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油田输电线路导线选取设计方法

所属栏目:电力论文 发布日期:2021-03-17 09:22 热度:

   导线作为输电线路最主要的部件之一,要满足线路输送电能的主要功能,同时要安全可靠运行,还要在经济上是合理的。作为全寿命周期的经济性,不仅应考虑导线本身的经济性,还要综合考虑导线差异所引起的铁塔、基础、绝缘子、金具等相关材料的初始投资,以及施工、运行费用甚至导线残值的差异。早期的东北电力系统建设主要参照苏联模式进行规划设计,架空线路导线的选取比较粗放,通常按照设计经验进行选取。今日的东北油田电网建设摆脱了粗放式设计的理念,不断借鉴国内外先进设计模式。油田电网下辖各区域电网在建设时均有统一规划,在考虑一定裕度条件下建设时导线采用统一标准,对电网后期的平稳、有效运行具有积极的意义。下面以大庆油田电网为例,介绍油田输电线路导线选取设计方法。

油田输电线路导线选取设计方法

  1导线材料选取

  油田电网110kV及以下输电线路导线仍以技术成熟、价格相对较低的钢芯铝绞线为主。该导线运行时间长且生产工艺简单,在具有诸多优点的同时也有局限性,如长期允许运行温度低、钢芯易被电腐蚀等。近年来,伴随着材料的不断发展和更新,出现了高强度铝合金绞线、耐热铝合金导线、碳纤维复合芯导线等新型导线。新型导线价格相对传统导线贵,在油田电网应用还较少,缺乏运行经验。

  1.1铝合金绞线

  铝合金绞线取消了钢芯,使单位质量大大降低,抗拉强度达到325MPa,为普通硬铝的2倍,导线综合拉断力大于同规格的钢芯铝绞线。因此,铝合金绞线具有更大的拉重比系数,弧垂特性更好,可有效降低塔高或增大档距。

  1.2耐热铝合金导线(殷钢)

  由于加入了特殊金属,导线抗拉强度增强,温度线性膨胀系数显著变小(殷钢膨胀系数只有普通钢材的1/3),弧垂也比常规导线小。耐热铝合金导线可以在180℃下运行,载流量可达到同截面普通导线的1.6倍。

  1.3碳纤维复合芯导线

  碳纤维复合芯导线由于复合芯的强度足够高,不再需要铝承担受力作用,导电的铝就可以采用退火状态的软铝,其导电率可超过63%。一般钢丝的抗拉强度为1240MPa,而碳纤维和玻璃纤维混合芯棒抗拉强度可达到2399MPa,为前者的1.93倍,抗拉强度明显提高。由于碳纤维复合芯导线不存在钢丝材料引起的磁和热效应,所以在相同截面输送相同负荷的条件下,它具有更低的运行温度。在180℃条件下运行,其载流量为常规钢芯导线的1.8倍。

  1.4导线参数对比

  不同种类导线的参数对比如表1所示。对上述4种导线方案进行比较,结论如下:(1)从电气性能来讲,4种导线均能满足电气性能基本要求,碳纤维复合芯导线载流量最大。(2)从经济性来讲,新型导线价格较高,钢芯铝绞线价格较低。虽然钢芯铝绞线因损耗较大,其运行经济性不如新型导线,但是保养维护便利,备品备件充足,而且运行单位及人员对钢芯铝绞线的维护经验丰富。可以看出,钢芯铝绞线方案在电气性能、机械性能相差不多的情况下,具有使用广泛、发货及时、备件多、配套金具成熟,以及施工、运维方便等优势。新型导线具有损耗小、载流量大的特点,是今后的发展方向,在新建线路上可以逐步应用,使油田电网向绿色化、专业化方向发展。同时,运维人员需要逐步提高对新型导线的运维能力。

