國內(nèi)鍍鋅鋼絞線標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比

王 煦， 王紅梅

(上海國纜檢測(cè)中心有限公司， 上海 200093)

鍍鋅鋼絞線是架空輸電線路中應(yīng)用最為廣泛的地線材料，將其架設(shè)在輸電線路或受保護(hù)的設(shè)備上方，當(dāng)線路或設(shè)備上方出現(xiàn)雷暴對(duì)地放電時(shí)，閃電首先擊中架空地線，然后通過接地線或金屬桿塔本體將雷電引入大地，從而避免輸電線路或設(shè)備直接遭受雷擊，以提高輸電線路和相關(guān)設(shè)備的運(yùn)行安全性，架設(shè)地線是輸電線路中最基本的防雷措施之一[1]。

DL 5497—2015《高壓直流架空輸電線路設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》要求高壓直流架空輸電線路應(yīng)沿全線架設(shè)雙地線，GB 50545—2010《110～750 kV架空輸電線路設(shè)計(jì)規(guī)范》和GB 50665—2011《1 000 kV架空輸電線路設(shè)計(jì)規(guī)范》要求 500 kV以上線路應(yīng)全線架設(shè)雙地線，GB 50545—2010還要求220～330 kV輸電線路應(yīng)全線架設(shè)雙地線，年平均雷暴日數(shù)不超過15 d(天)的地區(qū)或運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)證明雷電活動(dòng)輕微的地區(qū)，可架設(shè)單地線，山區(qū)宜架設(shè)雙地線，110 kV輸電線路宜全線架設(shè)雙地線，GB 50061—2010《66 kV及以下架空電力線路設(shè)計(jì)規(guī)范》要求66 kV架空電力線路在年平均雷暴日數(shù)30 d以上的地區(qū)，全線架設(shè)地線。

由上述標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范可知架空線路地線的用量巨大，目前國內(nèi)常用的鍍鋅鋼絞線標(biāo)準(zhǔn)主要包括YB/T 5004—2012《鍍鋅鋼絞線》，GB/T 1179—2017《圓線同心絞架空導(dǎo)線》和國家電網(wǎng)公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q/GDW 13236.5—2014《導(dǎo)、地線采購標(biāo)準(zhǔn) 第5部分：鍍鋅鋼絞線專用技術(shù)規(guī)范》。在這些標(biāo)準(zhǔn)中，因?yàn)閿?shù)年前相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)缺失，電力行業(yè)無架空地線標(biāo)準(zhǔn)可用，所以YB/T 5004—2012被當(dāng)做架空地線標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)用范圍廣泛。Q/GDW 13236.5—2014對(duì)YB/T 5004—2012進(jìn)行了一些修改，并糅合了GB/T 1179—2008的部分技術(shù)內(nèi)容，成為國家電網(wǎng)公司招標(biāo)采購的技術(shù)規(guī)范；GB/T 1179—2017根據(jù)國內(nèi)實(shí)際情況，對(duì)GB/T 1179—2008(修改采用IEC 61089：1991+A1：1997 《圓線同心架空絞線導(dǎo)線》)中的鍍鋅鋼絞線相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行了修正，使之更加符合國情，應(yīng)用范圍更加廣泛。筆者對(duì)以上3項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了分析比較，旨在為各相關(guān)方提供合理的標(biāo)準(zhǔn)選用建議。

1 主要技術(shù)內(nèi)容比較

鍍鋅鋼絞線的主要技術(shù)內(nèi)容包括：絞線結(jié)構(gòu)、絞向和絞線節(jié)徑比、絞制增量、絞線單位長度質(zhì)量、絞線直流電阻、絞線綜合拉斷力等，其中絞線結(jié)構(gòu)和絞線節(jié)徑比決定了絞線的絞制增量、絞線單位長度質(zhì)量、絞線直流電阻及絞線綜合拉斷力的計(jì)算方法。因此，筆者從絞線結(jié)構(gòu)和絞線節(jié)徑比入手來比較各相關(guān)量的計(jì)算方法。

1.1 絞線結(jié)構(gòu)

對(duì)于用作架空地線的鍍鋅鋼絞線，目前各種標(biāo)準(zhǔn)中其構(gòu)型均為圓線同心絞合結(jié)構(gòu)，除YB/T 5004—2012中允許有3根單線同心絞合結(jié)構(gòu)外，其余3種同心絞合結(jié)構(gòu)(7根絞、19根絞和37根絞)在3項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)中的要求均一致，即所有單絲直徑應(yīng)均勻一致。因3根絞結(jié)構(gòu)的鍍鋅鋼絞線標(biāo)稱截面積普遍較小，無法滿足將瞬時(shí)大電流導(dǎo)入地下的要求，故輸電線路領(lǐng)域幾乎沒有相關(guān)應(yīng)用，因此筆者不進(jìn)行相關(guān)分析討論。

