经济电流密度的计算方法

经济电流密度：导线截面影响线路投资和电能损耗，为了节省投资，要求导线截面小些；为了降低电能损耗，要求导线截面大些。综合考虑，确定一个比较合理的导线截面，称为经济截面积，与其对应的电流密度称为经济电流密度。 按年最大负荷利用时间/h 电缆 ：3000以内的 铝1.92A/mm 铜2.5A/mm,  3000~5000  铝1.73A/mm 铜2.25A/mm, 5000以上 铝1.54A/mm 铜2.00A/mm, 架空线路：3000以内的 铝1.65A/mm 铜3.00A/mm,  3000~5000  铝1.15A/mm 铜2.50A/mm, 5000以上 铝0.90A/mm 铜1.75A/mm, 1 降低线损的主要措施 线损率是供电量与售电量之差同供电量之比的百分数，是供电企业的一项重要技术经济指标，在实际工作中可采取以下措施降低线损。 选定负荷中心的最佳位置，减少或避免供电半径过长。 提高负荷功率因数，尽量使无功就地平衡。电力系统的电压是随着线路输送的有功和无功功率变化而变化的，当线路输送一定量的有功功率和始端电压不变时，如输送的无功功率越多，线路的电压损失就越大，线损率就越高；当功率因数提高以后，负荷向系统吸取的无功功率就减少了，线路的电压损失也相应减少，线损率就降低。 减少输配电层次，也就是说减少变压次数，提高输电电压的等级。 按经济电流密度选择供电线路的截面积。选择导线既要考虑经济性，又要考虑安全性。导线截面大，线损就小，但会增加投资；导线截面小，线损就大，满足不了今后发展的需要，而且安全系数降低。在实际工作中，最好的办法就是按经济电流密度来选择导线的截面面积。 2 实例 现结合邓州市的湍构35 kV线路，进行分析如下。 湍构线路全长17.91 km，导线型号LGJ-120/20（2 km）、LJ-70（15.91 km），年最大负荷5600 kW，最大负荷利用小时数为4900 h。LGJ-120/20导线阻抗R = 0.2496Ω/km，LJ-70导线阻抗R = 0.424Ω/km。 2.1 按经济电流密度 假设最大负荷时，功率因数cosΦ = 0.95，则I = 88.4 A。 由最大负荷利用小时数，查可得经济电流密度为A = 1.15 A/mm2。则：S = 77 mm2，从而可以看出，应该选择截面面积大于77 mm2 2.2 采用均方根电流法计算理论线损 均方根电流法计算理论线损公式为 湍沟线路2005年6月20日典型负荷曲线见图1。 下面以湍构线路2005年6月20日典型负荷日数据为依据进行计算。 由LJ-70导线参数，可得湍构线路总阻抗为 RL = 0.2496×2 + 0.424×15.91 = 7.25  从而可得这种状态下理论线损率为：2.3%。 假若年典型负荷平均运行时间为：6500 h(结合邓州局2005年湍构线供电量情况，取T = 6500h)，电价按0.38元/kWh计算，年线路损耗价值为 M1=△A×T×0.38 ="24（万元） 若按2005年实际平均线损率3.7%算，2006年线路损耗价值为 M2 = 38.6（万元） 实际要比理论上多损耗14.6万元。 从以上数据分析可以看出，邓州局湍构线路现在运行是不经济的。 根据上面两种方法计算结果可以看出，湍构线路的导线线号过细、老化，线损过大运行不经济。下面以典型负荷日的数据，分别选择不同型号的导线进行经济性能比较，比较结果见表1。 由表1可知：若将现有的LJ-70导线更换为LGJ-120线，理论线损率降低1%，可节约9.13万元；更换为LGJ-150线，理论线损率降低1.28%,可节约12.17万元；更换为LGJ-185线，理论线损率降低1.53%，可节约14.75万元。 结合湍构线路实际情况和未来发展，从表中数据可以看出，导线应选择LGJ-120/20，是比较合理的。一方面可以减少线路损耗，同时也可满足该供电区域未来发展需要；另一方面用原杆型能满足LGJ-120/20型号导线，节省线路改造投资。 根据初步预算，该线路全线更换LGJ-120/20导线，大约需要60万元的投资。由表1几种类型导线经济效益对比表，还可以看出，导线更换后，一年可降低损耗9万元左右。按这个数字计算，7年左右可全部收回更换导线投资。同时，加大了该线路的输送电能力，对提高该供电区域供电可靠性和电压合格率也是很有好处的 如何按经济电流密度选择导线截面？ 答：(1)先初步按下式计算导线截面： S  =     mm2 P—线路的输送功率，kw。 U—线路的额定电压，kv。 COSФ—功率因数。 J—经济电流密度，A/ mm2 (2)然后再按电压损失、导线发热条件、机械强度及电晕损失等条件进行校验 经济电流密度表： 导线材质 年最大负荷利用小时数（h） <3000 3000--5000 >5000 铜线 3.0A 2.25A 1.75A 铝线 1.65A 1.15A 0.9A         按经济电流密度选择导线截面的探讨 Research on Selecting Conductor Section by Ecenomical Current Density 彭　伟 文　摘　根据在输电线路中，按经济电流密度值选择的导线截面，在验算设计经济合理性时出现偏差的情况，提出了相应的解决办法，并建议按年费用最低的原则制定经济电流密度值。 