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淺談集束導線的應用

[摘要] 隨著農村和城市低壓電網改造工作的深入，集束導線作為一種新技術以其低損耗、安全可靠、美觀環(huán)保、施工簡便等優(yōu)點在許多地方特別是城區(qū)低壓電網逐步得到推廣和應用。但目前在設計和施工中還存在一些善待解決的問題，本文旨在已有實踐的基礎上進行比較和總結，進一步探討該技術的設計和施工方法。

[關鍵詞] 集束導線 經濟電流密度 線路保護 施工工藝

隨著國家“兩改一同價”工作的推進，全國各地都不同程度的對農村和城市電網進行了改造。2002年我縣對線損較大和竊電明顯的城區(qū)低壓電網（約5000居民戶共25個變臺）進行了改造，征對城區(qū)居民密集、負荷大、線路走廊少、美觀要求高的特點，大膽采用了集束導線技術進行試點，取得了良好的效果。以下結合本人的工作實踐，淺談幾點體會。

一、 集束導線的優(yōu)點和適用場合

集束導線的全稱為集束架空絕緣電纜，制造時用是用絕緣材料連接筋將多根（一般為4根）絕緣電纜緊湊的連接在一起，按集成的方式有平行（扁行）和方行，是以架空方式工作的緊湊型電纜束。應此決定了其物理參數(shù)、力學性能、施工方法等都界于裸導線和單根密閉電纜之間。主要優(yōu)點有：

1、 降低損耗，提高供電質量

(1) 導線電抗小

導線的電抗由阻抗、容抗和感抗組成。在相同材料和截面的情況下，集束導線的電阻與裸導線基本相同，但集束導線通過在制造上采用緊密型和對稱分裂結構，使導線的電感大幅度降低，卻加大了線間介電常數(shù)從而使電容量大大增加，從而使整個網絡的電抗大幅度降低，最終實現(xiàn)降損和改善無功需求平衡的目的。根據(jù)廠家提供的數(shù)據(jù)和現(xiàn)有配變的運行分析比較，在負荷、供電距離和導線截面相同的情況下，使用集束導線可比裸導線降低線損約2-5%。

(2) 供電模式改變

目前農網中用裸導線供電的380/220V網絡由于受投資、線路走廊和安全等因素限制，形成了主干線為三相供電，分支線和進戶線基本上為單相供電的供電模式，根據(jù)改造過的農村電網統(tǒng)計分析，分支線和進戶線占總線路長度的70%。而采用集束導線供電后，不僅主干線、分支線可用三相供電，進戶線也可用相對便宜的4×6mm2或4×10mm2的導線構成三相線路供電，這樣使整個網絡都形成了三相供電。根據(jù)電工學可知，在相同的負荷、相同的導線物理參數(shù)條件下，采用三相供電的線損是單相供電的1/3，因此采用集束導線導線供電的網絡比常規(guī)裸導線供電的三相/兩相網絡降低損耗為1/3*70%=23%。

在集束導線全部三相供電的模式下，負荷基本上能做到平均分配，中性線的電流基本為零，從而基本本消除了中性線的功率損耗，另外負荷均勻可使中性點電位漂移減小，改善了電壓質量。

2、 不占線路走廊、有效防止漏電、竊電，安全可靠，造型美觀

隨著國家土地的升值、居民密度逐步增加和綠化程度的提高，在廣大農村密集居民區(qū)特別是城區(qū)，真正可以作為線路走廊的大多為公共道路的人行道、綠化帶。如果采用裸導線架設，通常會產生以下棘手的問題：①電桿在狹小的混凝土道路難以開挖和架立，轉角拉線沒地方埋設，容易與居民產生土地糾紛，協(xié)調工作難以開展②綠化帶樹木逐年長高，容易碰到導線產生漏電，另外部分地方違章蓋房或施工使安全距離減小，安全性低、維護改造難③密集居民區(qū)高層樓房經常有墜落物（如垃圾袋、衣架等）容易砸斷導線或造成相間短路，故障率高④部分素質較低的用戶在線路上“掛燈籠"，竊電現(xiàn)象嚴重，由于居民密集，排查困難。在這種情況下如果采用集束導線，由于較少使用電桿，大部分是在規(guī)劃整齊的房屋外挑邊緣或下檐用墻釘架設，且導線為絕緣束狀，抗拉斷力較單線成倍增加，基本上可避免上述出現(xiàn)的問題。另外一個突出優(yōu)點是不占用線路走廊，這對居民擁擠地區(qū)和寸土似金的城區(qū)無疑大大減小政府和電力部門的協(xié)調工作量，提高土地利用率，且不會產生電網盲目跨越和亂搭接產生的“蜘蛛網”現(xiàn)象，美化環(huán)境。

