纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合芯軟鋁型線電暈特性研究

徐志偉

(揚(yáng)州浩辰電力設(shè)計(jì)有限公司，江蘇 揚(yáng)州 225000)

軟鋁型線由纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合芯棒和軟鋁線構(gòu)成，比傳統(tǒng)導(dǎo)線具有質(zhì)量輕、運(yùn)行溫度高、耐腐蝕、低弧垂、大容量等優(yōu)點(diǎn)[1-3]，因而被用于輸電線路增容和改造項(xiàng)目中，但軟鋁型線在雨天運(yùn)行過(guò)程中，線路走廊附近存在電暈異響。電暈是導(dǎo)線在高壓不均勻電場(chǎng)強(qiáng)度下的放電現(xiàn)象，會(huì)導(dǎo)致線路電能損耗，并伴隨可聽(tīng)噪聲及無(wú)線電干擾[4-7]，因此電暈效應(yīng)是線路設(shè)計(jì)和建設(shè)中必須考慮的指標(biāo)。軟鋁型線已在我國(guó)多個(gè)地區(qū)電網(wǎng)中運(yùn)行，由于其結(jié)構(gòu)與鋼芯鋁絞線有明顯區(qū)別，電暈特性也存在差異，因此有必要進(jìn)行軟鋁型線的電暈特性研究，對(duì)于軟鋁型線的應(yīng)用具有重要工程意義。

1 試驗(yàn)準(zhǔn)備

1.1 試驗(yàn)導(dǎo)線

軟鋁型線選用型號(hào)JLRX1/F2A-380/45-240，導(dǎo)線截面如圖1所示。復(fù)合芯棒標(biāo)稱截面積為45 mm2，復(fù)合芯棒外層共有2層鋁導(dǎo)體(單線為梯形)，內(nèi)層鋁股7根、外層鋁股12根，等效直徑為5±0.2 mm；鋁導(dǎo)體標(biāo)稱截面積為380 mm2，導(dǎo)線直徑為24.0 mm，導(dǎo)線節(jié)徑比外層為11.7、內(nèi)層為13.8，絞向?yàn)橛蚁?。外層?dǎo)線如圖2所示，內(nèi)層導(dǎo)線如圖3所示。

圖1 導(dǎo)線截面

圖2 外層導(dǎo)線

圖3 內(nèi)層導(dǎo)線

1.2 試驗(yàn)設(shè)備

試驗(yàn)設(shè)備采用800 kV串聯(lián)諧振系統(tǒng)和RR2B無(wú)線電干擾儀，試驗(yàn)前用尼龍繩將7 m長(zhǎng)的導(dǎo)線試樣懸吊，離地距離6 m，并保證導(dǎo)線周圍7 m沒(méi)有物體。逐漸施加拉力將導(dǎo)線拉至水平，為防止試驗(yàn)過(guò)程中導(dǎo)線兩端出線電暈，在導(dǎo)線兩端安裝直徑為1.2 m的均壓環(huán)，布置如圖4所示。試驗(yàn)在全黑的高壓實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行，試驗(yàn)過(guò)程用望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)導(dǎo)線起暈情況并記錄測(cè)試結(jié)果。

圖4 電暈及無(wú)線電干擾布置

2 電暈試驗(yàn)

2.1 正常電暈試驗(yàn)

試驗(yàn)溫度為15 ℃，相對(duì)濕度為32%，大氣壓力為1.027×105Pa。試驗(yàn)時(shí)逐漸提高電壓直至可以看見(jiàn)電暈，保持5 min并記錄電壓值，該電壓值為電暈起始電壓；然后慢慢降低電壓直至看不見(jiàn)電暈，同樣保持5 min并記錄電壓值，該電壓值為電暈熄滅電壓。正常時(shí)電暈起始電壓對(duì)比如表1所示。

表1 正常電暈起始電壓對(duì)比 單位：kV

由表1可知，當(dāng)電壓升高至286 kV時(shí)，鋼芯鋁絞線出現(xiàn)電暈現(xiàn)象；繼續(xù)升高電壓至300.2 kV時(shí)，軟鋁型線出現(xiàn)電暈現(xiàn)象。軟鋁型線的電暈起始電壓平均值比鋼芯鋁絞線高14.2 kV(4.97%)。

2.2 淋雨電暈試驗(yàn)

人工對(duì)導(dǎo)線淋雨10 min，當(dāng)導(dǎo)線全部被水浸潤(rùn)后，按正常電暈試驗(yàn)方法進(jìn)行試驗(yàn)。淋雨時(shí)電暈起始電壓對(duì)比如表2所示。

