架空輸電線路特強鋼芯軟鋁絞線在實際工程中的應用研究

惠勝達 張 濮

（1.河南省電力勘測設計院，河南 鄭州 450007；2.濮陽供電公司，河南 濮陽 457000）

1 南樂變至頓丘變220kV線路工程概況

南樂變至頓丘變220kV線路工程，起于濮陽南樂220kV變電站，終于頓丘220kV變電站，線路全長14km，本期出線兩回，同塔雙回路架設。根據(jù)系統(tǒng)要求，采用2×630mm2截面導線。選定本工程的主要氣象條件為：最大設計風速28.12m/s（離地10米高），導線最大覆冰厚度10mm，地線最大覆冰厚度15mm，氣象條件組合見表1。

表1 氣象條件一覽表

2 特強鋼芯軟鋁絞線和普通鋼芯鋁絞線比較

本工程對與普通鋼芯鋁絞線，選擇了較常用的JL/G1A-630/45導線，特強鋼芯軟鋁絞線選擇了可以滿足本工程需要的1種規(guī)格進行比較，各導線參數(shù)如表2。

表2 各導線參數(shù)

2.1 導線電氣性能比較

2.1.1 長期允許載流量校驗比較

根據(jù)GB 50545-2010中的有關(guān)規(guī)定鋼芯鋁絞線必要時可采用80℃驗算導線允許載流量。在本文中，我們分別按照70℃和80℃進行比較。特強鋼芯軟鋁導線由于特殊的結(jié)構(gòu)型式使其具有較低的應力轉(zhuǎn)移點溫度，導線運行的工作溫度不會由于鋁線股的軟化特性而受到限制。運行工作溫度完全由鋼芯的軟化特性所決定，而鋼芯的再結(jié)晶溫度較高，可以在較高的溫度下保持正常的機械強度，因此特強鋼芯軟鋁絞線的允許運行工作溫度較普通的鋼芯鋁絞線高許多，以使用軟鋁導線最早的美國為例，其最高允許溫度定為150℃，國內(nèi)各研究機構(gòu)和廠家也建議最高運行溫度取該溫度，并通過試驗驗證是安全的，但考慮到高溫電阻損耗的增加及國內(nèi)較少的高溫運行經(jīng)驗，本工程特強鋼芯軟鋁導線最高運行溫度不超過120℃為宜。

以下按照環(huán)境溫度為40℃，風速0.5m/s，太陽輻射功率密度為0.1W/cm2，輻射散熱系數(shù)和吸熱系數(shù)均為0.9，對所比選導線進行長期允許載流量校核，根據(jù)GB 50545-2010條文說明所推薦的公式，其結(jié)果如表3。

表3 導線長期允許載流量比較（單位：A/根）

從上表可以看出，各導線在70℃及80℃時載流量JLRX/EST-630/65導線最大，特強鋼芯軟鋁導線因可以運行在較高溫度，所以其運行在高溫時具有更大的載流量，當導線溫度120℃時，載流量為同等型號普通鋼芯鋁絞線70℃時的2倍，因此在極端條件下，可認為特強鋼芯軟鋁導線將具有2倍的輸送容量。

2.1.2 電阻損耗比較

作為線路運行費用中主要組成部分的導線損耗，在全壽命周期費用中占有較大的比例，以4×JL/G1A-400/35導線的500kV線路為例，在經(jīng)濟電流密度輸送情況下，其全壽命周期內(nèi)（30年）的線損折現(xiàn)后將大大超過其工程投資費用，因此，在進行導線比選過程中必須將導線損耗作為重要的一部分參與到工程的全壽命周期方案比選中。

電阻電能損耗為：Q=3I2RoT×10-3（kW）

I-最大相負荷電流，(A)

Ro-線路每相交流電阻，(Ω)

T-最大負荷損失小時，(h)

K-交直流電阻比，

t-導線溫度（℃），取環(huán)境20℃時導線溫度

a-電阻溫度系數(shù)

由上表可以看出，各參選導線電阻損失（每年）比較中，特強鋼芯軟鋁導線JLRX/EST-630/65電阻損失最小，較普通鋼芯鋁絞線JL/G1A-630/45每年節(jié)省電能2-3%。

表4 導線電子損失比較表

2.2 導線機械性能比較

2.2.1 導線方案對桿塔機械荷載的影

為直觀體現(xiàn)幾種導線對桿塔的荷載影響，下面以比較常用的JL/G1A-630/45為基準，比較軟鋁導線荷載的相對增加量，見表5。

表5 導線對桿塔荷載相對比較表（單位：%）

從上表可以看出：由于導線結(jié)構(gòu)型式不同，使用張力和其它機械荷載是不同的，JLRX/EST-630/65較JL/G1A-630/45相比水平荷載下降5.2%，垂直荷載下降10.9%，張力下降2.3%，因此軟鋁導線可減少鐵塔、基礎(chǔ)工程量，同時金具、絕緣子的使用強度等級可適當減小。

2.2.2 高溫時的弧垂特性比較

表6 弧垂特性比較（單位：m）

由上表可看出，在正常工作電流時，檔距不超過400米情況下，JLRX/EST-630/65和JLRX/EST-400/50導線的弧垂與JL/G1A-630/45的弧垂相差不大。

3 結(jié)論

通過對各參選導線進行詳細技術(shù)比較，我們得出以下結(jié)論：

（1）各參選導線電氣性能和機械性能均能滿足本工工程需要，其中特強鋼芯軟鋁導線導電率為63%IACS，在輸送相同電流的情況下，減少輸電線損約2.0-3.0%。

（2）相比普通鋼芯鋁絞線，特強鋼芯軟鋁導線通過實現(xiàn)鋁部應力轉(zhuǎn)移，高溫時軟鋁線幾乎不受力，運行張力僅由鋼芯承受，其高溫弧垂不受鋁股長期蠕變的影響，增容1.5倍以上高溫時軟鋁導線的弧垂與相同截面鋼芯鋁絞線70℃時弧垂相當。

（3）特強鋼芯軟鋁導線因其長期運行最高溫度可以達到150℃，所以JLRX/EST-630/65載流量約相當于普通鋁絞線JL/G1A-630/45的2倍，單位輸送容量成本僅相當于JL/G1A-630/45的50%-60%，經(jīng)濟效益明顯。

（4）隨著經(jīng)濟的發(fā)展，電網(wǎng)負荷日益增大，新建線路走廊的取得越來越困難，特強鋼芯軟鋁導線具有較高的載流量，可以為線路以后增容儲備容量，在一定程度上可以緩解電網(wǎng)負荷增大和路徑走廊取得困難之間的矛盾。

[1]張殿生.電力工程高壓送電線路設計手冊[M].北京：中國電力出版社，2002.

[2]于剛，等.110kV～750kV架空送電線路設計規(guī)范(GB50545-2010)[S].北京：中國計劃出版社，2010.

[3]尤傳永.架空輸電線路鋼芯軟鋁絞線的應用研究，電力建設2006（5）.[4]尤傳永.耐熱鋁合金導線的耐熱機理及其在輸電線路中的應用，電力建設2003，24（8）.

[5]新型高壓架空電纜導線：中天科技股份有限公司技術(shù)資料.

[6]黃豪士.輸電線路節(jié)能型增擴容導線的特性電力建設Vol.31,NO2P.29-P.342010年2月.