摘要:输电线路线夹由于铁磁材料的涡流损耗等损失大量的电能,如何节能降耗是输电线路设计面临的重要课题。本文运用有限元法对铸铁线夹涡流损耗进行计算,对预绞式悬垂线夹和铸铁线夹的涡流损耗进行对比分析。通过综合比较和经济分析,认为预绞式悬垂线夹优势明显,能为输电线路线夹的选型提供有力的依据。
　　关键词:输电线路节能降耗线夹
　　
　　1.输电线路中线夹的电能损耗分析
　　
　　国家电网公司和南方电网公司“十一五”规划坚持以资源开发与节约并重,把节约放在首位。因此,开展降低输电线路电能损耗和延长输电线路使用寿命的研究,是落实国家电网和南方电网“十一五”规划的具体措施之一。线夹是架空输电线路建设中使用最多的金具产品之一,如何优化线夹选型是值得关注的课题。
　　输电线路线夹大部分是由铁磁材料铸成,由于铁磁材料的磁滞和涡流作用,使输电线路每年产生数以亿计千瓦时的电能损耗。线夹优化选型必须进行经济性比较,综合考虑静态初投资、运行节能特性。输电线路运行中线夹分为铸铁悬垂线夹、铝合金防晕型悬垂线夹和预绞式悬垂线夹。预绞式悬垂线夹由预绞丝护线条、内含铝合金加强件的橡胶衬垫、高强度铝合金护套和夹片等主要部分构成。因为其特殊的材料特性和结构使得涡流损耗小、导线所受的静态应力和微风振动等引起的动态应力减小。当前对线夹电能损耗的研究存在的问题主要体现在:线夹能耗相对于整个线损而言相对较小,现有测量手段无法测出不同类型线夹的能耗差别,部分试验也难以模拟现场实际运行情况;线夹的能耗特性研究多停留在定性分析的层面,无法为线夹选型提供必要的运行成本数据。这是由于线夹的涡流损耗与线夹结构参数、导线型号、电流密度、电磁特性参数等多种因素紧密相关,分析计算复杂。
　　计算涡流损耗的方法有解析法和数值计算的方法。解析法在模型比较简单的情况下可以满足精度并加快计算速度,但对于形状比较复杂的输电线路线夹,同时计算趋肤效应、涡流损耗时,解析法存在计算复杂、求解困难的缺点。有限元法是应用最广泛的数值计算方法之一,它通过对整个场域进行剖分,便于处理各种电磁场问题。它能够成功地模拟在各种情况下的线夹内部电磁场,并据此计算出涡流损耗;其计算与分析的过程是根据工程的实际情况而进行的,计算结果可靠、科学。因此,本文采用有限元法计算和分析在实际运行过程中线夹的涡流损耗,为输电线路线夹的选型提供有力的依据。
　　根据预绞式线夹的结构参数并选择常用的导线型号分别为LGJ-300/40、LGJ-400/50和LGJ-500/40的导线并通以相应的载流量来进行计算,单只线夹能量损耗以及可能造成的导线能量损耗见表1(导线长度为400mm,铸铁线夹和预绞式线夹长度分别为150mm和70mm)。从表1可以看出,在使用相同型号导线和通以相同工频电流的情况下,铝合金预绞式悬垂线夹比普通铸铁线夹耗能大大减小。而且随着导线截面的增大,由于接触电阻等因素影响,导线本身的电能损耗有减小的趋势。
　　
　　2.线夹经济技术分析
　　
　　以大新-南宁500kV线路工程为例,该工程起自大新500kV变电站,终至南宁500kV变电站,全长125.67km,导线采用4×LGJ-500/45钢芯铝绞线,铁塔总数量276基,其中直线塔228基,耐张塔48基,导线悬垂线夹共2736个。
　　电压等级越高,导线截面越大,线夹的投资回收期越短。输电线路采用节能型预绞式线夹虽然建设成本较高,但一般来说通过上十年的运行,节能效益显现。
　　
　　3.结语
　　
　　本文提出了以电磁场理论为基础,采用有限元法精确求解线夹能量损耗,以投资回收期越短为目标的线夹优化选型策略,为电网建设经济、安全、可靠的输电线路提供严格的科学依据。预绞式线夹采用比铸铁线夹导磁率小的铝合金铸造,并且安装护线条后大大增大了导流截面积,有效减小了等效电阻,从而损耗能量降低。在当今注重节能环保的世界潮流下,降低能耗,减少污染,大力推广普及应用电力金具节能应用成为电网建设中的具体技术举措。
　　
　　参考文献:
　　 [1]徐乃管,吴渝生,白中琪.论开发应用节能金具-铝合金线夹的重要意义[J].电力建设,1998,19.
　　 [2]阎照文,李郎如,袁斌,等.新等效源法解含载流导体的二维涡流场[J].高电压技术,2001,27.
　　 [3]刘志珍,励庆孚,王美琴.解析法计算任意形状薄钢板的涡流损耗[J].电工技术学报,1999,14.