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[摘 要]导线是架空输电线路的最基本组成元件之一，随着我国城市经济发展，线路输送容量要求逐步提高，但城市线路走廊日益拥挤，如何提高线路通道输送容量，成为电力设计的新课题。本文通过对比分析高导电率钢芯铝绞线、铝合金芯铝绞线和中强度铝合金绞线共3种新型节能导线的载流量，采用年费用最小法综合比较各型导线的节能效果和投资分析，提供一种适合新建或改造线路导线选型的思路。
[关键词]节能;新型导线 ;载流量;年费用最小法
中图分类号：S210.4 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）22-0143-02
1 概述
近年来，我国导线行业发展较快，为达到增容、节能、改善弧垂特性和防振、防腐性能、降低噪声和电晕等目标，出现了各式各样的新型导线产品，简而言之，同截面单位长度电阻低于常规钢芯铝绞线的导线，都可以称为节能导线。本文选取高导电率钢芯铝绞线、铝合金芯铝绞线和中强度铝合金绞线共3种新型节能导线，计算其载流量，并采用年费用最小法综合比较各型导线的节能效果和投资分析，总结分析各节能导线的节能能力，推荐选出合适的节能导线。
2 载流量计算
2.1 节能导线参数
参照《圆线同心绞架空导线》（GB/T1179-2008），本文初步选择4种300 mm2截面的导线进行比较，分别为：钢芯铝绞线JL/G1A-300/40、钢芯高导电率铝绞线JL3/G1A-300/40、铝合金芯高导电率铝绞线JL1/LHA1-165/175和中强度全铝合金绞线JLHA3-340，各种导线的主要技术参数见表2-1：
2.2 导线的输送容量与电气特性
2.2.1 导线截面及分裂根数
参考常规的系统运行方式、选择具有代表性的线路输送容量，本文按正常运行最大输送容量53MVA考虑，根据《电力系统设计手册》对导线截面按照经济电流密度选择的要求，常规导线型号初步推荐选用单根300mm2的规格组合。
2.2.2 导线电流密度的取值
我国幅员辽阔，各地电网的送电成本又有明显差异，因此各地区的经济电流密度亦应有所不同，但目前我国尚未制定出适合的数值，因此，经济电流密度参考原“水电部”1965年颁布的经济電流密度值选择。
经计算，本方案分别考虑每回输送容量为53MVA，则各导线的电流密度值见表3-2：
由表2-1、表2-2可知，参选导线在正常实际的电流密度约0.81A/mm2，未达到经济电流密度的要求。随着我国国民经济的发展，输电线路各部件（导线、金具、绝缘子、杆塔、基础）等材料价格的提高，输电线路最大负荷利用小时数和销售电价的改变，以及国家节能降耗要求的加强，近年来，经济电流密度的取值有下降的趋势。根据《110kV～750kV架空输电线路设计规范》GB 50545-2010第5.01条规定：输电线路的导线截面，宜根据系统需要按照经济电流密度选择，也可根据系统输送容量，并应结合不同导线的材料进行电气和机械特性等比选，通过年费用最小法进行综合技术经济比较后确定导线截面。
2.2.3导线的最高允许温度及载流量
导线最高允许温度的主要依据是控制导线允许载流量，导线允许最高温度主要由导线经过长期运行后的强度损失和连接金具的发热而定。当工作温度越高，运行时间越长，则导线的强度损失越大。我国根据以往线路的运行经验，在《110kV～750kV架空输电线路设计规范》GB50545-2010中第5.0.6条规定：
验算导线允许载流量时，导线的允许温度宜按下列规定取值：
1、钢芯铝绞线和钢芯铝合金绞线宜采用70℃，必要时可采用80℃;大跨越宜采用90℃;
2、钢芯铝包钢绞线和铝包钢绞线可采用80℃，大跨越可采用100℃，也可经试验决定。
本文导体最高允许温度采用80℃。经计算，得到四种导线在80℃时的载流量与在此温度下的输送容量如表2-3：
从表2-3可看出，参加比选的四种导线类型在80℃时每回线输送功率均高于53MVA，均满足要求。载流量从小到大排列依次为：JL/G1A-300/40、JL3/G1A-300/40、JL1/LHA1-165/175、JLHA3-340。其中，中强度全铝合金绞线JLHA3-340的载流量和输送容量最大。