1.2 絞向和絞線節(jié)徑比

絞線的絞向決定了施工時(shí)放線機(jī)的布置方式，錯(cuò)誤的絞向會(huì)導(dǎo)致放線過程中絞線散股。從離開觀察者的運(yùn)動(dòng)方向，順時(shí)針為右向，逆時(shí)針為左向。亦可將絞線垂直放置，觀察單線方向，當(dāng)單線符合英文字母Z的中間部位的方向時(shí)，即為右向，當(dāng)單線符合英文字母S的中間部位的方向時(shí)，即為左向。3項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)于絞向的表述基本一致，即最外層絞向應(yīng)為右向，相鄰層絞向相反，如有特殊需求，需在訂貨時(shí)特別說明。

表1 3項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)絞線節(jié)徑比的要求Tab. 1 Requirements of three standards for lay ratio of the stranded conductor

3項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于絞線節(jié)徑比的規(guī)定如表1所示，可知YB/T 5004—2012僅規(guī)定了絞線節(jié)徑比的上限，另外兩項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)不僅規(guī)定了絞線節(jié)徑比的上限和下限，且規(guī)定了各層節(jié)徑比之間的大小關(guān)系。

1.3 絞制增量

絞線的圓線同心絞合結(jié)構(gòu)確定了絞線參數(shù)的算法，影響絞線諸多性能參數(shù)的絞制增量，由絞線節(jié)徑比決定，其算法如下所示[2]

(1)

式中：ai為第為i層的絞制增量；Pi為第i層的節(jié)徑比；Di為第i層的外徑；d為單絲直徑。

(2)

式中：∑a為絞線的總絞制增量；ni為第i層的根數(shù)。

由式(1)和式(2)可知，絞制增量取決于絞線各絞層的節(jié)徑比。對(duì)3項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)的理論絞制增量進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如表2所示。由于YB/T 5004—2012未規(guī)定節(jié)徑比下限，無法取值計(jì)算。另外兩項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)中，取相應(yīng)絞層的平均節(jié)徑比，即對(duì)Q/GDW 13236.5—2014規(guī)定的鋼絞線按照每層節(jié)徑比為12進(jìn)行計(jì)算，對(duì)GB/T 1179—2017規(guī)定的鋼絞線按照每層節(jié)徑比為13進(jìn)行計(jì)算。

表2 絞線在理論節(jié)徑比下的理論絞制增量Tab. 2 Theoretical stranding increment of stranded conductors under theoretical lay ratio

對(duì)于絞線單位長度質(zhì)量，可按照下式進(jìn)行計(jì)算

M=ρS·(1+a)

(3)

式中：M為鋼絞線單位長度質(zhì)量；ρ為鋼絞線密度，取7.78 g·cm-3；S為鋼絞線頭名稱截面積；a為絞制增量。

由式(3)可反推絞線的絞制增量公式

(4)

根據(jù)式(4)分別計(jì)算3項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)中相同結(jié)構(gòu)絞線的絞制增量，計(jì)算結(jié)果如表3所示。可知3項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)中，YB/T 5004—2012的絞線規(guī)格最多，GB/T 1179—2017中僅刪除了截面較小的非常用規(guī)格，Q/GDW 13236.5—2014標(biāo)準(zhǔn)中的絞線規(guī)格最少。3項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)中，具有相同結(jié)構(gòu)的絞線，單位長度質(zhì)量各不相同，由此反算各自絞制增量亦不相同；YB/T 5004—2012中具有相同結(jié)構(gòu)的絞線，絞制增量各不相同；Q/GDW 13236.5—2014中具有相同結(jié)構(gòu)的絞線，絞制增量各不相同，且與理論絞制增量差異較大；GB/T 1179—2017中具有相同結(jié)構(gòu)的絞線，絞制增量基本一致，且與理論絞制增量基本一致。

表3 3項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)中相同結(jié)構(gòu)絞線的絞制增量計(jì)算值Tab. 3 The calculated value of the stranding increment of the same structure stranded conductors in the three standards