3、 節(jié)約金具和電桿、拉線，施工簡便、投資價值高

由于為絕緣導線束，在城區(qū)或密集居民區(qū)基本上不用電桿、拉線，裸導線架設時用的絕緣金具（如瓷瓶）和支撐金具（如橫擔）可基本省去。根據(jù)我縣改造過的資料統(tǒng)計，導線價格比采用裸導線高約4500-5000元/KM，但金具和電桿、拉線降低約3000-4000 元/KM，如果60%線路不用電桿的話，投資可基本持平。但由于集束導線線損和電壓損失比較小、可靠性高，按價值理論的觀點，集束導線的投資價值高。

根據(jù)以上分析，按投資價值最大化的觀點，集束導線比較適合于居民相對密集、房屋縱多、規(guī)劃相對整齊和沒有線路走廊、對美觀有一定要求的農村特別是城鄉(xiāng)結合部、城區(qū)中的大村莊、小區(qū)等地方。

二、 設計需專門考慮的問題

1、經濟電流密度的選擇

根據(jù)《低壓電力技術規(guī)程》，380/220V低壓配電網采用三相四線制供電，導線截面主要采用經濟電流密度進行設計。目前設計規(guī)程提供的經濟電流密度只有裸導線和電纜的數(shù)據(jù)，由于集束導線的各種參數(shù)和經濟指標不同于裸導線和電纜，因此單純套用裸導線或電纜的經濟電流密度值是不科學的。以下根據(jù)我縣的實踐，采用工程經濟學中的周期壽命最小費用法推導經濟電流密度參數(shù)經驗計算公式。

根據(jù)分析，每km線路的投資費用可近似的分為兩部分：與導線截面S無關的固定部分a（金具、電桿等）和與其成正比的變動部分（導線截面）。數(shù)學表達式為：

K＝a＋f（s）(元/km)

根據(jù)我縣改造過的24個變臺結算資料進行線性回歸分析的出固定費用（2002年價格水平）a=3400元/km，另外以在山東魚臺電力制造有限公司采購的平行集束導線的價格進行平均得出f（s）=260 s，則集束導線的數(shù)學模型為：

K＝a＋f（s）＝3400+260s (元/km)

電力線路周期壽命的年總費用包括線路的折舊費、維護費以及電能損耗費，數(shù)學表達式為：

式中　C₀-資金還原系數(shù)，C₀=r₀(1+ r₀)n/[(1+r₀)ⁿ-1]

　　　r₀-基準投資收益率，按農網貸款投資貸款利率6.3%

　　　n-導線壽命，取20年

　　　C₁-年維護費系數(shù)，取3%

　　　I_m-線路最大負載電流，A

　　　ρ-電阻率(鋁為28.26Ω·mm²/km)

　　　τ-最大負荷損耗小時，h

　　　β-單位電價，元/kW·h

為使年總費用最小，對上式求導，并令其為零得：

依經濟電流密度的定義，可得平行集束導線的經濟電流密度的經驗計算公式為：

由上式可見，經濟電流密度主要與導線的單位造價系數(shù)b成正比，與最大負荷損耗小時τ以及電價β成反比。

該公式的第一個假定是維護費基本不變，根據(jù)運行情況看，當導線截面一定時維護費相差較小，假定符合實際要求。

該公式的第二個假定是負荷集中在線路末端，實際上負荷基本上是均勻分布的。由于負荷呈均勻分布時的有功損耗為負荷集中在線路末端時的1/3倍，帶入公式后可得修正系數(shù)J’=1.732J。

根據(jù)以上計算原則，選取大部分地區(qū)電價0.4-0.7元/KWH，導線單位價格b=260(元/km·mm²)計算的出經濟電流密度參考值表如下。

負荷均勻分布時平行集束導線的經濟電流密度(A/mm²)