表2 淋雨時(shí)電暈起始電壓對(duì)比 單位：kV

由表2可知，淋雨時(shí)軟鋁型線電暈起始電壓平均值為198.6 kV，比正常電暈起始電壓低101.6 kV；鋼芯鋁絞線電暈起始電壓平均值為251.8 kV，比正常電暈起始電壓低34.2 kV。

3 電暈試驗(yàn)分析

3.1 導(dǎo)線表面粗糙度對(duì)電暈影響

不同空氣密度下導(dǎo)線表面起暈場(chǎng)強(qiáng)Eo為

(1)

(2)

式中:U為電暈起始電壓峰值，kV；r為導(dǎo)線半徑，cm；H為導(dǎo)線對(duì)地高度，m；δ為相對(duì)空氣密度；m為導(dǎo)線表面粗糙系數(shù)。

由式(1)、式(2)可以看出，在試驗(yàn)環(huán)境和導(dǎo)線對(duì)地高度一樣的情況下，導(dǎo)線半徑與電暈起始電壓成正比，而導(dǎo)線半徑由導(dǎo)線載流量和拉斷力的需求決定，同截面導(dǎo)線表面粗糙系數(shù)與導(dǎo)線電暈起始電壓及起暈場(chǎng)強(qiáng)成正比[8-9]。

按實(shí)際試驗(yàn)時(shí)的大氣條件和測(cè)量結(jié)果計(jì)算導(dǎo)線表面粗糙系數(shù)，如表3所示。

表3 導(dǎo)線表面粗糙系數(shù)計(jì)算結(jié)果

由表3可以得出，軟鋁型線表面粗糙系數(shù)平均值為0.910，鋼芯鋁絞線表面粗糙系數(shù)平均值為0.800，表明軟鋁型線表面粗糙系數(shù)大于鋼芯鋁絞線。軟鋁型線外觀如圖5所示，鋼芯鋁絞線外觀如圖6所示。

圖5 軟鋁型線外觀

圖6 鋼芯鋁絞線外觀

由圖5、圖6可以看出，軟鋁型線比鋼芯鋁絞線表面更光滑。

3.2 淋雨對(duì)電暈影響

淋雨前后電暈起始電壓對(duì)比如表4所示。

表4 淋雨前后電暈起始電壓對(duì)比

由表4可以看出，淋雨后2種導(dǎo)線的電暈起始電壓都低于正常電暈起始電壓，這是由于雨水在導(dǎo)線表面形成細(xì)小水珠，使導(dǎo)線表面電場(chǎng)強(qiáng)度發(fā)生變化[10-11]，細(xì)小水珠的局部場(chǎng)強(qiáng)增加，且每個(gè)細(xì)小水珠均可能成為電暈點(diǎn)，可以理解為“雨水作用下導(dǎo)致導(dǎo)線表面粗糙系數(shù)降低”，從而導(dǎo)致電暈起始電壓降低。

淋雨后軟鋁型線電暈起始電壓降低率為33.84%，鋼芯鋁絞線降低率為11.96%，軟鋁型線電暈起始電壓比鋼芯鋁絞線低21.13%。淋雨后鋼芯鋁絞線電暈起始電壓降幅較小，主要因?yàn)殇撔句X絞線外層圓股鋁線間的縫隙較大，雨水會(huì)順著圓股鋁線弧度滑入鋁線的縫隙內(nèi)或滴落，導(dǎo)線表面的粗糙度未明顯增加，電暈起始電壓也不會(huì)顯著降低；軟鋁型線外層軟鋁導(dǎo)線間的縫隙很小，表面形似光滑圓柱體，雨水以小水滴的形式分布在導(dǎo)線表面，致使導(dǎo)線表面粗糙度大幅增大，表面粗糙系數(shù)嚴(yán)重降低，電暈起始電壓明顯降低。

4 結(jié)論

a.淋雨前，軟鋁型線表面粗糙系數(shù)大于鋼芯鋁絞線，電暈起始電壓比鋼芯鋁絞線高4.97%。說(shuō)明正常天氣軟鋁型線更能降低損耗率。

b.淋雨后，軟鋁型線電暈起始電壓降低率為33.84%，鋼芯鋁絞線電暈起始電壓降低率為11.96%，說(shuō)明淋雨后，導(dǎo)線表面粗糙系數(shù)均降低，電暈起始電壓出現(xiàn)不同程度下降。

c.淋雨后，軟鋁型線電暈起始電壓比鋼芯鋁絞線低21.13%，降幅較大，說(shuō)明軟鋁型線表面粗糙系數(shù)降低更多，電暈起始電壓明顯降低。