路,既存在严重的盐雾腐蚀,又有很高的利用小时数,对防腐和节能要求都比较高。在节能型线的基础上制造防腐节能型线,由于油脂受到较好的保护,导线使用寿命还能更长,同时减少大量的电阻损耗,更能体现节能型线的全寿命周期经济性。
3.5.2 节能导线与型线结合的经济性分析
软铝和硬铝单丝拉制成S/Z型线以及时很成熟的技术,目前一些企业的硬铝型线拉丝速度以及与圆线非常接近。中强度和高强度铝合金线目前尚未见到型线拉丝的报导。因此钢芯高导电率铝绞线和铝合金芯铝绞线都可以制成型线产品,成为“节能型线”,将铝合金芯与高导电率硬铝结合的铝合金芯高导电率硬铝型线绞线也已经问世。
由于设备投入以及产能限制的因素,S/Z型线的成本略高于同规格的圆线,但一般不超过5%,以比较成熟的节能型线产品钢芯高导电率硬铝S/Z型线同心绞导线为例,按照不同的边界条件(导线价格、耐张塔比例、损耗小时数、电价等)组合,相对普通钢芯铝绞线的增量投资回收来分析:当节能型线处于下限价位时,不同钢芯强度的节能型线的增量投资回收年限在2.36~9.12之间;当节能型线处于上限价位时,不同钢芯强度的节能型线的增量投资回收年限在4.09~17.81之间。而对于普通型线,由于不具备节能的特性,增量投资无法回收;
通用设计杆塔直接采用节能型线后,可以放宽使用档距或摇摆角,相比按同等条件新设计型线杆塔,适当延拓杆塔水平档距使用时,可以更充分利用杆塔的垂直档距,其经济性更明显。型线由于提高了截面利用率,压缩了线径,还能弥补铝合金芯铝绞线风偏较大的不足。
3.6 技术成果的评价
目前三种节能导线均已实现成规模量产,并有国内外实际工程应用的业绩。其中铝合金芯铝绞线、中强度全铝合金绞线已有上海中天、武汉电缆、杭州电缆、无锡远东、通光强能、无锡华能等企业的产品通过了鉴定;钢芯高导电率铝绞线已有无锡华能、无锡远东等企业产品通过了鉴定,均能满足大规模使用的要求。
2010年12月,节能型线工程应用技术研究成果被纳入国家电网公司依托工程基建新技术推广应用实施目录(2011年版),成为线路设计推广应用类成果。2011
年6月,节能型线工程应用技术研究项目在北京通过国家电网公司组织的专家验收,认为“技术先进、节能环保、具备推广价值”。2011年12月,该技术成果被纳入国家重点节能技术推广目录(第四批)。
3.7 后续研究的建议
节能导线和节能型线技术的推广应用是一项庞大而复杂的系统工程,不可能一劳永逸地解决全部问题,必须密切结合工程实践不断总结研究。对节能导线的工程应用问题,已经不存在技术障碍,但受主客观条件和专业水平限制,对钢芯铁损的计算和实验验证、型线的表面粗糙度系数取值、无线电干扰和可听噪声计算、风荷载体形系数的取值、节能型线在特高压交直流线路中的应用问题等都还需要更加专业和深入的研究,并在长期的工程应用中总规律、实践验证。
4 成果应用情况
国家电网公司2013年实施了450条输电线路,最高涉及1000kV电压等级,最低涉及1100kV电压等级。
5 应用效益
5.1 经济效益
1)以采用2分裂400mm2导线的220kV单回交流输电线路(输电容量300MW,损耗小时数3200h)为例,如果推广应用JL(GD)/G1A-400/35达到5000km,则平均可减少线路损耗4650万kWh/年,按上网电价0.4元/kWh计算,每年可节约1860万元。
2)以采用4分裂630mm2导线的500kV单回交流输电线路(输电容量2000MW,损耗小时数3750h)为例,如果推广应用JL(GD)/G1A-630/45达到5000km,则可减少线路损耗14705万kWh/年,按上网电价0.4元/kWh计算,每年可节约5882万元。
3)国家电网公司在“三峡-上海±500kV直流输电工程”中应用的ACSR-720/50导线,线路全长1048.6公里,输送容量3000MW时,若按JLHA3-775中强度全铝合金导线替代ACSR-720/50计算,正常功率下,当损耗小时数为5000,则每年节约电能9.98万千瓦时/公里,全线每年可节约10465.2万千瓦时。
4)国家电网公司在“锦苏—苏南±800kV特高压直流输电工程”线路全长2100公里,输送容量7200MW。其中应用JL/G3A-900/40导线1000km,若按钢芯高导电率硬铝绞线JL(GD)/G3A-900/40替代JL/G3A-900/40计算,正常功率下,当损耗小时数为5000,则每年可节约电能3.3万千瓦时/公里,该段每年可节约3300万千瓦时;应用JL/G2A-900/75导线1100km,若按铝合金芯铝绞线JL/LHA1-650/295替代JL/G2A-900/75计算,正常功率下,当损耗小时数为5000,则每年可节约电能0.29万千瓦时/公里,该段每年可节约319万千瓦时,全线每年共可节约3619万千瓦时。