3 年费用最小法
3.1 导线电能损耗
根据假定条件，输送容量为2×53MVA时，额定电流对应为276A，线路最大利用小时数为2500～5000小时，取2500小时和5000小时计算，年损耗小时数根据《供用电技术》（中国科技大学出版社1992年版）提供最大负荷利用小时Tmax与最大负载损耗小时τ和功率因素cosΦ之间的关系计算。
经计算，各导线在最大额定输送容量下的交流电阻损耗功率和全年电阻损失如表3-1和表3-2：
由表3-1和表3-2可知，以导线JL/G1A-300/40为基准，导线JL3/G1A-300/40、JL1/LHA1-165/175、JLHA3-340的电阻损耗分别减小了1.8%、6.2%、9.2%，电阻损耗从大到小顺序依次为：JL/G1A-300/40、JL3/G1A-300/40、JL1/LHA1-165/175、JLHA3-340。
3.2 年费用最小法综合比较
年费用最小法是工程方案比较常用的方法，就是用折算年费用评选工程方案。评选的准则是：折算年费用越小，经济效果越好;折算年费用最小的，就是经济上最优的工程方案。
年费用法能反映工程投资的合理性、经济性。年费用包含初次年费用、年运行维护费用、电能损耗费用及资金的利息。将各比较方案按照资金的时间价值折算到某基准年的总费用平均分布到项目运行期的各年，年费用低的方案在经济上最优。 按电力工业部（82）电计字第44号文《颁发“电力工程经济分析暂行条例”的通知》第十五条经济计算—年费行最小法的计算方法，
并假定以下计算条件：
①经济使用年限为30年，建设期按2年计算，第一年投资60%，第二年投资40%。
②年最大损耗小时数按按1100小时和3400小时计。（最大负荷利用小时数对应的损耗小时数）
③设备运行维护费率为1.4%。
④电力工程回收率按工程投资的8%计。
⑤上网电价按0.5元/kW.h考虑。
采用节能导线后的经济性比较可知3种节能导线的节能效果要明显优于普通钢芯铝绞线，单从节能效果看，中强度铝合金绞线JLHA3-340的节能效果最好，年损耗小时数在1100和3400h时，经济运行年限内每公里线路节能总量分别达15.6、49万度;铝合金芯铝绞线JL/LHA1-165/175每公里线路节能总量分别达到10. 2、31.8万度;高导电率钢芯铝绞线JL3/G1A-300/40节能效果第三。
3.3 对比分析
从以上3种节能导线与普通钢芯铝绞线的经济比较，可看出大致的趋势如下：
（1）当系统输送容量越大、最大負荷年损耗小时数越多，节能导线的经济性越明显;
（2）在3种节能导线中，中强度铝合金绞线JLHA3-300节能效果最好，年费用稍高于铝合金芯铝绞线JL/LHA1-165/175，本体投资较铝合金芯铝绞线JL/LHA1-165/175高;
（3）高导电率钢芯铝绞线JL3/G1A-300/40的节能效果逊于其他两种节能导线，且本体投资较高，经济性较差;
（4）以本体投资作为基准价格计算，则该方案中铝合金芯铝绞线JL/LHA1-165/175的本体投资最低，中强度铝合金导线JLHA3-340增量投资回收很快，高导电率钢芯铝绞线JL3/G1A-300/40回收较慢。
4 小结
从年费用比较可以看出：高导电率钢芯铝绞线JL3/G1A-300/40、铝合金芯铝绞线JL/LHA1-165/175、中强度铝合金绞线JLHA3-340的年费用均低于普通钢芯铝绞线。故从经济性角度考虑，本文阐述的节能型导线均适用于新建或改造线路设计，推荐的节能型导线其节能能力为：铝合金芯铝绞线JL/LHA1-210/220>中强度铝合金绞线JLHA3-340>高导电率钢芯铝绞线JL3/G1A-300/40。
线路设计阶段，根据电力系统要求，并立足线路特征，在计算符合输送容量和载流量要求的前提下，通过年费用最小法计算比较，选择符合具体线路的节能导线，具有节能和经济性的优点，符合现阶段我国电力事业和经济发展要求
参考资料
[1] 黄豪士.输电线路节能型增扩容导线的特性 电力建设，2010（2）.
[2] 姚耀明.全铝合金绞线与钢芯铝绞线载流能力研究 浙江电力，2003（6）.
