環(huán)境友好型輸電線路用導(dǎo)線之一
——導(dǎo)線的特性

黃豪士

(上海電纜研究所，上海 200093)

環(huán)境友好型輸電線路用導(dǎo)線之一
——導(dǎo)線的特性

黃豪士

(上海電纜研究所，上海 200093)

敘述一種被稱為“環(huán)境友好型輸電線路用導(dǎo)線”，在惡劣環(huán)境條件下仍能使線路正常供電、安全運行。這種鋼芯SZ鋁型線同心絞的架空導(dǎo)線，具有更大的導(dǎo)體截面利用率，能降低風(fēng)載，自阻尼性能良好、耐腐蝕、低覆冰、低電暈?zāi)芰?，單線不易受損，結(jié)構(gòu)緊密牢靠。文中按導(dǎo)線的不同用途，詳實的舉例加以說明，它將成為未來輸電線路使用中的一種重要線種。因論文篇幅較長，故分為兩篇分別撰寫，第一篇為導(dǎo)線特性，第二篇為導(dǎo)線的應(yīng)用。

環(huán)境友好型；輸電線路用導(dǎo)線；種類；特性；使用范圍；應(yīng)用；配套金具；施工

0 引 言

世界各國的電力傳輸都是以架空線路為主。架空輸電用導(dǎo)線把電能從發(fā)電端傳輸至受電端，它既是電能傳輸中重要的載體，又是輸電線路最主要的組成部分。

輸電線路用導(dǎo)線，最主要的結(jié)構(gòu)形式是圓線同心絞架空導(dǎo)線，在國際上已經(jīng)使用了100多年。

早期，輸電線路用導(dǎo)線通常是以單一的導(dǎo)電材料制成的，如銅、鋁及鋁合金、甚至鋼線，但隨著時間的推移，從價格、使用壽命、建設(shè)費用、材料資源等考慮，鋁和鋁合金便成為首選的材料而被廣泛應(yīng)用。為了使鋁的性能更符合作為輸電線，合金化便是主要的方法。然后在解決了由兩種不同性能材料組成的一種新穎導(dǎo)線制造技術(shù)之后，組合導(dǎo)線顯示出了它更為優(yōu)越的綜合性能，從而被廣泛使用。

對于導(dǎo)線的單線而言，圓形截面是最易制造的，因此，圓線同心絞制的架空導(dǎo)線便毫無懸念地成為輸電線路用導(dǎo)線最重要的結(jié)構(gòu)形式。

圓線同心絞架空導(dǎo)線在輸電線路中立下不可替代的功績同時，隨著輸電線路的擴大延伸、經(jīng)過不同的地理環(huán)境和氣象條件，在不同的電壓等級中輸送不同的電流容量等情況下，圓線同心絞架空導(dǎo)線也暴露出它的某些缺點，例如：導(dǎo)線是由若干根單線絞合而成，導(dǎo)線的斷面利用率較低，這不得不使導(dǎo)線的外徑加大,而較大的直徑增大了風(fēng)載，使作為支撐的桿塔不得不加強；各圓形單線間的接觸只是一個線接觸，這使導(dǎo)線吸收風(fēng)振的能力較低；單線間的空隙又容易積水和有害物質(zhì)而使導(dǎo)線易腐蝕，減少了導(dǎo)線的使用壽命。凡此種種，已經(jīng)引起了電力工作者的關(guān)注，希望能克服這些缺點，建設(shè)更為安全可靠、性能更加優(yōu)越的輸電線路。

型線同心絞架空導(dǎo)線是對圓線同心絞架空導(dǎo)線的一次重大改進(jìn)提高，以型單線代替圓單線絞制成架空導(dǎo)線，大大地提高了導(dǎo)線的綜合性能。常用的型單線有S、Z、T形線等，還有C、V形線多種形成，本文將著重介紹S、Z型線同心絞架空導(dǎo)線，這種導(dǎo)線已在輸電線路應(yīng)用中獲得良好的效果。