输电节能的理论分析:电能通过输电线路的每一分钟输送,都会产生输送损耗,即输送损耗存在于各电压等级的输送环节中;当输电线路输送功率越大,线路负荷利用小时数和损耗小时数越高、输电线路越长,所产生的输送损耗就越多,采用节能导线的优势就越明显。并且仅需一次投入,这种节能效益在线路几十年的运行寿命内就会持续不断的产生。
5.2 社会效益
节能导线和节能型线是现有钢芯铝绞线的替代升级产品,电气性能和运行可靠性有明显改善,因此其适用性非常广泛。基本上能够采用常规导线的新建线路,均能采用该技术。
根据中国电力企业联合会统计数据,2010年我国全年售电量为26891亿千瓦时,线路损耗电量为1710亿千瓦时,若20%的线路工程采用节能导线,损耗按降低3%计,日均节能281万千瓦时,则每年输电损耗可减少10.26亿千瓦时,折合标准煤41万吨,减少二氧化碳排放99.9万吨,减少二氧化硫排放3万吨,减少氮氧化物排放1.5万吨。
除此之外,节能型线由于表面光洁电晕减少、无线电干扰和可听噪声降低等能够产生环境效益;风荷载小从而风偏、塔头以及走廊宽度压缩能够带来土地节约的效益;耐腐蚀、耐振动、抗冰雪等性能降低了事故概率和维护强度,保证可靠供电,减少停电损失,这些都是采用该技术的社会效益。
随着国家对节能环保日益重视,倡导利用新技术、新材料改造传统的工艺、设备生产节能产品。为此,国家电网公司也对电网线路建设提出了“两型三新”的要求。
节能型线对我国电网装备制造业技术升级,提高输送效率,减少线路损耗,实现环境友好等方面都有着巨大的社会效益。 6 推广应用条件与方法
6.1 适用范围
节能导线和节能型线是对常规的优化和改进,适用范围极广,就机电性能而言,钢芯铝绞线适用的线路工程,同等截面的节能导线都能够适用。尤其线路输送容量大、利用小时数高时,采用节能导线的年费用相对更低。
在下列情况下,采用节能型线则优势更为明显:
(1)在大风风速控制本体指标的地区,节能型线由于外径小且表面光滑,相应地风荷载较小,能够有效减小塔头尺寸并降低塔重,从而降低本体指标; (2)在走廊清理费用较高的地区,采用型线风偏较小,可以压缩走廊宽度和平行线路间距离,从而节约拆迁费用;
(3)在盐雾腐蚀严重的地区,采用防腐节能型线,能够提高导线寿命,保证线路安全运行;
(4)在中、重冰区应用节能型线,可以提高过载能力,延缓覆冰过程,并加快脱冰,提高线路安全性。
6.2 推广条件
(1)标准规范的制定:已制定《圆线同心绞架空导线》(GB/T1179-2008)、《架空绞线用铝-镁-硅合金圆线》(GB/T23308-2009)、《高导电率钢芯铝绞线》(Q/GDW632-2011)等导线标准。目前正在制定中强度全铝合金等标准。
(2)国内厂家具备大规模生产条件:在国内铝合金芯铝绞线从设计、生产、加工等一系列环节技术都已经成熟,目前约有十家左右的厂家具备生产条件。中强度全铝合金导线的生产工艺与普通钢芯铝绞线基本相同,只是铝合金材质成为制约厂家生产能力的因素,一旦解决好铝合金材质的问题,一般导线厂家也具备快速转型生产的条件。对于钢芯高导电率硬铝绞线,目前国内还只有两家能够生产,可将此种导线与其它两种节能导线视为同一类产品(主要技术参数和使用条件基本相同)招标采购。
(3)满足工程的应用试验已经完成:中国电科院不仅完成了JL/LHA1-465/210铝合金芯铝绞线和JLHA3-675中强度全铝合金绞线的型式试验,还完成了金具
适配性试验。有些厂家也完成了钢芯高导电率硬铝绞线和中强度全铝合金绞线导线型式试验,并顺利通过中电联的鉴定。
6.3 推广应用方法(手段)说明
(1)由于节能型线与常规的钢芯铝绞线材料和机械性能基本相同,设计中采用的软件和公式都与常规导线一致;
(2)优先采用通用设计塔型并注意控制使用条件;
(3)考虑到GB/T20141-2006《型线同心绞架空导线》与通用设计条件不匹配,建议工程中导线参数按照国网公司标准或制造企业标准设计,并应注意加强与导线厂家的沟通,对导线参数进行核实确认;
(4)节能型线对于配套金具的要求是比较低的,只有极少量金具需要新制,大部分都可以利用现有定型金具,但设计施工和运行中需注意导线接续管和耐张线夹的压缩比,并慎用预绞丝耐张线夹或接续条;