鋁包殷鋼芯鋁合金絞線在架空線路擴容中的應用

翟彬

（山東電力工程咨詢院有限公司，山東濟南250013）

鋁包殷鋼芯鋁合金絞線在架空線路擴容中的應用

翟彬

（山東電力工程咨詢院有限公司，山東濟南250013）

已建輸電線路，由于導線截面已經確定，存在輸送容量的極限。隨著系統運行方式的變化，對已建線路提高輸送容量的需求越來越多。提高已建線路的輸送容量，有兩種技術方案，一是拆除已建線路，新建使用大截面或多分裂導線的線路；二是保持已建線路鐵塔不變，將已有導線更換為耐熱導線。由于取得新建輸電線路的走廊協議非常困難，而且投資巨大，因此，使用耐熱導線，以達到提高輸送容量的目的，在線路改造工程中的應用越來越廣泛。結合棗莊地區的實際工程，探討耐熱導線，尤其是鋁包殷鋼芯超耐熱鋁合金絞線的應用，可為以后的線路擴容工程提供參考。

線路擴容；輸電線路；耐熱導線

0 引言

棗莊地區已建220 kV興夏、興微線1～13號段，長2.364 km，為同塔四回路鋼管桿架設，上層2回220 kV，下層為2回110 kV。原220 kV導線為1×JL／G1A-400型鋼芯鋁絞線。由于已建線路需要與新建線路相連接形成新的輸電通道，而新建線路的導線采用2×JL/G1A-400/35導線，因此，新老線路存在輸送容量不匹配的問題。

由于已建同塔四回路，于2007年建成，位于棗莊市新城區，靜態投資在400萬元／km，如果拆除重建，不僅投資巨大，而且新取得規劃部門的協議也非常困難。因此，可以考慮采用新型耐熱導線，在不超過原有桿塔荷載的前提下，通過更換導線提高線路的輸送容量，滿足系統輸送容量的要求［1-2］。

1 耐熱導線的選型

目前可供選擇的耐熱導線，有碳纖維復合芯導線、殷鋼芯超耐熱鋁合金導線、間隙型導線和普通耐熱鋁合金導線。由于220 kV興夏、興微線更換導線后，輸送容量要求提高1倍，普通耐熱鋁合金導線無法滿足要求。另外，間隙性導線在鋼芯和鋁導體之間存在間隙，制造及施工難度比較大，本工程暫不比選間隙性導線。

因此，只對碳纖維復合芯導線（以下簡稱碳纖維導線）、殷鋼芯超耐熱鋁合金導線（以下簡稱殷鋼導線）進行比較。

1.1 耐熱導線選型原則

耐熱導線是通過提高導線耐受長期運行溫度來提高導線單位截面的輸送容量。將增容導線應用于老線路改造工程中，應滿足以下要求：載流量滿足2×JL/G1A-400導線的要求；滿足老線路鐵塔使用條件；更換耐熱導線后仍滿足對下面兩回110 kV線的電氣距離要求。

1）耐熱導線載流量應不小于2×JL/G1A-400導線。根據導線載流量計算結果，2×JL/G1A-400導線在環境溫度40℃，長期運行溫度80℃時，允許載流量為2×733=1 466 A。依此要求，耐熱導線在環境溫度40℃時，長期允許運行溫度下的載流量需不小于1 466 A。

2）220 kV興夏、興微線1～13號段鐵塔按1×JL／G1A-400/35導線設計，安全系數為4.5，最大使用張力為21 934 N。更換耐熱導線后，最大使用應力、覆冰條件下垂直荷載、大風條件下水平荷載應不超過原鐵塔所用1×JL／G1A-400／35導線。

3）由于原線路為同塔四回路，上面2回220 kV線，下面2回110 kV線，因此，更換為耐熱導線后，需滿足對下面兩回110 kV線的電氣距離要求，即耐熱導線的弧垂在正常運行時和因系統短路線路短期過載時，均不大于對應條件下原線路1×JL／G1A-400／35導線的弧垂。