1 輸電線路的現(xiàn)狀、存在問題與解決方案

1.1輸電線路的現(xiàn)狀

電力是國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展不可缺少的重要能源。隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，對電力的需求大幅度攀升，原本已經(jīng)滿負(fù)荷運行的輸電線路，更是不堪負(fù)擔(dān)。為解決這一迫在眉睫的矛盾，我國每年以100萬t的架空輸電線來滿足社會需求。這些輸電線中約95%以上都是鋼芯鋁絞線，而鋁合金導(dǎo)線、鋁包鋼芯鋁絞線及其它特殊導(dǎo)線不超過5%。我國幅員遼闊，地理環(huán)境、氣象條件又都不大相同，用了30～50年以上的輸電線路導(dǎo)線已不能滿足現(xiàn)有的負(fù)荷要求，且壽命也都將到期，現(xiàn)在只采取更換新導(dǎo)線的方法不是最優(yōu)的方案，應(yīng)另尋找解決方案。

1.2輸電線路存在的問題

輸電線路存在的問題，可以歸納為如下三點：

(1) 提高電網(wǎng)的輸電能力需要哪些新技術(shù)?

(2) 對于老舊線路如何才能利用現(xiàn)有的桿塔提高電力的輸送能力?

(3) 如何保證在惡劣的條件下，線路仍然正常供電、安全運行?

2008年初，我國南方湖南、貴州、浙江、江西等多個省份遭遇到百年未遇的冰雪災(zāi)害，使這幾個省份的電網(wǎng)無法正常運行，造成不少的經(jīng)濟(jì)損失；我國南方沿海各省，如廣東、廣西、福建、浙江等每年都會遇到臺風(fēng)、狂風(fēng)暴雨，北方的內(nèi)蒙古、新疆等地也會遇到猛烈的強風(fēng)，這些都會給輸電線路的安全運行造成威脅；我國海岸線達(dá)數(shù)千公里，海島眾多，以及化工廠、水泥廠、冶金廠等有不潔物和塵埃的腐蝕氣氛環(huán)境下，都將會對輸電線路造成不良的影響。如何使輸電線路用導(dǎo)線在這惡劣條件下，仍能正常工作，安全送電，這也是線路建設(shè)中的重要問題。

目前新開發(fā)的一種新穎的導(dǎo)線線種，能解決輸電線路中存在的若干個問題，其特點是：

(1) 架設(shè)于線路上的導(dǎo)線，在送電運行時，不會對人們的健康構(gòu)成任何危害；

(2) 在送電運行中的導(dǎo)線產(chǎn)生的電、聲、光等特性，不會對人類的正常生活環(huán)境構(gòu)成負(fù)面影響，而是與環(huán)境協(xié)調(diào)、和諧；

(3) 在暴風(fēng)雨、冰雪、沙塵暴、高原、江河峽谷、海島、化工及礦山等惡劣環(huán)境下工作時，能延長導(dǎo)線的使用壽命，保證線路正常送電，運行安全可靠，降低線路建設(shè)的全壽命周期成本。

線路中使用的導(dǎo)線，如在無需增加其它的附加裝置或措施的條件下，能獲得上述這些特性，則這種導(dǎo)線我們將其稱為“環(huán)境友好型輸電線路用導(dǎo)線”。

1.3輸電線路中存在問題的解決方案

按輸電線路存在問題，可分兩類解決方案：一是增加線路的輸送容量，但仍利用原有線路的桿塔，見圖1；二是在惡劣環(huán)境下，能保證線路能安全運行的方法(即使用環(huán)境友好型線路用導(dǎo)線)，見圖2。

圖1 增加線路輸送容量的解決方案

圖2 在惡劣環(huán)境條件下所用導(dǎo)線的解決方案

2 SZ型線同心絞架空導(dǎo)線種類與使用范圍

SZ型線同心絞架空導(dǎo)線可分為6種，其種類與使用范圍如下。

2.1SZ型線的鋁及鋁合金、高強度鋁合金芯鋁絞線

圖3為SZ型鋁絞線示意圖；圖4為SZ型鋁合金絞線示意圖；圖5為高強度鋁合金芯SZ型鋁絞線示意圖。

a) 中心為單根 b) 中心為絞線

圖3 SZ型鋁絞線

a) 中心為單根 b) 中心為絞線

圖4 SZ型鋁合金絞線

a) 中心為單根 b) 中心為絞線

圖5 鋁合金芯SZ型鋁絞線

主要使用范圍：應(yīng)用于線路檔距較小的線路。與其他兩個產(chǎn)品相比，高強度鋁合金芯SZ型鋁絞線具有較好的機械、物理、電氣等性能。

2.2鋼芯SZ型鋁絞線

圖6為鋼芯SZ型鋁絞線的示意圖。

圖6 鋼芯SZ型鋁絞線

主要使用范圍：由于它的綜合性能優(yōu)于相同的鋼芯鋁絞線，是鋼芯鋁絞線的替代產(chǎn)品，應(yīng)用于鋼芯鋁絞線所有的使用場合，包括田野、丘陵、山區(qū)、森林、城市、沿海等。它將是未來輸電網(wǎng)的首選線種。

