特高強(qiáng)度鋼芯軟鋁絞線在實(shí)際工程中的應(yīng)用研究

柯定芳

（國家電網(wǎng)公司電力器材安全性能檢測技術(shù)實(shí)驗室，杭州 310015）

電力部門常采用導(dǎo)線增容來解決通道問題。目前各種增容導(dǎo)線在機(jī)械性能上逐漸成熟，能滿足實(shí)際生產(chǎn)需要，因此，本文主要從電氣性能角度考慮特高強(qiáng)度鋼芯軟鋁絞線在實(shí)際中大規(guī)模應(yīng)用的可行性[1]。

1 增容導(dǎo)線概述

目前常用的增容導(dǎo)線有碳纖維復(fù)合材料芯軟鋁絞線、耐熱鋁合金導(dǎo)線、鋼芯軟鋁絞線等，這幾種導(dǎo)線各有優(yōu)缺點(diǎn)。

（1）碳纖維復(fù)合材料芯軟鋁絞線可增加100%載流量[2]，并能在150℃穩(wěn)定運(yùn)行，但造價是普通導(dǎo)線的3～4倍。

（2）耐熱鋁合金導(dǎo)線是在鋁重熔過程中添加一定數(shù)量的鋯，可在提高運(yùn)行溫度的同時保持導(dǎo)線的機(jī)械性能基本不變，添加的鋯導(dǎo)致其導(dǎo)電率僅為60%IACS，因此會增加輸電線路損耗，從而增加運(yùn)行成本。

（3）鋼芯軟鋁絞線是一種以軟態(tài)型材鋁單線絞合作為導(dǎo)體、以特高強(qiáng)度鋼芯作為加強(qiáng)芯的節(jié)能導(dǎo)線。鋁線經(jīng)全軟化退火處理，導(dǎo)線運(yùn)行溫度不會因鋁的軟化特性而受到限制，完全由鋼的軟化特性所決定，而鋼的再結(jié)晶溫度較高，可以在較高的溫度下保持正常的機(jī)械強(qiáng)度，因此，該導(dǎo)線的允許工作溫度較普通架空導(dǎo)線高。

2 特高強(qiáng)度鋼芯軟鋁絞線

特高強(qiáng)度鋼芯軟鋁絞線的設(shè)計理念是鋁僅起導(dǎo)電作用，鋼芯起整根導(dǎo)線的承力作用，因此充分發(fā)揮了鋁材和鋼材各自的性能優(yōu)勢，是節(jié)能增容型導(dǎo)線，具有弛度低、自阻尼特性好、制造成本低、適用性強(qiáng)等特點(diǎn)。

鋁的熱膨脹系數(shù)為23×10-6/℃，而鋼的熱膨脹系數(shù)只有鋁的1/2，僅11.5×10-6/℃，當(dāng)導(dǎo)線運(yùn)行溫度上升時，由于熱膨脹系數(shù)的差異，軟鋁線股將產(chǎn)生不可恢復(fù)的永久變形，應(yīng)力轉(zhuǎn)移特性使導(dǎo)線所受張力轉(zhuǎn)移到特強(qiáng)鋼芯上，這時導(dǎo)線的熱膨脹系數(shù)就是鋼的熱膨脹系數(shù)。因此，工作溫度上升后，鋼芯軟鋁絞線的弛度遠(yuǎn)比普通鋼芯鋁絞線小[3]。

3 導(dǎo)線試驗

瀝匯—展望220 kV雙回輸電線路工程中使用了JLRZ/EST-400/50特高強(qiáng)度鋼芯軟鋁絞線，國家電網(wǎng)公司電力器材安全性能檢測技術(shù)實(shí)驗室對線路的直流電阻、載流量、倍容、能耗等主要電氣指標(biāo)進(jìn)行了相關(guān)試驗，并與普遍使用的鋼芯鋁絞線JL/GIA-400/35進(jìn)行了對比。

3.1 導(dǎo)線直流電阻

根據(jù)GB/T 3048.4-2007的要求對導(dǎo)線進(jìn)行了直流電阻試驗，被試導(dǎo)線通過配套耐張線夾安裝在拉力試驗機(jī)上，施加一定的載荷使導(dǎo)線處于筆直狀態(tài)。用直流電阻測試儀測量導(dǎo)線電阻，并計算導(dǎo)線在20℃時的電阻值，再換算成單位長度電阻。

試驗結(jié)果表明：導(dǎo)線在20℃時的單位長度電阻為0.068 5 Ω/km，小于普通鋼芯鋁絞線JL/G1A-400/35的標(biāo)準(zhǔn)電阻值0.073 9 Ω/km。

3.2 導(dǎo)線載流量

參照GB/T 2317.3-2008中的有關(guān)試驗條件和溫度測量方法，控制環(huán)境溫度在20±5℃，消除熱擾動影響，將被試導(dǎo)線JLRZ/EST-400/50通過配套耐張線夾安裝在拉力試驗機(jī)上，施加載荷達(dá)到導(dǎo)線計算拉斷力的20%作為預(yù)張力；導(dǎo)線兩端的耐張線夾通過引流導(dǎo)線與大電流發(fā)生裝置相連組成試驗回路；向試驗回路注入一定的電流，使導(dǎo)線溫度分別達(dá)到 70℃，80℃，90℃，100℃，110℃，120℃，130℃，140℃和150℃，記錄各個溫度下的電流值，并循環(huán)3次。各溫度點(diǎn)的平均載流量數(shù)值見表1。

