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淺談集束導(dǎo)線的應(yīng)用
[摘要] 隨著農(nóng)村和城市低壓電網(wǎng)改造工作的深入，集束導(dǎo)線作為一種新技術(shù)以其低損耗、安全可靠、美觀環(huán)保、施工簡便等優(yōu)點(diǎn)在許多地方特別是城區(qū)低壓電網(wǎng)逐步得到推廣和應(yīng)用。但目前在設(shè)計和施工中還存在一些善待解決的問題，本文旨在已有實(shí)踐的基礎(chǔ)上進(jìn)行比較和總結(jié)，進(jìn)一步探討該技術(shù)的設(shè)計和施工方法。
[關(guān)鍵詞] 集束導(dǎo)線 經(jīng)濟(jì)電流密度 線路保護(hù) 施工工藝
隨著國家“兩改一同價”工作的推進(jìn)，全國各地都不同程度的對農(nóng)村和城市電網(wǎng)進(jìn)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(wǎng)（約5000居民戶共25個變臺）進(jìn)行了改造，征對城區(qū)居民密集、負(fù)荷大、線路走廊少、美觀要求高的特點(diǎn)，大膽采用了集束導(dǎo)線技術(shù)進(jìn)行試點(diǎn)，取得了良好的效果。以下結(jié)合本人的工作實(shí)踐，淺談幾點(diǎn)體會。
一、 集束導(dǎo)線的優(yōu)點(diǎn)和適用場合
集束導(dǎo)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(yīng)此決定了其物理參數(shù)、力學(xué)性能、施工方法等都界于裸導(dǎo)線和單根密閉電纜之間。主要優(yōu)點(diǎn)有：
1、 降低損耗，提高供電質(zhì)量
(1) 導(dǎo)線電抗小
導(dǎo)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(dǎo)線的電阻與裸導(dǎo)線基本相同，但集束導(dǎo)線通過在制造上采用緊密型和對稱分裂結(jié)構(gòu)，使導(dǎo)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(wǎng)絡(luò)的電抗大幅度降低，最終實(shí)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(yùn)行分析比較，在負(fù)荷、供電距離和導(dǎo)線截面相同的情況下，使用集束導(dǎo)線可比裸導(dǎo)線降低線損約2-5%。
(2) 供電模式改變
目前農(nóng)網(wǎng)中用裸導(dǎo)線供電的380/220V網(wǎng)絡(luò)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(jìn)戶線基本上為單相供電的供電模式，根據(jù)改造過的農(nóng)村電網(wǎng)統(tǒng)計分析，分支線和進(jìn)戶線占總線路長度的70%。而采用集束導(dǎo)線供電后，不僅主干線、分支線可用三相供電，進(jìn)戶線也可用相對便宜的4×6mm2或4×10mm2的導(dǎo)線構(gòu)成三相線路供電，這樣使整個網(wǎng)絡(luò)都形成了三相供電。根據(jù)電工學(xué)可知，在相同的負(fù)荷、相同的導(dǎo)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(dǎo)線導(dǎo)線供電的網(wǎng)絡(luò)比常規(guī)裸導(dǎo)線供電的三相/兩相網(wǎng)絡(luò)降低損耗為1/3*70%=23%。
在集束導(dǎo)線全部三相供電的模式下，負(fù)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(fù)荷均勻可使中性點(diǎn)電位漂移減小，改善了電壓質(zhì)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(nóng)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(dǎo)線架設(shè)，通常會產(chǎn)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(zhuǎn)角拉線沒地方埋設(shè)，容易與居民產(chǎn)生土地糾紛，協(xié)調(diào)工作難以開展②綠化帶樹木逐年長高，容易碰到導(dǎo)線產(chǎn)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(hù)改造難③密集居民區(qū)高層樓房經(jīng)常有墜落物（如垃圾袋、衣架等）容易砸斷導(dǎo)線或造成相間短路，故障率高④部分素質(zhì)較低的用戶在線路上“掛燈籠"，竊電現(xiàn)象嚴(yán)重，由于居民密集，排查困難。