2.3鋁包鋼芯SZ型鋁絞線

圖7為鋁包鋼芯SZ型鋁絞線示意圖。

主要使用范圍：和鍍鋅鋼芯SZ型鋁絞線的使用范圍相同，具有優(yōu)良的自阻尼性能，且承力件為鋁包鋼芯，因此導(dǎo)線將更耐腐蝕，特別合適于在沿海地帶和海島使用。

圖7 鋁包鋼芯SZ型鋁絞線

2.4高強度或特高強度鋼芯SZ型高強度鋁合金絞線

高強度或特高強度鋼芯SZ型高強度鋁合金絞線示意圖見圖8。

圖8 高強度或特高強度鋼芯SZ型高強度鋁合金絞線

主要使用范圍：由于其具有光滑表面和較大的拉斷力，可作抗冰雪線路使用；而較大的拉斷力、良好抗振耐腐蝕性能，也是大跨越導(dǎo)線的重要線種。

2.5有間隙的鋼芯SZ型鋁絞線

圖9為有間隙的鋼芯SZ型鋁絞線示意圖。

圖9 有間隙的鋼芯SZ型鋁絞線

主要使用范圍：由于這種結(jié)構(gòu)存在間隙，有特別良好的自阻尼特性，在易發(fā)生臺風(fēng)、暴雨和風(fēng)沙塵暴的地區(qū)使用。

2.6SZ型線同心絞的擴徑導(dǎo)線

SZ型線同心絞的擴徑導(dǎo)線示意圖見圖10。

圖10 SZ型線同心絞的擴徑導(dǎo)線

主要適用范圍：用于高原地區(qū)，節(jié)約導(dǎo)線用材料，減少電暈損耗。

3 SZ型線同心絞架空導(dǎo)線的特性

(1) 更大的導(dǎo)體截面利用率。SZ型線同心絞架空導(dǎo)線具有更大的導(dǎo)體截面利用率，它與同截面的圓線同心絞架空導(dǎo)線相比，減少直徑約10%；同直徑相比則可增大截面20%～25%。

(2) 降低風(fēng)載的影響。SZ型線同心絞架空導(dǎo)線其光滑的導(dǎo)線表面和較小的直徑，降低了風(fēng)載的影響，當(dāng)風(fēng)速達(dá)到30 m/s及以上時的風(fēng)載比同截面的圓線同心絞架空導(dǎo)線低得多。

(3) 良好的自阻尼特性。由于型線，特別是SZ型線的單線間有更多的接觸面，其自阻尼性能遠(yuǎn)比圓線同心絞架空導(dǎo)線優(yōu)良(對于有間隙結(jié)構(gòu)的導(dǎo)線，自阻尼性能特別優(yōu)良)，因此具有良好的抗微風(fēng)振動和抗暴風(fēng)雨、沙塵暴引起振動的能力。

(4) 優(yōu)良的耐腐蝕能力。型線同心絞架空導(dǎo)線，其鋁導(dǎo)體是以SZ型線絞制的結(jié)構(gòu)，與圓線同心絞架空導(dǎo)線相比，能較好地解決導(dǎo)線的抗化學(xué)腐蝕、電化學(xué)腐蝕和縫隙腐蝕，大大延長了導(dǎo)線的壽命。

(5) 鋁包鋼芯SZ型鋁絞的超耐腐蝕型導(dǎo)線是一種優(yōu)良的型線同心絞架空導(dǎo)線。這種導(dǎo)線除采用SZ型電工鋁作為導(dǎo)電體外，涂防腐油脂的鋁包鋼線作為承力件，其抗化學(xué)腐蝕、電化學(xué)腐蝕和縫隙腐蝕能力特別優(yōu)良，腐蝕的損失接近于零。

(6) 具有低覆冰雪的能力。由于SZ型線絞合，導(dǎo)線的外表面光滑，從而延緩了導(dǎo)線覆冰的時間，兼之導(dǎo)線的直徑偏小，所以在單位長度的覆冰量較少些，氣溫升高時，冰雪的融化則較快，導(dǎo)線覆冰量始終較小。

