淺析鋁合金芯鋁絞線的應用

陳培青

（廣東省電力設計研究院有限公司，廣東 廣州510663）

0 引言

近年來，國家大力提倡節能減排。對電力工業而言，如何減少電能輸送環節中的輸電損耗，始終是我們高度關注的熱點。新型節能導線作為輸電線路最有效的節能降耗工具之一，近年來被逐步推廣應用。其中，鋁合金芯鋁絞線具有直流電阻較小、可避免磁滯損耗和渦流損耗等特點，其應用對輸電線路的節能降耗具有積極意義。

鋁合金芯鋁絞線采用53%IACS的高強度鋁鎂硅鋁合金替代普通鋼芯鋁絞線中基本無導電能力的9%IACS鋼芯和部分鋁線，導線外層鋁線可與普通鋼芯鋁絞線的鋁線相同。為進一步減小導線電阻，提高節能效益，鋁合金芯鋁絞線的外層鋁線可根據需要采用61.5%～63%IACS導電率硬鋁。

在等總截面應用條件下，鋁合金芯鋁絞線的直流電阻比鋼芯鋁絞線小。同時鋁合金芯鋁絞線是單一鋁基體材質，可避免由于磁滯損耗和渦流損耗帶來的電能損失，亦沒有多金屬的電化學腐蝕，耐腐蝕性與鋼芯鋁鉸線相比有所提高。

1 技術性能比較

為便于分析，本文選取和鋁合金芯鋁絞線外徑相近的普通鋼芯鋁絞線作為比較對象，具體的鋁合金芯鋁絞線型號為JL1／LHA1－165／175，鋼芯鋁絞線型號為JL／G1A－300／40。

1.1 機械性能比較

（1）參數對比。由表1可見，鋁合金芯鋁絞線和鋼芯鋁絞線外徑和總截面相近，但鋁合金芯鋁絞線的有效導電面積約是鋼芯鋁絞線的1.13倍，載流量較大；20℃直流電阻是鋼芯鋁絞線的0.95倍，電阻損耗較小。但主要承力的鋁合金芯線抗拉強度不及鍍鋅鋼線，因此鋁合金芯鋁絞線的額定抗拉強度小于鋼芯鋁絞線。

表1 導線參數表

（2）荷載對比。因鋁合金芯鋁絞線單位質量較小，其無冰垂直荷載和覆冰荷載均較小。因外徑相近，在相同風速下，兩種導線的大風水平荷載相近。而在代表檔距相同時，鋼芯鋁絞線的縱向拉力要大于鋁合金芯鋁絞線的縱向拉力。

（3）弧垂對比。與鋼芯鋁絞線相比，使用鋁合金芯鋁絞線需增加直線塔呼高約0.3～0.4m。需要指出，雖然鋁合金芯鋁絞線的拉重比略大于鋼芯鋁絞線，但主要承力的鋁合金芯線抗拉強度不及鍍鋅鋼線，因此在安全系數一致的情況下，鋁合金芯鋁絞線的運行張力一般是小于鋼芯鋁絞線的，大約只有后者的88%，這就削弱了鋁合金芯鋁絞線拉重比較大的優勢，導致其弧垂特性劣于鋼芯鋁絞線，且差距隨檔距的增加而增大。

（4）搖擺角對比。由表2可見，鋁合金芯鋁絞線的外徑與鋼芯鋁絞線相當，但因垂直荷載較小，故導線搖擺角增大約5.97°，使用時需注意校核定位條件和檢查空氣間隙是否滿足要求。