  2导线截面的选取

  在以往设计中,导线截面主要以载流量为设计根据,这样的设计方法存在线路运行经济性差、损耗偏高等问题。在新投产的油田区域,架空输电线路导线截面宜按经济电流密度来选择,并根据电晕、机械强度和事故情况下的发热条件进行校验。在进行电力系统规划时,一般考虑线路投入运行后的输送容量,根据经济电流密度选择导线截面。

  2.1工程项目中的实际应用案例

  根据采油厂的用电负荷需求,拟在大庆市肇州地区新建一座110kV变电站,110kV进线在某条110kV线破口,长度约为41km。根据采油厂远期油井规划,负荷数据按照110kV新建变电站投入运行后最大负荷33.4MW进行前期设计工作。输电导线截面依据经济电流密度进行选取。

  2.2输电线路导线截面选取体会

  (1)一般的输电线路导线截面的选择,可根据线路投运后5~10a的输送容量,按经济电流密度进行选择,必要时对电晕、发热和机械强度进行检验。有些线路除了按上面定量的方法选择导线截面外,还应根据输电线路在电网中的位置、作用和性质,从电网规划方面进一步分析、研究、核定所选的导线截面是否合理。(2)在电网建设中,为了方便运行和检修,减少供电公司备品备件种类,电网中各种电压等级导线截面类型应尽可能少。建议根据电网实际情况,采用供电公司相应电压等级常用的导线截面类型,统一区域电网导线型号。

  3安全系数选取

  在输电线路设计中,安全系数为破坏应力除以最大使用应力的计算值。根据GB50545—2010《110kV~750kV架空输电线路设计规范》及《电力工程高压送电线路设计手册》,输电线路计算中的安全系数通常不小于2.5[2-3]。安全系数K值在油田输电线路中的设计选取是否合理,对工程整体造价起到关键性影响。油田电网中砼杆占比依然较大,但在景观路及重要负荷区域使用钢管杆的比例逐渐增多。钢管杆因其美观、占地面积小,将是电网今后的发展趋势。钢管杆本体质量与安全系数紧密相连,本次依据K值设计为依托,讨论不同K值条件下的钢管杆质量,进而选取合理的设计参数。在工程设计中,不同的杆塔形式K值选取经验不尽相同。依据某项钢管杆建设工程实例,我们以大庆喇嘛甸地区的环境条件(见表2)为依据,对照不同的安全系数K值对相应的35kV钢管杆质量进行计算,得到计算结果如表3、表4所示。根据以上计算结果得出结论如下:(1)当线路中钢管杆比例较大时,总耗钢量基本随着K值的变大而增加,而且总杆塔数量越多的时候,这种变化的趋势就越明显。当K值取4时,总耗钢量最小。(2)架空线路采用钢管杆架设时,当线路路径直线段较多时,选取较小的K值更有利于节省工程造价,不仅耗钢量少,而且杆塔数量也相对较少。直线杆较多时,推荐采用K=3.5的安全系数来设计钢管。当线路路径转角较多时,推荐采用K=4的安全系数来设计钢管。

  4结语

  本文根据油田电网实际情况论述导线材料、导线截面及安全系数的选取原则,在设计、建设标准上向电网智能化、统一化方向发展,为油田建设提供稳定、可靠的电力能源。伴随着导线材料日新月异的发展,设计方法的不断推陈出新,更节能、更高效的电力通道将不断呈现在油田电网当中。设计人员应具有更广阔的眼界,在电网规划中进行合理负荷分析,制定出适合油田发展的统一建设模式,为建设油田坚强电网而努力。

  参考文献

  [1]张殿声.电力工程高压送电线路设计手册[M].北京:中国电力出版社,2002.

  [2]中华人民共和国住房和城乡建设部.110kV~750kV架空输电线路设计规范:GB50545—2010[S].北京:中国计划出版社,2010.

  [3]电力行业电力规划设计标委会.导体和电器选择设计技术规定:DL/T5222—2005[S].北京:中国电力出版社2005.

  《油田输电线路导线选取设计方法》来源:《电世界》,作者:刘禹峰

文章标题:油田输电线路导线选取设计方法

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