确定武南至斗山5265、5266线、斗山至
石牌5267、5268线，这4条迎峰度夏潮流受控线路作
为提高线路输送容量的试点工程。
根据以上的研究分析，确定工作的重点为：① 测
量和校核这4条线路在+80℃ 弧垂下的交跨情况；
② 检查这4条线路的金具连接情况；③ 校核这4条线
路间隔的相关其他变电设备的过流能力。
(1)通过对这4条线路交跨距离的现场测量和
+80℃ 下的弧垂校核，共有多处交跨未达到内控距
离，各相关供电公司对未达到内控距离的交跨距离进
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提高电网输送能力专题 钱之银等：提高华东电网500 kV输电线路输送能力的措施 13
行了处理。
(2)通过对连接金具多次红外测温结果发现，导
线接续管连接良好，未发现温度异常现象，对由螺栓
连接松动、螺栓锈蚀等引起温升异常的耐张线夹，全
部进行了处理。
3．2 运行管理
提高500 kV线路输送容量，将500 kV线路导线
工作温度从70℃ 提高到80℃ ，对运行单位还是第一
次，为了能做好此项工作，确保线路安全运行，各供电
公司按要求制定了500 kV线路迎峰度夏运行管理规
定和事故预想方案，并采取了缩短线路巡视周期；组
织线路夜巡、特巡；对提高输送容量线路的受控点进
行动态监控的措施；及时与调度联系，了解掌握线路
负荷状况，在大负荷情况下及时进行测温。
4 结论
(1)提高导线允许最高温度，从而提高线路的正
常输送能力，具有比较普遍的意义。如导线允许温度
由规程规定的+70℃ 提高到+80℃ ，LGJ一400×4导
线的载流量由2 380 A提高到2 800A，经济效益十分
明显。选取提高斗南、斗牌双线共4条线路输送容量
作为试点线路，此举既是提升区外来电输送通道容
量，应对迎峰度夏地区用电紧张这一特殊形势的特殊
手段；又是对今后如何提高设备利用率，加强电网企
业经营能力的一次有益尝试。
(2)导线允许温度由规程规定的+70℃ 提高到
+80℃ ，对导线、配套金具的机械强度和寿命没有影
响，但是由于温度提高，导线弧垂的增加，对地及交叉
跨越空气间隙距离减小，影响线路对地及交跨的安全
裕度(影响程度取决于线路走廊的实际情况)。
(3)本文提出的导线+80 oC弧垂下的对地及交
跨安全距离是安全合理的。2003年迎峰度夏时期提
高斗南、斗牌双线4条线路的输送容量，经过了环境
温度为+40 oC、单线电流达1 425 A的长时间考核，且
在交跨距离的复测中得到进一步安全验证。
(4)从对这4条线路接头红外测温结果分析可
知，接续管连接牢固，没有发现温度异常现象，而耐张
线夹多次发现连接有缺陷，建议耐张线夹的连接改为
压接方式。
(5)华东电网2004年对瓶武、王南双线进行了
增容改造，2005年对渡牌双线、瓶风、瓶仪、乔涌、乔
潮、凤双双线共8线进行了增容改造。线路输送电流
由2 400 A增大至2 800 A。经济效益和社会效益显
著，该项目成果获得国网公司领导的高度评价，并且
在华东500、220 kV电网中得到了推广应用。
收稿日期：2005—05—13
作者简介：
钱之银(1965一)，男，硕士研究生，高级工程师，现为华东
电网有限公司线路主管，长期从事线路、外绝缘、变压器等设
备、直流接地方面的研究工作。
(责任编辑赵杨)
Improving Transmission Ability of 500 kV Lines in East China Power Network
QIAN Zhi—yin，ZHANG Qi—ping
(East China Power Grid Co．，Shanghai 200002，China)
Abstract：．According to the problem of thermal equihbrium restriction of transmission capacicy for 500 kV lmes East China power
network，the method for knproving transmission capac of existing tran smission lines were analyzed，and the problems for raising allowable
temperature of conductor were studied．The conclusion is that it is feasgale to haprove transmission capac证y ofexisting trailsmission
lmes under safety operation condition．The application situation of maproving transmission capacicy ofImes Fast Cllma power
network is also introduced．
Keywords：transmission line；transmission capacicy；allowable tem perature of conductor；sag；current capacicy
· 综合信息·
由沈阳重型机械集团有限公司研发生产的国内
首台MQS脱硫湿式球磨机，日前在北京通过了中国
机械工业新产品鉴定会专家鉴定。
过去我国的脱硫市场采用的都是国外设备，从
2001年开始，作为国家磨煤机生产主导企业的沈阳重
型机械集团有限公司，开始了脱硫技术国产化的运作。
通过对引进技术的消化吸收，开发出立式和卧式磨机系
列产品，并生产出国内第一台脱硫湿式球磨机。经过3
年的运转，设备运行状况良好，达到了各项技术要求。
在中国机械工业新产品鉴定会上专家们一致认
为，该设备总体技术水平优于进口产品，达到了国外
同类产品先进水平。

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