随着长三角地区经济的发展,用电负荷不断攀升。华东500kV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500kV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-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500kV线路热稳定水平是提高华东500kV主网架输送能力的关键所在。目前，部分500kV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

1.2 导线允许载流量的计算

W_j+W_S=W_R+W_F

式中，W_j为单位长度导线电阻产生的发热功率,W/m；W_S为单位长度导线的日照吸热功率，W/m；W_R为单位长度导线的辐射散热功率，W/m；W_F为单位长度导线的对流散热功率，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0.5m/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

式中，θ为导线的载流温升，℃；v为风速，m/s；D为导线外径，m；ε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-包尔茨曼常数5.67×10-8W/m²；t_a为环境温度，℃；α_s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_t为t(t=θ+t_a)℃时的交直流电阻比;R_dt为t℃时直流电阻；I_s为日光对导线的日照强度，W/m²。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ta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%～2％。

　　（3） 风速对导线载流量影响很大：v＝0.5m/s比v＝0.1m/s时的载流量要大40％，而v＝1.0m/s比v＝0.5m/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100W/m²较1000W/m²的载流量要提高15%～30％，但日照从1
000W/m²减少至900W/m²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θ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θ≤40℃时，导线温升每升高5℃，载流量要增加10％；θ＞40℃时，导线温升每升高5℃，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℃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＋70℃，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＋70℃）；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

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℃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℃，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℃。

　　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-185/30、LGJ
-400/35、LHBGJ -400/50和ACSR -720/50等4种常用的导线为代表。试验结果表明：绞前单丝80℃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℃提高至80℃，对导线强度损失率的增大不超过1％。绞前线材在恒定温度加热下的强度损失率见图1。

  

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80℃条件下经1000h加热后，与常温20℃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，Φ4.54、Φ3.22和Φ3.02硬铝线持续加温90℃、1000h后，强度损失率分别为3.91%、5.08％和6.58%；加温100℃、1000h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℃和90℃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80℃，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

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

表4  4种气象条件下40、70、80℃导线弧垂