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摘要：导线的合理选型是输电线路增容改造的重要内容，直接影响改造工程实施方案和各项指标。本文选取某地区典型的220kV输电线路增容改造工程为依托，对比分析几种提高输电线路输送容量方法，对其电气性能、机械性能等技术分析，结合年费用选择最优方案。
关键词：高压架空输电线路；增容；方案选择
1高压架空输电线路增容改造的意义
在经济建设的推动下，电力需求不断增大，部分地区的负荷也是剧增。因为电网规划和网架结构的历史问题，一大部分输电线路有新旧两段或多段线路组成。通常新建输电线路输送容量较高，而旧线路输送容量不匹配新建段线路，成为影响整条线路输送容量的主要原因。所以，对旧线路进行增容改造已经成为必然趋势，对提升电网整体输送容量具有重要的现实意义。
目前，提高输电线路输送容量的主要方法有动态增容监测技术、加大导线截面、采用新型增容导线等。其中动态增容监测技术不需要改造线路本体，可以低成本且快速响应负荷需求的增长，但是增加的输送容量有限，一般平均提高输送容量约为30%。加大导线截面需要改造原线路铁塔甚至拆除重建，重建面临征用土地、建设周期长等问题。增容导线工程投资小，停电时间短，唯一不足是线路损耗较大。以下以220kV线路为例，分析改造方案的技术性。
2线路增容改造导线选型原则及方案
2.1增容改造线路导线选型原则
导线的选择必须充分考虑导线的电气性能、机械特性、经济性等因素，主要体现在导线允许的最高温度、载流量、机械强度、地面电场强度、运行费用等。现有的研究显示，在增容改在项目中导线对地距离和对建筑物水平距离等满足规程规范，线路下方地面电场强度、无线电干扰水平、电晕可听噪声即可达到要求。所以，导线在设计和制造过程中，应针对具体实际情况，依据沿线分布情况，选择相应防腐性能的线型即可。故，工程中导线选型的重点是分析对比载流量、机械性能、经济性等，最终在满足各项电气和机械性能的要求下选择最经济性最优导线方案。
2.2增容改造方案选择
2.2.1原线路概况
220kV输电线路设计条件：基本风速33m/s，覆冰5mm，高温40℃。原导线截面为2×300mm2，环温40℃，线温70℃时极限输送容量为466MVA，原线路导线截面系按经济电流密度选择，按高温40℃定位、线温70℃校验重要交叉跨越安全距离，导线平均对地距离较低。
2.2.2增容改造方案
依据负荷需求，将原有线路增容至720MVA输送容量，动态增容监测技术无法完全满足容量需求，因此在电压等级不变的条件下，对导线进行增容有两种方法。一种是择加大同类型导线截面，包括增加导线分裂数。一种是选择增容导线，通过提高导线允许工作温度来增加导线输送容量。如果采用增大同类型导线截面，子导线根数不变，计算可知需采用截面为2×630mm2，需要新建铁塔基础。如果采用特种增容导线，其中高强度全铝合金线和高强度钢芯耐热铝合金绞线多用于大跨越、重冰区等特定场合；殷钢芯铝合金绞线高温弧垂性能较好，仅需拆改少量铁塔，但造价较高，经济性差；特强钢芯软铝导线，高温弧垂性能较好；间隙型增容导线弧垂性能很好，但其只能使用于平地与丘陵线路，施工工艺复杂，也缺乏足够的试运行经验；碳纤维复合芯铝绞线，高温弧垂性能极好，但价格相对较贵。结合原线路的工程技术特点，拟选用铝包钢芯耐热铝合金导线、特强钢芯软铝绞线、碳纤维复合芯铝绞线及铝包钢芯铝绞线进行比较。
3增容方案技术性能比较
3.1载流量
导线的载流能力主要取决于导线的截面、材质以及结构。比较各方案均能满足系统增容要求，其中大截面常规导线运行温度最低，碳纤维复合芯软铝绞线次之，其他导线运行温度相对较高。
3.2机械荷载
导线对杆塔的机械荷载主要体现在纵向张力、水平力、垂直力，其中纵向张力与导线本身的破断张力、设计安全系数、气象条件决定。
最大水平荷载由导线的外径、线路水平档距及最大风速决定。最大垂直荷载由导线比载、线路垂直档距及覆冰厚度决定。线路增容改造时必须确保导线以上三个方向的荷载在各种气象条件下不超出杆塔的承受能力，以保障线路的稳定安全运行。所以，常规大截面导线，荷载大幅增加，需要全线拆除重建。采用特殊增容导线，因截面与原有导线接近，荷载基本一致，可以较大程度上减少杆塔的更换或新建的数量，可以有效缩短建设时间。
3.3弧垂特性
弧垂是控制改造线路是否需要更换杆塔的另一重要因素。由于上述各导线拉重比和运行温度均不相同，其导线弧垂也不尽相同。对一般导线而言，运行温度越高，弧垂增加越快，但对于碳纤维复合芯软铝绞线、铝包殷钢芯耐热铝合金绞线和铝基陶瓷纤维芯铝绞线等新型增容导线，因导电基体与承力芯的线膨胀系数及弹性模量相差较大，存在张力“拐点”温度，即当线路运行温度较低时，导线所受张力由导电基体和加强芯共同承担，此时弧垂随温度上升而增加较快。所以，采用碳纤维复合芯软铝绞线和铝基陶瓷纤维芯铝绞线基本不需更换杆塔，采用其他3种增容导线因部分档距下弧垂超限需更换不同比例杆塔。
3.4线损
导线的损耗直接关系到输电线路的年运行费用，是衡量其技术经济性的重要指标。通常线路损耗主要包括导线电阻损耗和电晕损耗。研究显示采用大截面常规导线的线路损耗大大低于其他几种增容导线，采用碳纤维复合芯软铝绞线的损耗次之，采用钢芯耐热铝合金绞线和特强钢芯软铝绞线的损耗较大。
3.5经济性分析
对于线路增容改造，若更换为普通大截面导线，导线投资相对较小，但因杆塔需全线拆除重建，新建杆塔的费用较高，施工周期也较长；若更换为普通增容导线，则可能需要更换部分杆塔、一次性投资相对较小；若更换为碳纤维复合芯软铝绞线和铝基陶瓷纤维芯铝绞线，由于无需更换杆塔或仅改造个别杆塔，可大幅节省杆塔及基础投资，但因导线单价较高，导线投资较大，对线路工程的本体投资影响也较为明显。采用铝基陶瓷纤维芯铝绞线的一次性投资最高，其次是采用大截面常规导线和碳纤维复合芯软铝绞线，而采用钢芯耐热铝合金绞线和特强钢芯软铝绞线的一次性投资最低。
4结论
通过本文的分析研究显示，对于增容改在方案的选择，如果提升输送容量不超过30%，可有优选动态增容监测技术。该方案成本较低，且可快速相应负荷需求增长。如果提升输送容量较高时，可选择特殊增容导线，依据工程造价进行择优选择。具体需要依据工程情况，选择增容方案或动态增容监测技术与增容导线的组合方案。
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