鋁包鋼絞線最高允許運行溫度研究

胡吉磊，徐建國，姚耀明，宋剛，吳欣

（1.浙江省電力設計院，杭州市，310012；2.浙江省電力公司，杭州市，310007）

0 引言

鋁包鋼絞線強度高，弧垂特性大，對于降低跨越塔高效果明顯，而且產品規格齊全，可以選擇的余地大。國內外已有不少大跨越工程采用了該種導線，如日本中四干線[1]、我國早期的220 kV廣東黃埔、南京燕子磯等大跨越工程，以及近年來的±500 kV龍政直流王家灘漢江大跨越（JLB30-510），110 kV舟山—岱山聯網工程的灌門、龜山、高亭3處大跨越（JLB30-420），220 kV甌江三跨（JLB30-300）等。但是，由于鋁包鋼絞線鋁截面小、交流電阻大，按照我國設計標準的規定計算，載流能力相對較差。因此，當工程需要較大輸送容量時，往往只能選擇弧垂特性相對較差的特高強度鋼芯鋁合金絞線，造成跨越塔高度增加，造價昂貴。根據經驗，導線溫度從70℃提高到80℃后，載流量可提高24%～27%[2]。因此，對鋁包鋼絞線進行試驗驗證，以提高其最高運行溫度，從而增加線路的輸送能力。

1 國內外有關規程規定

控制導線允許載流量的主要依據是導線的最高允許溫度，后者主要由導線經長期運行后的強度損失和接續金具的發熱而定。我國在導線最高允許溫度確定時相對保守，長期以來都規定鋼芯鋁絞線的允許溫度為70℃[3-4]，2010年最新頒布的國標將其提高到了80℃[5-7]。而對于鋁包鋼絞線，一直以來我國的設計標準均規定，一般線路可采用80℃，而大跨越線路可采用100℃，或經試驗決定[4，7-8]。根據國外的有關資料，日本等國家規定的鋁包鋼導線最高允許溫度值達到了200℃。因此，我國對于鋁包鋼絞線的應用，尚有很大的潛力可以發掘。

2 試驗方法

根據我國標準，導線允許溫度可以通過單絲的熱強度損失試驗進行選擇[7]。測定時依據IEC 61232：1993要求的試驗方法進行[9]，其中單絲的烘制溫度范圍考慮絞線在運行時可能達到的上限溫度。

為保證試驗的準確性，在每個規格的試驗絞線中，隨機選取7根單絲，每根單絲再均分7段以備用。

試驗時，將試樣置入烘箱，溫度控制在設定值±5℃，持續100 h，從烘箱中取出，在實驗室常溫下靜置24 h后，再分別進行抗拉強度試驗（3根）、1%伸長時的應力試驗（1根）和扭轉性能試驗（3根）。烘制溫度為100～200℃，間隔為20℃。

3 試驗測定結果及分析

通過試驗（試驗持續時間為100 h），各型號絞線單絲機械性能如表1～2。各型號絞線在不同溫度下的單絲扭轉次數均大于20。

表1 經不同溫度后單絲抗拉強度Tab.1 The tensile strength of monofilament under different temperatures MPa

表2 經不同溫度后單絲1%伸長時的應力Tab.2 The stress of the monofilament at an elongation of 1% under different temperatures MPa

從上述試驗結果來看，隨著單絲溫度的增加，單絲機械性能不但沒有下降，反而略有提高。究其原因，由于鋁包鋼單絲主要由耐熱良好的鋼芯組成，可以認為雖然其烘制溫度未達到標準的退火溫度，但由于時間累積效應，在一定程度上有調質的作用，所以烘后的鋁包鋼單絲抗拉強度均較常溫時的要高。