在這種情況下如果采用集束導(dǎo)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(shè)，且導(dǎo)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(diǎn)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(diào)工作量，提高土地利用率，且不會產(chǎn)生電網(wǎng)盲目跨越和亂搭接產(chǎn)生的“蜘蛛網(wǎng)”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(dǎo)線束，在城區(qū)或密集居民區(qū)基本上不用電桿、拉線，裸導(dǎo)線架設(shè)時用的絕緣金具（如瓷瓶）和支撐金具（如橫擔(dān)）可基本省去。根據(jù)我縣改造過的資料統(tǒng)計，導(dǎo)線價格比采用裸導(dǎo)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(dǎo)線線損和電壓損失比較小、可靠性高，按價值理論的觀點(diǎn)，集束導(dǎo)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(diǎn)，集束導(dǎo)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(nóng)村特別是城鄉(xiāng)結(jié)合部、城區(qū)中的大村莊、小區(qū)等地方。
二、 設(shè)計需專門考慮的問題
1、經(jīng)濟(jì)電流密度的選擇
根據(jù)《低壓電力技術(shù)規(guī)程》，380/220V低壓配電網(wǎng)采用三相四線制供電，導(dǎo)線截面主要采用經(jīng)濟(jì)電流密度進(jìn)行設(shè)計。目前設(shè)計規(guī)程提供的經(jīng)濟(jì)電流密度只有裸導(dǎo)線和電纜的數(shù)據(jù)，由于集束導(dǎo)線的各種參數(shù)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)不同于裸導(dǎo)線和電纜，因此單純套用裸導(dǎo)線或電纜的經(jīng)濟(jì)電流密度值是不科學(xué)的。以下根據(jù)我縣的實(shí)踐，采用工程經(jīng)濟(jì)學(xué)中的周期壽命最小費(fèi)用法推導(dǎo)經(jīng)濟(jì)電流密度參數(shù)經(jīng)驗(yàn)計算公式。
根據(jù)分析，每km線路的投資費(fèi)用可近似的分為兩部分：與導(dǎo)線截面S無關(guān)的固定部分a（金具、電桿等）和與其成正比的變動部分（導(dǎo)線截面）。數(shù)學(xué)表達(dá)式為：
K＝a＋f（s）(元/km)
根據(jù)我縣改造過的24個變臺結(jié)算資料進(jìn)行線性回歸分析的出固定費(fèi)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(dǎo)線的價格進(jìn)行平均得出f（s）=260 s，則集束導(dǎo)線的數(shù)學(xué)模型為：
K＝a＋f（s）＝3400+260s (元/km)
電力線路周期壽命的年總費(fèi)用包括線路的折舊費(fèi)、維護(hù)費(fèi)以及電能損耗費(fèi)，數(shù)學(xué)表達(dá)式為：
式中 C0-資金還原系數(shù)，C0=r0(1+ r0)n/[(1+r0)n-1]
r0-基準(zhǔn)投資收益率，按農(nóng)網(wǎng)貸款投資貸款利率6.3%
n-導(dǎo)線壽命，取20年
C1-年維護(hù)費(fèi)系數(shù)，取3%
Im-線路最大負(fù)載電流，A
ρ-電阻率(鋁為28.26Ω·mm2/km)
τ-最大負(fù)荷損耗小時，h
β-單位電價，元/kW·h
為使年總費(fèi)用最小，對上式求導(dǎo)，并令其為零得：
依經(jīng)濟(jì)電流密度的定義，可得平行集束導(dǎo)線的經(jīng)濟(jì)電流密度的經(jīng)驗(yàn)計算公式為：
由上式可見，經(jīng)濟(jì)電流密度主要與導(dǎo)線的單位造價系數(shù)b成正比，與最大負(fù)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(hù)費(fèi)基本不變，根據(jù)運(yùn)行情況看，當(dāng)導(dǎo)線截面一定時維護(hù)費(fèi)相差較小，假定符合實(shí)際要求。
該公式的第二個假定是負(fù)荷集中在線路末端，實(shí)際上負(fù)荷基本上是均勻分布的。由于負(fù)荷呈均勻分布時的有功損耗為負(fù)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(dǎo)線單位價格b=260(元/km·mm2)計算的出經(jīng)濟(jì)電流密度參考值表如下。
負(fù)荷均勻分布時平行集束導(dǎo)線的經(jīng)濟(jì)電流密度(A/mm2)