关键词　经济电流密度　年运行费　年费用　投资利润率　经济比较 目前，正值城乡电力网需要大力改造之际，在众多改造项目中，合理选择导线截面成为设计中主要任务之一。为使电力网获得更大的经济效益，采用按经济电流密度选择导线截面是实现这一目标的一项技术措施。然而实际设计中，按经济电流密度选择的导线截面，在作经济比较时，发现并非是经济的方案，验算结果表明，按经济电流密度所选择的导线截面一般偏大。 1　原因分析 (1) 目前使用的经济电流密度值，是通过查图或查表得到的，而这些图表都是很多年以前由国家主管部门制定的。我国改革开放20年来，已从计划经济进入市场经济，原确定经济电流密度时，决定经济电流密度值的某些参数，如线路单位长度造价，电度电价等都已发生了变化，导致在现行条件下验算时出现误差。 (2) 我国采用的经济电流密度值是按电力网年运行费用接近最小的原则制定的，而在方案的经济比较中，采用的抵偿年限法是按电力网年费用小者为优的原则推导出来的，两种原则虽有联系却有区别。所以在进行经济比较中，即使其它条件相同，仅导线截面不同的方案比较时，也会出现所选的经济截面并非是最经济的情况。 2　解决途径 在国家主管部门没有颁布新的经济电流密度值之前，现阶段设计导线截面时，建议仍按原经济电流密度值计算，计算得到的经济“计算截面”Acom作为参考值，按小于或接近于Acom的顺序选择 2～3 种相近的导线标称截面An，在满足导线截面选择条件的前提下，进行经济比较，确定最经济合理的导线截面，作为方案之一，再参与其它方案(如电压等级不同)的经济比较，这样做的目的是为了防止更经济的截面被漏掉。 在社会主义市场经济条件下，注重投资的经济效益已成为共识，因此，选择导线截面必须考虑投资的利润率，而不应只追求年运行费最低，即应按平均年费用最低的原则选择导线截面，或作为方案经济合理性评价标准及验算方法。输电线路年费用Z由两项组成，第一项为线路设计方案的年运行费F；第二项为把线路一次投资转化为每年的平均投资PH，用算式表示为： Z＝F＋PHK  (1) 式中　K——线路投资总额，元； PH——标准经济效益系数，如果线路使用年限n＝25年，按《电力经济分析暂行条例》的规定取投资利润率i＝0.1，则： PH＝［i(1＋i)n］／［(1＋i)n－1］＝0.11 在线路设计中，按上述方法选择导线截面的几种方案，再按式(1)计算出各方案的年费用，作经济比较时，以年费用最小的方案为最优。 也可根据式(1)推导出标准抵偿年限： Tb＝(K2－K1)／(F1－F2)＝9年 若按抵偿年限法作经济比较时，如抵偿年限T＜Tb，则投资大的方案为优；如T＞Tb，则投资小的方案为优。 3　重新确定经济电流密度值的建议 笔者认为，根据线路在使用年限内总费用最小，即平均年费用最小的原则制定经济电流密度更符合市场经济规律，经济电流密度推导如下： 设线路投资为K，则： K＝(K0＋bA)L 式中　K0——线路单位长度投资中与导线截面 无关的部分，元/km； b——表示线路单位长度造价与导线截面间关系的系数； A——导线截面积，mm2； L——线路长度，km。 设线路折旧率、小修费及管理费的百分比之和为α%，则每年所需的折旧维修管理费为： f1＝α%(K0＋bA)L 线路全年电能损耗折价为： f2＝3I2m(ρL/A)τE×10－3 式中　Im——线路最大输送电流，A； ρ——导线的电阻系数，Ω*mm2／km； τ——线路最大功率损耗时间，h； E——计算电价，元／(kW*h)。 年运行费为： F＝f1＋f2  (2) 年费用为： Z＝(α%＋PH)(K0＋bA)L＋3I2m(ρL／A)τE×10-3  (3) 将年费用对导线截面A求导，并令 ，可求得年费用最小时对应的经济截面Aec，即： 则经济电流密度为： J＝｛［(α%＋PH)b×103］／(3ρτE)｝1／2  (4) 线路在使用年限内的总费用(折现值)为： ZΣ＝K＋F／PH  (5) 同理，按总费用最小的原则，可推导出与式(4)相同的经济电流密度计算式。 若按年运行费最小的原则，经济电流密度计算式应为： J＝［(α%b×103)／(3ρτE)］1/2  (6) 比较式(4)和式(6)可见，相同条件下，原经济电流密度值比本文推荐的计算值小，所选导线截面因而偏大。 在实际确定新经济电流密度值时，应比式(4)算出的值略大一点，因为适当地增大电流密度，即适当地减少导线截面，对年费用的影响不大，但对减少投资却有显著的影响。按新经济电流密度选择导线截面将使年费用接近最小。实际选择导线标称截面An时，计算截面Acom不可能与An完全相等，只能选择接近Acom的An。若取小于Acom的An，则更有利于节约投资。 4　结束语 随着我国市场经济的发展，在工程设计中，应加强提高投资经济效益的意识，以适应市场经济的需要。建议国家主管部门尽早制定出符合实际的经济电流密度值，以方便导线截面设计与选择。 作者单位：安徽水利电力学校(蚌埠 233400)