(7) 可減少電暈的損耗。相互嵌聯(lián)的SZ型線形成的導(dǎo)電外層，圓線作為支撐的導(dǎo)線層，這種結(jié)構(gòu)在節(jié)約材料的同時有較好的抗側(cè)壓能力，兼之光滑的表面，當(dāng)制成擴徑形成的結(jié)構(gòu)，導(dǎo)線的直徑便相對增大，這種的導(dǎo)線將更有效地減少電暈損耗。

(8) 更適合于制成大跨越導(dǎo)線。特高強度鋼芯高強度鋁合金的SZ型線同心絞導(dǎo)線，有著很大的拉力重量比，優(yōu)良的自阻尼特性和抗腐蝕性能，以及相對較小的直徑，是作為大跨越導(dǎo)線的理想特征。

(9) 單線斷線時損害小。對于SZ型線的結(jié)構(gòu)，由于每根單線間都相互嵌聯(lián)在一起，即使其中某一單線斷裂，也不會像圓單線一樣跳出，使導(dǎo)線仍保持著原有形狀，完整無損。

(10) 金具配套較方便。金具可采用與圓線同心絞架空導(dǎo)線相同的配套金具，包括耐張線夾、接續(xù)管、懸垂線夾和防振金具等。施工也與圓線同心絞架空導(dǎo)線基本相同，較為方便。

綜上所述，SZ型線同心絞架空導(dǎo)線有著很多優(yōu)點，故有著廣泛的用途：

用于田野、森林、丘陵、山地、河流、城市等地區(qū)；還用于在惡劣環(huán)境條件下的特殊地區(qū)，如鋁包鋼芯SZ型鋁絞制的超耐腐蝕型架空導(dǎo)線。

對于沿海、海島及濕熱地帶應(yīng)用將更為有效，在頻繁發(fā)生臺風(fēng)、暴風(fēng)雨、大風(fēng)和沙塵暴的地區(qū)，則采用有間隙的SZ型同心絞導(dǎo)線。

在高原地區(qū)，為減少電暈損耗，SZ型線同心絞的擴徑導(dǎo)線，具有良好的性能。

特高強度鋼芯高強度鋁合金的SZ型線同心絞導(dǎo)線，在易產(chǎn)生冰雪危害的地區(qū)使用時，導(dǎo)線具有低覆冰的能力，在我國南方易出現(xiàn)冰災(zāi)地區(qū)的線路使用時，會收到好的效果。

這類導(dǎo)線也用作大跨越線路用導(dǎo)線。與現(xiàn)有多處采用特高強度鋼芯高強度鋁合金絞線相比，直徑變小，自阻尼能力增加，更耐腐蝕，不易結(jié)冰等優(yōu)點，使之成為未來大跨越導(dǎo)線選擇時的主要線種。

4 結(jié)束語

本文通過分析架空輸電線路現(xiàn)狀及存在的問題，提出了應(yīng)采用一種被稱為“環(huán)境友好型輸電線路用導(dǎo)線——鋼芯SZ鋁型線同心絞架空導(dǎo)線”，并對其種類、使用范圍和特性作了詳細(xì)論述，至于該導(dǎo)線在應(yīng)用時的綜合性能分析和比較將在“環(huán)境友好型輸電線路用導(dǎo)線之二——導(dǎo)線的應(yīng)用”另一篇論文中評述。

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Environmental-FriendlyConductorforTransmissionLinesPartI:ConductorCharacteristics

HUANG Hao-shi

(Shanghai Electric Cable Research Institute, Shanghai 200093, China)

In this paper, a so-called environmental-friendly conductor for transmission lines is presented, which ensures normal power transmission and safe operation even in severe environmental conditions. This is a concentric-lay-stranded SZ aluminium profile conductor steel reinforced. It has greater utilization ratio of conductor cross-sectional area and can reduce the wind load. Besides, this kind of conductor features excellent self-damping characteristics, corrosion resistance, small ice covering, low corona, difficulty to damage the strands and compact construction. In this paper, the conductors, which will become an important conductor category in the future transmission line, are presented in detail and by examples according to their applications. This long paper is divided in two parts. Part I describes conductor characteristics. Part Ⅱ describes conductor applications.

Environmental-friendly; conductor for transmission line; category; characteristics; field of application; application; necessary fittings; construction work

TM244.2

A

1672-6901(2010)02-0013-05

2009-09-20

黃豪士(1938-)，男，教授級高級工程師.

作者地址：上海市軍工路1000號[200093].