因此可以看出，鋁包鋼絞線的最高允許運行溫度，可以較規程規定的100℃的要求有較大程度的提高，甚至可以提升至200℃。

4 工程應用實例

4.1 螺頭水道大跨越工程情況

螺頭水道大跨越是舟山與大陸聯網工程的最核心部分，是我國第一個完全自主設計、自主加工、自主施工的具有世界第一高度的特大型輸電跨越工程。

大跨越北起舟山市大貓山島，南至寧波市外峙島，按照500 kV線路設計建設。大跨越全長6 215 m，采用“耐—直—直—直—耐”跨越方式，跨越螺頭國際水道的最大跨距為2 756 m，采用2基全高370 m的跨越高塔，分別位于舟山的大貓山和寧波的涼帽山上，另一基199 m跨越高塔位于外神馬島東側約450 m的海中，如圖1～2所示。

圖1 螺頭水道大跨越段線路示意圖Fig.1 The sketch of the large crossing line over the Luo Tou

圖2 螺頭水道大跨越斷面示意圖Fig.2 The profile of the large crossing line over the Luo Tou Watercourse

4.2 導線選型分析

對于特大檔距跨越而言，導線的弧垂特性直接影響到跨越塔高度和工程投資。

設計初選弧垂特性大于15 km以上的導線型號。鋁包鋼絞線在滿足制造長度6.5 km的條件下，單根導線截面不能突破420 mm2，故在滿足輸送容量的前提下，需采用4分裂子導線布置。結合幾次專家評審意見，鋁包鋼絞線的型號選擇時著重對導電率在20%～27%范圍內的導線進行技術經濟比較。高強度鋼芯鋁合金絞線方面，以江陰大跨越導線AASCR-500/225作為比較方案，在滿足輸送容量的前提下，采用雙分裂布置；另外又增選日本大跨越選用過的導線AASCR-220/150和中南電力設計院最近開始應用于漢江、湘江、沅水大跨越的導線AASCR-640/290，弧垂特性達16 km以上。

同時，受大跨越耐張段長度的限制，要求導線單根長度不小于6.5 km，根據目前國內導線的制造能力，采用鋼芯鋁合金絞線時，不能實現整根制造。

經過篩選論證，最終螺頭水道大跨越導線采用JLB23-380鋁包鋼絞線，4分裂正方形布置，導線設計最高允許溫度取130℃。

JLB23-380鋁包鋼絞線在不同溫度下的載流量及弧垂變化情況和與其他導線型號的技術經濟對比結果如表3、4所示。

表3 JLB23-380鋁包鋼絞線在不同溫度下的載流量及弧垂變化Tab.3 The variation of ampacity and sag of JLB23-380 under different temperatures

表4 JLB23-380鋁包鋼絞線與其他導線型號的技術經濟對比Tab.4 Technical and economic comparison of JLB23-380 and other conductors

從表3和表4可以看出，采用JLB23-380鋁包鋼絞線后，有效減小了導線弧垂，降低跨越塔高度（較江陰大跨越的導線方案降低塔高近77 m），從而有效降低了工程投資和年費用。而且，JLB23-380導線運行溫度為130℃，尚有較大提升空間。隨著舟山經濟的發展，當電力需求增加時，只要提高導線運行溫度，就可增加線路輸送能力。以提升至180℃為例，可增加線路輸送能力21.7%，而導線弧垂只增加3.55 m，只要設計時稍微預留高度，即可滿足增容要求。

5 結論

目前，螺頭水道大跨越已經于2010年7月建成投運，大跨越導線運行正常。從螺頭水道大跨越導線的試驗、設計和運行經驗來看，可以認為：

（1）鋁包鋼絞線的最高運行溫度較規程規定可以有較大程度的提高。從目前的使用經驗來看，提升至130℃是可行的；從試驗結果分析，甚至可以提升至200℃。

（2）由于導線最高允許溫度的提升，對于特大型跨越工程，采用鋁包鋼絞線作為導線將是一種較好的選擇。

（3）由于本次研究只對局部種類的鋁包鋼單絲進行了試驗，為更好地總結，還應當進行更多的試驗驗證。

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