注：—表示標(biāo)準(zhǔn)中無相應(yīng)規(guī)格參數(shù)。

1.4 絞線直流電阻

對(duì)于架空地線，其核心作用是在遭受雷擊時(shí)將瞬時(shí)大電流及時(shí)導(dǎo)入地下，因此絞線直流電阻也是線路設(shè)計(jì)所需的重要參數(shù)。在YB/T 5004—2012中未提及絞線直流電阻的任何信息，使用者在設(shè)計(jì)時(shí)將缺失理論依據(jù)。Q/GDW 13236.1—2014中指出，絞線其他參數(shù)應(yīng)符合GB/T 1179的要求。該標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布時(shí)，GB/T 1179的版本為GB/T 1179—2008，而GB/T 1179—2008中的鋼絞線參數(shù)源自IEC 61089:1991+A1:1997，與Q/GDW 13236.5—2014中絞線參數(shù)差異較大，因此亦無法從該標(biāo)準(zhǔn)中找出可用于設(shè)計(jì)計(jì)算的絞線電阻值。

GB/T 1179—2017根據(jù)國內(nèi)實(shí)際情況，增加了常用規(guī)格，刪除了小截面規(guī)格和不常用規(guī)格，刪除了B級(jí)鍍層的鋼線，增加了鋼線的強(qiáng)度等級(jí)種類，并對(duì)每個(gè)規(guī)格分別列出絞線直流電阻，為各使用方提供了豐富的選擇空間，為線路設(shè)計(jì)計(jì)算提供了理論依據(jù)。

1.5 絞線綜合拉斷力

綜合拉斷力是絞線的核心性能指標(biāo)之一，線路設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行時(shí)均需要用到該參數(shù)。YB/T 5004—2012標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的絞線綜合拉斷力算法如下

RTS=k·∑(Ti)

(5)

式中：RTS為絞線綜合拉斷力；k為換算系數(shù)；Ti為每根鋼絲的拉斷力。

對(duì)比Q/GDW 13236.5—2014和YB/T 5004—2012標(biāo)準(zhǔn)中相同型號(hào)規(guī)格的絞線參數(shù)發(fā)現(xiàn)，二者拉斷力一致。

GB/T 1179—2017規(guī)定的鋼絞線綜合拉斷力為所有單線最小拉斷力的總和，與式(5)相比，未對(duì)所有單線最小拉斷力的總和乘以換算系數(shù)。此外，GB/T 3428—2012 《架空絞線用鍍鋅鋼線》中任一強(qiáng)度等級(jí)的單線抗拉強(qiáng)度均高于YB/T 5004—2012的對(duì)應(yīng)等級(jí)。以上兩因素導(dǎo)致對(duì)于相同規(guī)格和結(jié)構(gòu)的絞線而言，GB/T 1179—2017中絞線拉斷力總是高于YB/T 5004—2012中對(duì)應(yīng)強(qiáng)度等級(jí)的絞線拉斷力。

2 主要技術(shù)參數(shù)分析

由以上主要技術(shù)內(nèi)容對(duì)比可知，3項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)中主要的技術(shù)參數(shù)差異體現(xiàn)在幾個(gè)方面，即絞線節(jié)徑比要求不同，絞線單位長度質(zhì)量不同，絞線綜合拉斷力不同，絞線20 ℃時(shí)直流電阻不同。

2.1 絞線節(jié)徑比和絞線單位長度質(zhì)量

以上技術(shù)差異中，絞線節(jié)徑比要求不同，必然導(dǎo)致相應(yīng)的絞制增量不同，亦必然引起絞線單位長度質(zhì)量不同。故上文所述3項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)的主要差異中的前兩條可合二為一。根據(jù)圓線同心絞合的理論模型，具有相同結(jié)構(gòu)和節(jié)徑比的絞線應(yīng)具有相同的絞制增量，不同結(jié)構(gòu)的絞線絞制增量自然不同。但是，由表3可見，YB/T 5004—2012和Q/GDW 13236.5—2014中具有相同結(jié)構(gòu)的絞線，絞制增量各不相同，Q/GDW 13236.5—2014的絞制增量與表2所示的理論絞制增量差異較大。

按照式(1)和表3中的相應(yīng)絞制增量，反算各絞線的節(jié)徑比，以單絲根數(shù)為7根，單絲直徑為3.00 mm的絞線為例，計(jì)算得到絞線的平均節(jié)徑比僅為5.1，該絞線在YB/T 5004—2012和Q/GDW 13236.5—2014中，單位長度質(zhì)量的數(shù)值一致。Q/GDW 13236.5—2014中單絲根數(shù)為19根，絞制增量為7.00%的絞線，反算其平均節(jié)徑比僅為6.1，與該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的節(jié)徑比(10～14)相矛盾。