[3] 丁广鑫.节能导线在输电线路中的应用分析 电网技术 2012（8）
[4] 柴彦.最小费用法在方案优选中的应用 华北水利水电学院学报 2002（6）.
[关键词]节能;新型导线 ;载流量;年费用最小法
中图分类号：S210.4 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）22-0143-02
1 概述
近年来，我国导线行业发展较快，为达到增容、节能、改善弧垂特性和防振、防腐性能、降低噪声和电晕等目标，出现了各式各样的新型导线产品，简而言之，同截面单位长度电阻低于常规钢芯铝绞线的导线，都可以称为节能导线。本文选取高导电率钢芯铝绞线、铝合金芯铝绞线和中强度铝合金绞线共3种新型节能导线，计算其载流量，并采用年费用最小法综合比较各型导线的节能效果和投资分析，总结分析各节能导线的节能能力，推荐选出合适的节能导线。
2 载流量计算
2.1 节能导线参数
参照《圆线同心绞架空导线》（GB/T1179-2008），本文初步选择4种300 mm2截面的导线进行比较，分别为：钢芯铝绞线JL/G1A-300/40、钢芯高导电率铝绞线JL3/G1A-300/40、铝合金芯高导电率铝绞线JL1/LHA1-165/175和中强度全铝合金绞线JLHA3-340，各种导线的主要技术参数见表2-1：
2.2 导线的输送容量与电气特性
2.2.1 导线截面及分裂根数
参考常规的系统运行方式、选择具有代表性的线路输送容量，本文按正常运行最大输送容量53MVA考虑，根据《电力系统设计手册》对导线截面按照经济电流密度选择的要求，常规导线型号初步推荐选用单根300mm2的规格组合。
2.2.2 导线电流密度的取值
我国幅员辽阔，各地电网的送电成本又有明显差异，因此各地区的经济电流密度亦应有所不同，但目前我国尚未制定出适合的数值，因此，经济电流密度参考原“水电部”1965年颁布的经济電流密度值选择。
经计算，本方案分别考虑每回输送容量为53MVA，则各导线的电流密度值见表3-2：
由表2-1、表2-2可知，参选导线在正常实际的电流密度约0.81A/mm2，未达到经济电流密度的要求。随着我国国民经济的发展，输电线路各部件（导线、金具、绝缘子、杆塔、基础）等材料价格的提高，输电线路最大负荷利用小时数和销售电价的改变，以及国家节能降耗要求的加强，近年来，经济电流密度的取值有下降的趋势。根据《110kV～750kV架空输电线路设计规范》GB 50545-2010第5.01条规定：输电线路的导线截面，宜根据系统需要按照经济电流密度选择，也可根据系统输送容量，并应结合不同导线的材料进行电气和机械特性等比选，通过年费用最小法进行综合技术经济比较后确定导线截面。
2.2.3导线的最高允许温度及载流量
导线最高允许温度的主要依据是控制导线允许载流量，导线允许最高温度主要由导线经过长期运行后的强度损失和连接金具的发热而定。当工作温度越高，运行时间越长，则导线的强度损失越大。我国根据以往线路的运行经验，在《110kV～750kV架空输电线路设计规范》GB50545-2010中第5.0.6条规定：
验算导线允许载流量时，导线的允许温度宜按下列规定取值：
1、钢芯铝绞线和钢芯铝合金绞线宜采用70℃，必要时可采用80℃;大跨越宜采用90℃;
2、钢芯铝包钢绞线和铝包钢绞线可采用80℃，大跨越可采用100℃，也可经试验决定。
本文导体最高允许温度采用80℃。经计算，得到四种导线在80℃时的载流量与在此温度下的输送容量如表2-3：
从表2-3可看出，参加比选的四种导线类型在80℃时每回线输送功率均高于53MVA，均满足要求。载流量从小到大排列依次为：JL/G1A-300/40、JL3/G1A-300/40、JL1/LHA1-165/175、JLHA3-340。其中，中强度全铝合金绞线JLHA3-340的载流量和输送容量最大。
3 年费用最小法
3.1 导线电能损耗
