高強度高伸長率鋁包鋼芯鋁合金絞線在覆冰地區的應用分析

上海中天鋁線有限公司 徐一峰 馮祝華 尤偉任 江蘇中天科技股份有限公司 陸 偉 繆姚軍

我國架空輸電線路傳輸除了經過平原地區之外，還會經過許多特殊地區，諸如大跨越、高山風口、覆冰等。一般情況下，覆冰地區會采用抗拉強度較高的鋼芯高強度鋁合金絞線，提高電網的抗冰災能力，保證線路的安全性[1]。近年來我國輸電線路提出了“節能降耗”的理念，設計部門在中冰區一般會選用鋼芯中強度鋁合金絞線，其與同結構的鋼芯高強度鋁合金絞線相比，導線電阻小、線路損耗降低，已在我國部分地區得到應用。如何在保障覆冰地區線路安全的前提下進一步提升線路的節能效果，成為線路設計部門和導線制造企業不斷研究的話題[2-3]。

電工用鋁包鋼線具有導電率高、重量輕、耐腐蝕等特點，一般與硬鋁線組合形成鋁包鋼芯鋁絞線，與相同結構的鋼芯鋁絞線相比導線重量輕、電阻小，具有一定的節能效果[4]。若將鋁包鋼線與鋁合金線組合形成鋁包鋼芯鋁合金絞線，導線重量降低、電阻減小，能夠解決冰區線路損耗的問題。根據GB/T17937《電工用鋁包鋼線》規定，鋁包鋼線與鍍鋅鋼線相比伸長率小，在與高伸長率的鋁合金線組合時不能充分發揮鋁包鋼芯的全部性能。本文主要探討高強高伸鋁包鋼線的特性及與高強高伸鋁包鋼芯中強度鋁合金絞線在覆冰地區的應用。

1 高強高伸鋁包鋼線的特性

高強高伸鋁包鋼線在普通鋁包鋼線的技術基礎上進行了延伸，在保障鋁包鋼線導電率不變的情況下提升了抗拉強度和伸長率，其主要機電性能見表1。與國標GB/T3428-2012《架空絞線用鍍鋅鋼線》和GB/T17937-2009《電工用鋁包鋼線》進行對比，高強高伸鋁包鋼線抗拉強度比常規鋁包鋼線高，與鍍鋅鋼線G4A、G5A 一致，但是伸長率提高到2.0%以上，其他方面導電率、重量及耐腐蝕特性則與常規鋁包鋼線一致。

表1 高強高伸鋁包鋼線機電性能參數表

2 在覆冰地區的應用分析

將高強高伸鋁包鋼線與鋁合金組合形成高強高伸鋁包鋼芯鋁合金絞線，可充分利用鋁包鋼線的特性，保證導線的抗拉強度，特別是與金具配套的拉斷力。另外可以降低導線的重量，減小電阻，相比鋼芯鋁合金絞線線路損耗更低。以某條500kV 輸電線路為例，通過對導線的基本參數、覆冰能力和線路經濟性進行對比，分析高強高伸鋁包鋼芯中強度鋁合金絞線在覆冰地區的特點及優勢。

2.1 基本參數對比

根據線路要求，選擇鋼芯鋁合金絞線2× JLHA1/G1A-630/80、鋼芯中強度鋁合金絞線2×JLHA4/G3A-630/80和高強高伸鋁包鋼芯中強度鋁合金絞線2×JLHA4/QSLB20A-630/80三種導線，其基本參數對比見表2。從表2的對比結果可以看出：在同等結構條件下，高強高伸鋁包鋼芯中強度鋁合金絞線相比鋼芯鋁合金絞線重量降低4%，電阻降低11.9%；相比鋼芯中強度鋁合金絞線重量降低4%，電阻降低4.4%，抗拉強度相當、拉重比增加。

表2 對比導線基本參數

2.2 弧垂特性對比

線路的氣象條件為覆冰厚度15mm，覆冰風速15m/s，設計安全系數為2.5。根據表1提供的導線性能數據，對三種導線的弧垂進行對比，具體數據見表3。從表3的對比結果可以看出：高強高伸鋁包鋼芯中強度鋁合金絞線弧垂與鋼芯高強度鋁合金絞線相當，優于鋼芯中強度鋁合金絞線。

表3 對比導線的弧垂

2.3 覆冰過載能力對比

輸電線路設計規范GB50545-2010《110kV～750kV 架空輸電線路設計規范》要求，導線在覆冰氣象條件時，弧垂最低點的最大張力應不超過其導線拉斷力的70%。根據文獻[3]里提供的覆冰過載簡化公式進行計算對比，三種導線在檔距為300m、400m 和500m 的覆冰過載能力見表4。從表4的對比結果可以看出：高強高伸鋁包鋼芯中強度鋁合金絞線過載覆冰能力介于鋼芯高強度鋁合金絞線和鋼芯中強度鋁合金絞線之間。

表4 對比導線的過載能力

2.4 損耗費用對比

根據經濟電流密度，假設導線傳輸電流為567A，常年平均環境溫度為15℃，年負荷利用小時數為5500h，損耗小時數為3200h，導線的損耗費用見表5。從表5的對比可以看出：高強高伸鋁包鋼芯中強度鋁合金絞線每公里線路損耗比鋼芯高強度鋁合金絞線降低11.9%，比鋼芯中強度鋁合金絞線降低4.4%；按照上網電價0.5元/kwh 進行計算，高強高伸鋁包鋼芯中強度鋁合金絞線每公里線路年損耗費用比鋼芯高強度鋁合金絞線降低2.15萬元，比鋼芯中強度鋁合金絞線降低0.73萬元，經濟優勢十分明顯。

表5 對比導線的年損耗費用

根據上述對比結果，可以得出以下結論：高強高伸鋁包鋼線抗拉強度高，達到鍍鋅鋼線G4A、G5A 級別，伸長率高、達到2.0%以上，導電率和防腐性能與常規鋁包鋼線一致；在等結構的條件下，高強高伸鋁包鋼芯中強度鋁合金絞線與鋼芯中強度鋁合金絞線相比，重量降低4%、拉重比大、抗覆冰能力相當。導線電阻降低11.9%，能夠減少線路損耗，節能效果明顯，覆冰過載能力相當，能夠滿足中冰區的線路設計要求，因此在中冰區可以采用高強高伸鋁包鋼芯中強度鋁合金絞線；當高強高伸鋁包鋼芯中強度鋁合金絞線的價格在合理的范圍內時，高強高伸鋁包鋼芯中強度鋁合金絞線節能效果和經濟型都將優于鋼芯中強度鋁合金絞線。

隨著鋁包鋼技術的不斷發展，鋁包鋼線的伸長率也將會不斷提升，甚至可以達到鍍鋅鋼線的標準，高強高伸鋁包鋼系列節能導線將成為輸電線路架空導線的新一代導線產品，滿足線路的不同需求，為設計部門提供更多的選擇。