1.2 碳纖維導線

碳纖維導線為新型導線，它由輕型的復合芯、外層纏繞高性能的梯形鋁線組成，有以下特點［3］。

1）強度為普通導線的2倍。普通鋼絲的抗拉強度為1 240～1 410 MPa，而碳纖維導線采用碳纖維混合固化芯棒，抗拉強度是前者的2倍。

2）碳纖維導線與鋼芯鋁絞線導線相比具有顯著的低弛度特性，在高溫條件下弧垂不到鋼芯鋁絞線的1／2，能有效減少架空線的絕緣空間走廊，提高了導線運行的安全性和可靠性。

3）碳纖維導線比傳統的鋼芯鋁絞線增加了28%的用鋁量，從而增加了導電面積，增大了輸送容量。其長期允許運行溫度為165℃，進一步提高了導線的載流能力。

4）碳纖維導線的鋁部分采用退火軟鋁線，利用退火軟鋁線耐高溫特性，導線短時允許溫度可達到200℃以上。

5）碳纖維導線的比重約為鋼的1／4，在相同的外徑下，其鋁截面積為常規鋼芯鋁絞線的1.29倍。其單位長度重量比常規鋼芯鋁絞線導線輕10%～20%，顯示了這種導線重量輕的優點。

6）碳纖維導線材料與環境親和，同時避免了導體在通電時鋁線與鍍鋅鋼線之間的電化腐蝕問題，有效地延緩導線的老化，使用壽命高于普通導線的2倍。

目前碳纖維導線已在山東泰安市220 kV天園線、園汶線改造工程中使用，運行狀況良好。

1.3 殷鋼導線

殷鋼是由鐵和鎳等元素組成的合金，在高溫階段具有良好的高溫弧垂特性。殷鋼膨脹系數只有普通鋼材的1／3。用殷鋼作為導線鋼芯，殷鋼耐熱鋁合金導線（TACIR）可以在150℃下運行；殷鋼超耐熱鋁合金導線（ZTACIR）和殷鋼特耐熱鋁合金導線（XTACIR）可以在210℃和230℃下運行。可以在滿足低弧垂的要求下，更好的利用耐熱鋁合金的耐高溫性能，從而提高輸送容量［4-5］。

殷鋼導線雖然在材料上發生了變化，但其實質仍然屬于金屬類產品，和普通鋼芯鋁絞線具有相同的結構、重量，物理特性也基本相同，只是由于殷鋼芯線的線性膨脹系數比較小，弧垂變化較普通導線小，從而使其弧垂在高溫時得到有效抑制［6-7］。因此，殷鋼導線施工時較為簡單方便，與其配套的金具也是常規的耐熱金具。

目前殷鋼導線已在山東聊城尚店變電站配套送電工程中已投入運行。

1.4 兩種耐熱導線對比選型

將碳纖維導線JRLX／T455／52、殷鋼導線JNRLH3／LBY-360／55與JL／G1A-400／35載流量、荷載和弧垂比較如表1所示。

表1 3種導線的載流量、荷載和弧垂比較

由表1可以看出，碳纖維導線和殷鋼導線兩種導線在安全系數取值5.99和4.33的情況下，均能滿足張力不超鋼芯鋁絞線的要求；而且兩種導線的覆冰垂直荷載和大風水平荷載均小于原1×JL／G1A-400／35導線，因此滿足原線路鐵塔設計條件，可以直接更換。

表2 碳纖維導線和殷鋼導線的參數及投資比較

在滿足2×JL／G1A-400導線載流量的前提下，碳纖維導線能滿足弧垂特性不超過原JL／G1A-400／35導線的要求（規律檔距200 m時弧垂小0.5 m）。而殷鋼導線由于運行溫度較高，殷鋼芯的線性膨脹系數較碳纖維略大，因此在規律檔距為200 m時的弧垂比原JL／G1A-400／35導線大0.2 m。本工程更換耐熱導線段為同塔四回路架設（上面兩回220 kV線，下面兩回110 kV線），弧垂較小的碳纖維導線在弧垂方面略有優勢。