表2 導線搖擺角 單位：°

（5）防振性能對比。輸電線路不可避免要發生微風振動，嚴重的振動會導致導線疲勞斷股或斷線，且隨著導線應力的提高，振動斷股發生的可能性也會增大。故在導線上必須采取防振措施來抑制微風振動強度，但防振措施應結合導線的應力進行綜合考慮。國際大電網會議于1960年提出導線平均運行應力EDS的概念來表征導線在平均氣溫狀態下的綜合應力。一般而言，選擇EDS時，應按不同的導線材料的應力分配，使鋁股或鋁合金股的應力不大于它們各自的疲勞極限。由表3可知，鋁合金芯鋁絞線的年平均運行張力占拉斷力的百分比不宜過大，否則會使最外層鋁股的應力接近鋁線的疲勞 極 限 （JL1／LHA1－165／175 導 線 的 年 平 張 力 為 拉 斷 力 的25%時，最外層鋁股的應力／疲勞極限比值已達92%），長期運行時極有可能造成鋁線斷股，因此需根據實際情況選擇合適的年平張力。經計算，JL1／LHA1－165／175導線的年平張力為拉斷力的21%時，最外層鋁股的應力／疲勞極限比值為77%，與常規鋼芯鋁絞線的水平接近，是較為合理的。

1.2 電氣性能比較

（1）載流量對比。計算得80℃時鋼芯鋁絞線的載流量約為729A，鋁合金芯鋁絞線的載流量為751A，比鋼芯鋁絞線高出約3%。

表3 導線外層鋁／鋁合金股的單股應力及安全系數

（2）交流電阻對比。提高交流架空輸電線路輸送容量和降低電阻損耗都與導線交流電阻相關。隨著節能導線的推廣應用，各類導線交流電阻的差異成為值得關心的問題。目前工程上求取交流電阻最常用JCS－0374算法，此外還有Morgan交直流電阻比法。兩種算法在計算集膚效應時差異不大，但對于磁滯渦流損耗，由于JCS－0374算法在計算磁滯渦流損耗電阻增加值時僅考慮了電流密度的影響，計算結果相對偏大；而Morgan算法考慮了多種敏感因素，有堅實的理論和實驗基礎，其計算結果與經典電磁場理論相符，因此推薦采用Morgan算法。由計算可知JL／G1A－300／40導線交流電阻為0.101 87Ω／km，JL1／LHA1－165／175導線的交流電阻為0.096 74Ω／km，是鋼芯鋁絞線的95%。

（3）電阻損耗。根據Morgan算法求取的交流電阻值，計算得到雙回線路單公里電阻損耗功率和年電阻損耗電能（表4）。

表4 各導線電阻損耗功率和年損耗電能

1.3 經濟特性比較

通過對各導線方案的年費用進行計算（表5），可知鋁合金芯鋁絞線的年費用低于鋼芯鋁絞線，且隨著負荷小時數及電價的增加，鋁合金芯鋁絞線的優勢更加明顯。

表5 各導線方案年費用 單位：萬元／km

2 施工及配套金具分析

鋁合金芯鋁絞線表面硬度與普通鋼芯鋁絞線完全一致，施工過程中無需特殊保護措施，常規施工方法和器具都能直接應用。鋁合金芯鋁絞線配用的懸垂線夾和防振金具與普通鋼芯鋁絞線一致；液壓型耐張金具和接續管的結構與普通鋼芯鋁絞線不同，但目前均已有鑒定過的產品，價格和施工工藝都與普通金具相差不大。

3 應用標準

目前國家電網公司已發布Q／GDW1815—2012《鋁合金芯高導電率鋁絞線》，用于指導該型導線的生產、設計和應用。

4 生產和應用情況

目前國內主要的導線生產廠家都可以批量生產鋁合金芯鋁絞線，2014年度國內已有近百項輸變電工程的導線采用鋁合金芯鋁絞線。可見該類型導線的生產、設計和應用經驗正在迅速積累，大規模應用的條件正在成熟。

5 結語

與鋼芯鋁絞線相比，鋁合金芯鋁絞線的弧垂特性較差，風偏搖擺角較大，導致桿塔使用條件受到一定的限制；但另一方面，鋁合金芯鋁絞線的防腐性能和電氣性能良好，線損較小，且生產工藝成熟，價格可進一步降低。總體而言，鋁合金芯鋁絞線年費用低，可替代同外徑的鋼芯鋁絞線用于標準化設計的桿塔，其應用對輸電線路的節能降耗具有積極的意義。在對導線價格比較敏感、交流輸送功率大、利用小時數高的情況下，建議優先選用鋁合金芯鋁絞線。