在YB/T 5004—2012中，因其未規(guī)定絞線節(jié)徑比下限，而且單線直徑允許偏差范圍較大，在生產(chǎn)過程中也許可以通過增大單絲外徑，調(diào)整絞線節(jié)徑比的方法，來達(dá)到規(guī)定的單位長度質(zhì)量；此外該標(biāo)準(zhǔn)并未對(duì)單位長度質(zhì)量偏差進(jìn)行規(guī)定，即無需考核單位長度質(zhì)量。

在Q/GDW 13236.5—2014中，絞線標(biāo)稱單位長度質(zhì)量偏離理論值較多，且該標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格規(guī)定了絞線節(jié)徑比下限和單位長度質(zhì)量偏差要求，則按照該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的參數(shù)生產(chǎn)時(shí)，無論采用何種手段，絞線都不可能達(dá)到規(guī)定的單位長度質(zhì)量要求。這對(duì)于招標(biāo)技術(shù)文件而言，任何投標(biāo)者若按照該文件規(guī)定的節(jié)徑比和單絲直徑進(jìn)行生產(chǎn)、檢測(cè)投標(biāo)，則必然造成投標(biāo)者產(chǎn)品單位長度質(zhì)量“不合格”。可見Q/GDW 13236.5—2014中的絞線，僅有4種規(guī)格的絞線參數(shù)符合邏輯，能夠投入生產(chǎn)和應(yīng)用，其余規(guī)格則無法生產(chǎn)。

上述分析表明，YB/T 5004—2012在計(jì)算絞線單位長度質(zhì)量時(shí)，除去某些疏漏，仍存在邏輯混亂的問題，但是尚可通過技術(shù)手段達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)自身要求，能夠形成自洽的閉環(huán)。而Q/GDW 13236.5—2014存在大量規(guī)格絞線的節(jié)徑比和單位長度質(zhì)量自相矛盾現(xiàn)象，標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容本身無法自洽，亦更無法正確指導(dǎo)生產(chǎn)和采購。

GB/T 1179—2017中不同結(jié)構(gòu)的絞線絞制增量不同，相同結(jié)構(gòu)的絞線增量不會(huì)因規(guī)格改變而改變，其邏輯清晰合理。

2.2 絞線綜合拉斷力

3項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)中，Q/GDW 13236.5—2014和YB/T 5004—2012中相同型號(hào)規(guī)格的絞線綜合拉斷力數(shù)據(jù)一致，均低于GB/T 1179—2017中相應(yīng)規(guī)格對(duì)應(yīng)強(qiáng)度等級(jí)的絞線。這表明，采用相同結(jié)構(gòu)和規(guī)格的絞線，GB/T 1179—2017中的鍍鋅鋼絞線能提供更優(yōu)的拉重比，這對(duì)于線路弧垂控制有利[3]。

2.3 絞線直流電阻

3項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)中，僅有GB/T 1179—2017中列出了每個(gè)規(guī)格在20 ℃時(shí)的直流電阻，為使用者設(shè)計(jì)計(jì)算提供了理論依據(jù)。

3 結(jié)論

YB/T 5004—2012中除少數(shù)疏漏外，具有相同結(jié)構(gòu)的絞線，采用不同的絞制增量。另外，該標(biāo)準(zhǔn)未規(guī)定絞線節(jié)徑比下限及各絞層節(jié)徑比關(guān)系，將導(dǎo)致各廠家提供的產(chǎn)品節(jié)徑比和單位長度質(zhì)量差異較大，不利于行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)化。

Q/GDW13236.5—2014中絞線規(guī)格較少，且相同結(jié)構(gòu)的絞線，絞制增量不同；大部分結(jié)構(gòu)的絞線單位長度質(zhì)量與該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的節(jié)徑比自相矛盾，制約了相關(guān)產(chǎn)品的生產(chǎn)和使用。

GB/T 1179—2017覆蓋了架空地線的常用規(guī)格，絞線參數(shù)合理準(zhǔn)確，并增加了絞線直流電阻參數(shù)，方便用戶根據(jù)不同需求選擇合適型號(hào)規(guī)格的絞線，推薦各相關(guān)方采用GB/T 1179—2017作為生產(chǎn)和采購規(guī)范。