1.5 投資比較

導線參數及投資比較如表2所示。

以往我國碳纖維復合芯原材料一直依賴進口，且極少有廠家能夠生產加工碳纖維導線，造成碳纖維導線的價格較為昂貴。但目前國內已有多家廠家具備碳纖維導線的生產能力，再加上國際市場上碳纖維復合芯價格有下降的趨勢，因此碳纖維導線的造價已大幅下降。

1.6 耐熱導線選型結論

綜上所述，在滿足載流量和已建鐵塔使用條件的前提下，兩種導線在荷載、載流量、弧垂特性、經濟特性的差別不大。綜合兩種導線在山東的運行經驗，并結合運行部門的意見，最終本工程推薦選擇JNRLH3／LBY-360／55殷鋼導線。

2 結語

用耐熱導線替換常規的鋼芯鋁絞線，不僅可以達到增容或擴容的目的，而且避免了對原線路的拆除新建，經濟效益顯著。

殷鋼導線采用基于鋁鋯合金基體的超耐熱鋁合金獲得雙倍的輸送容量，采用鋁包殷鋼來抑制導線由于高溫導致的弧垂增加，從而實現相同截面的導線傳輸雙倍容量，可廣泛應用于線路的改造增容工程。

耐熱導線的張力弧垂計算理論與鋼芯鋁導線基本一致，但需要區別對待。倍容量導線由于導線的本身特性決定其存在溫度遷移點，在遷移點溫度前導線鋼芯和鋁線共同承受張力負荷，在遷移點溫度后導線張力荷載由鋼芯承擔，因此可以獲得低弧垂特性。

耐熱導線的載流量計算方法與普通鋼芯鋁絞線一致。倍容量導線作為架空導線大類中的一種，其熱傳導機理與通常鋼芯鋁絞線相同，可以采用標準的算法獲得載流量數值。

耐熱導線實現倍容并可以替換老導線必須遵循“安全為先”的前提。倍容量導線應選擇強度與原導線基本一致、單位重量略輕的結構，綜合校驗導線的安全余度，在不影響導線的安全的條件下合理使用。

［1］GB 50545—2010 110 kV～750 kV架空輸電線路設計規范［S］.

［2］王賢燦，林徑.新型耐熱增容導線在220kV線路增容改造中的選型應用［J］.內蒙古電力技術，2011，29（3）：79-81.

［3］何州文，陳新，王秋玲，等.國內碳纖維復合芯導線的研究和應用綜述［J］.電力建設，2010，31（4）：90-93.

［4］邵天曉.架空送電線路的電線力學計算［M］.北京：中國電力出版社，2003.

［5］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，2003.

［5］張穎璐.倍容量導線的張力弧垂特性分析計算［J］.電力建設，2006，27（9）：7-9.

［7］竇飛，喬黎偉.架空線路輸電能力計算［J］.電力建設，2010，31（12）：23-25.

Application of Aluminum Clad Invar Core Aluminum Alloy Wire for Expanding the Capacity of Overhead Transmission Line

The existing transmission lines，because the conductor has been determined，the transmission capacity is determined. With the change of system operation mode，improving the transportation capacity of existing line is more and more important.To increase the transmission capacity of the line which has been built，there are two schemes，one is the reconstruction，the new use of large cross-section or multi conductor lines；the other is the replacement for the heat-resisting wire.Due to the huge investment and Difficulties for obtain the new transmission line corridor agreement，heat-resistant wire is more and more widely used in line reconstruction project.Combined with practical engineering in Zaozhuang，the heat-resisting wire is discussed.The application of aluminum clad steel core super heat-resistant aluminum alloy wire can provide some reference for the future project.

expanding the capacity of line；transmission line；heat-resistant wire

TM75

：B

：1007-9904（2014）03-0037-03

2014-02-18

翟彬（1982—），男，工程師，從事高壓輸電線路設計和管理工作。