根据假定条件，输送容量为2×53MVA时，额定电流对应为276A，线路最大利用小时数为2500～5000小时，取2500小时和5000小时计算，年损耗小时数根据《供用电技术》（中国科技大学出版社1992年版）提供最大负荷利用小时Tmax与最大负载损耗小时τ和功率因素cosΦ之间的关系计算。
经计算，各导线在最大额定输送容量下的交流电阻损耗功率和全年电阻损失如表3-1和表3-2：
由表3-1和表3-2可知，以导线JL/G1A-300/40为基准，导线JL3/G1A-300/40、JL1/LHA1-165/175、JLHA3-340的电阻损耗分别减小了1.8%、6.2%、9.2%，电阻损耗从大到小顺序依次为：JL/G1A-300/40、JL3/G1A-300/40、JL1/LHA1-165/175、JLHA3-340。
3.2 年费用最小法综合比较
年费用最小法是工程方案比较常用的方法，就是用折算年费用评选工程方案。评选的准则是：折算年费用越小，经济效果越好;折算年费用最小的，就是经济上最优的工程方案。
年费用法能反映工程投资的合理性、经济性。年费用包含初次年费用、年运行维护费用、电能损耗费用及资金的利息。将各比较方案按照资金的时间价值折算到某基准年的总费用平均分布到项目运行期的各年，年费用低的方案在经济上最优。 按电力工业部（82）电计字第44号文《颁发“电力工程经济分析暂行条例”的通知》第十五条经济计算—年费行最小法的计算方法，
并假定以下计算条件：
①经济使用年限为30年，建设期按2年计算，第一年投资60%，第二年投资40%。
②年最大损耗小时数按按1100小时和3400小时计。（最大负荷利用小时数对应的损耗小时数）
③设备运行维护费率为1.4%。
④电力工程回收率按工程投资的8%计。
⑤上网电价按0.5元/kW.h考虑。
采用节能导线后的经济性比较可知3种节能导线的节能效果要明显优于普通钢芯铝绞线，单从节能效果看，中强度铝合金绞线JLHA3-340的节能效果最好，年损耗小时数在1100和3400h时，经济运行年限内每公里线路节能总量分别达15.6、49万度;铝合金芯铝绞线JL/LHA1-165/175每公里线路节能总量分别达到10. 2、31.8万度;高导电率钢芯铝绞线JL3/G1A-300/40节能效果第三。
3.3 对比分析
从以上3种节能导线与普通钢芯铝绞线的经济比较，可看出大致的趋势如下：
（1）当系统输送容量越大、最大負荷年损耗小时数越多，节能导线的经济性越明显;
（2）在3种节能导线中，中强度铝合金绞线JLHA3-300节能效果最好，年费用稍高于铝合金芯铝绞线JL/LHA1-165/175，本体投资较铝合金芯铝绞线JL/LHA1-165/175高;
（3）高导电率钢芯铝绞线JL3/G1A-300/40的节能效果逊于其他两种节能导线，且本体投资较高，经济性较差;
（4）以本体投资作为基准价格计算，则该方案中铝合金芯铝绞线JL/LHA1-165/175的本体投资最低，中强度铝合金导线JLHA3-340增量投资回收很快，高导电率钢芯铝绞线JL3/G1A-300/40回收较慢。
4 小结
从年费用比较可以看出：高导电率钢芯铝绞线JL3/G1A-300/40、铝合金芯铝绞线JL/LHA1-165/175、中强度铝合金绞线JLHA3-340的年费用均低于普通钢芯铝绞线。故从经济性角度考虑，本文阐述的节能型导线均适用于新建或改造线路设计，推荐的节能型导线其节能能力为：铝合金芯铝绞线JL/LHA1-210/220>中强度铝合金绞线JLHA3-340>高导电率钢芯铝绞线JL3/G1A-300/40。
线路设计阶段，根据电力系统要求，并立足线路特征，在计算符合输送容量和载流量要求的前提下，通过年费用最小法计算比较，选择符合具体线路的节能导线，具有节能和经济性的优点，符合现阶段我国电力事业和经济发展要求
参考资料
[1] 黄豪士.输电线路节能型增扩容导线的特性 电力建设，2010（2）.
[2] 姚耀明.全铝合金绞线与钢芯铝绞线载流能力研究 浙江电力，2003（6）.
[3] 丁广鑫.节能导线在输电线路中的应用分析 电网技术 2012（8）
[4] 柴彦.最小费用法在方案优选中的应用 华北水利水电学院学报 2002（6）.