表1 不同試驗溫度下的導(dǎo)線載流量

由表1可知，在約90℃時，特高強(qiáng)度鋼芯軟鋁絞線的載流量比普通鋼芯鋁絞線低，但是因為能在150℃穩(wěn)定運(yùn)行，因此其通流能力要比普通鋼芯鋁絞線在最高溫度運(yùn)行時高約30%。

3.3 倍容試驗

根據(jù)GB/T 2317.3-2008，將被試導(dǎo)線JLRZ/EST-400/50通過配套耐張線夾安裝在拉力試驗機(jī)上，施加載荷達(dá)到導(dǎo)線計算拉斷力的20%作為預(yù)張力；將導(dǎo)線兩端的耐張線夾通過引流導(dǎo)線與大電流發(fā)生裝置相連組成試驗回路；向試驗回路注入一定的電流，使導(dǎo)線溫度穩(wěn)定在50℃，60℃，70℃，80℃和 90℃，再分別將電流增至 1.5I和2.0I；每2 min記錄1次導(dǎo)線溫度，得到30 min內(nèi)的導(dǎo)線溫度與時間的變化關(guān)系，見表2、表3。

表2 LRZ/EST-400/50導(dǎo)線在1.5倍容量時的溫度-時間關(guān)系

從表2可知，當(dāng)導(dǎo)線起始運(yùn)行溫度為90℃時，對應(yīng)當(dāng)時的導(dǎo)線運(yùn)行電流，可短時（28 min）增加電流至運(yùn)行電流的1.5倍，確保導(dǎo)線運(yùn)行溫度不超過設(shè)計最高運(yùn)行溫度150℃。

從表3可知，當(dāng)導(dǎo)線起始運(yùn)行溫度為90℃時，極限情況下，可短時（8 min）增加電流至運(yùn)行電流的2倍，此時導(dǎo)線最高溫度為153℃。

3.4 能耗試驗

參照GB/T 2317.3-2008中“5.1試驗條件”，控制環(huán)境溫度在20±5℃，消除熱擾動影響，將被試導(dǎo)線JLRZ/EST-400/50及JL/G1A-400/35分別通過配套耐張線夾安裝在拉力試驗機(jī)上，施加載荷達(dá)到導(dǎo)線計算拉斷力的20%作為預(yù)張力。使用導(dǎo)線兩端的耐張線夾，通過引流導(dǎo)線與大電流發(fā)生裝置相連組成試驗回路。在試驗回路里通入一定的電流，分別測量JLRZ/EST-400/50和JL/G1A-400/35型導(dǎo)線的能耗并轉(zhuǎn)換為單位能耗。表4是2種型號導(dǎo)線的單位能耗對比。

表3 LRZ/EST-400/50導(dǎo)線在2倍容量時的溫度-時間關(guān)系

表4 能耗對比表

由表4可知，在電流相同的情況下，特高強(qiáng)度鋼芯軟鋁絞線比普通鋼芯鋁絞線降低能耗均在4.5%以上。

4 經(jīng)濟(jì)效益分析

目前，特高強(qiáng)度鋼芯軟鋁絞線已逐步應(yīng)用于實(shí)際工程，造價也明顯降低。以1 km計算，與普通鋼芯鋁絞線的經(jīng)濟(jì)效益比較如表5所示。

表5 經(jīng)濟(jì)效益對比表

經(jīng)過計算，當(dāng)導(dǎo)線電流為842 A、運(yùn)行溫度約90℃時，每1 km特高強(qiáng)度鋼芯軟鋁絞線的年輸電能損耗比普通鋼芯鋁絞線低2.6萬kWh，按0.45元/kWh上網(wǎng)電價計算，是2種導(dǎo)線價格差的1.7倍；若運(yùn)行溫度為50℃，則1年節(jié)約的電費(fèi)支出與2種導(dǎo)線價格差基本相近。

特高強(qiáng)度鋼芯軟鋁絞線在運(yùn)行溫度為150℃時的輸電能力是普通鋼芯鋁絞線的1.3倍，但此時的能耗比90℃時高出1倍，說明特高強(qiáng)度鋼芯軟鋁絞線應(yīng)用也有一定的局限性。

5 結(jié)論

試驗證明，特高強(qiáng)度鋼芯軟鋁絞線（JLRZ/EST-400/50）的輸電能力可達(dá)普通鋼芯鋁絞線（JL/G1A-400/35）1.3倍以上，能耗降低4.5%以上，工程中導(dǎo)線所增加費(fèi)用通過節(jié)能方式可在短期內(nèi)彌補(bǔ)。在施工工藝日益成熟的今天，選擇特高強(qiáng)度鋼芯軟鋁絞線作為線路改造中的擴(kuò)容導(dǎo)線是完全可行的。

[1]黃豪士.輸電線路節(jié)能型增擴(kuò)容導(dǎo)線的特性[J].電力建設(shè)，2010，31（2）:29-34.

[2]黃豪士.用于資源節(jié)約型輸電線路的導(dǎo)線之二-節(jié)能型系列導(dǎo)線的主要品種及特性[J].電線電纜，2011（2）:16-21.

[3]謝東升.淺析特強(qiáng)鋼芯軟鋁絞線在輸電線路中的應(yīng)用[J].科技情報開發(fā)與經(jīng)濟(jì)，2010，20（4）:217-218.