新型节能导线在高压输电线路中的应用研究

新型节能导线在高压输电线路中的应用研究摘要：随着科学技术的不断发展和电力需求的不断扩大，越来越多的新型导线得以产生，并受到广泛地应用，尤其是在高压输电线路中得到认可，本文主要就目前新型导线的发展现状，探讨了其在高压输电线路中的优势，对线路输电能力的提高、有效资源的充分利用、节能环保等方面都有一定的促进作用，还可推动产业的优化升级，对我国导线制造水平的提升和未来的研究具有着重要的现实意义。关键词：新型导线；节能；高压；输电线路；应用作为输电线路设计的核心内容，导线在整个电路中具有举足轻重的作用。节能导线种类越来越多，常见的有中强度全铝合金绞线、铝合金芯铝绞线以及钢芯高导电率硬铝绞线等，其中铝合金导线在国际上的应用最为广泛，能够有效地降低导线输电线路损耗。1999年，铝合金绞线（AAAC）、铝合金芯铝绞线（ACAR）和钢芯铝合金绞线（AACSR）已经被列入了国家标准。一、新导线的概况和优点铝合金绞线（AAAC）、铝合金芯铝绞线（ACAR）和钢芯铝合金绞线（ACSR）是国家导线主要三种标准形式[1]。铝合金绞线的全部线段都是由铝合金线构成的，铝合金线是铝合金绞线的线芯，外层绞制电工圆铝线，钢芯铝合金绞线外层绞制铝合金线，其线芯为高强度钢线。20世纪60年代以来，我国一直对高强度铝合金线进行研究和开发，通过向外引进高科技的生产设备，我国导线的产品质量水平有了很大的提高。与应用比较普遍的钢芯铝绞线（ACSR）相比较而言，铝合金绞线（AAAC）在高压输电线路中更具优势，主要表现在一下几个方面：（一）钢芯铝绞线（ACSR）的总拉断力和其单位重量之比大概为7-9km，与其相比，铝合金绞线（AAAC）可达到12km,弧垂特性好，使线路建设投资大大的减（二）铝合金绞线（AAAC）有很强的耐腐能力，可有效地防止大气对其的腐蚀和铝线与镀锌钢线之间的电化腐蚀问题。（三）铝合金绞线（AAAC）重量比较轻，且硬度是铝线的两倍，表面耐磨损，能够保证施工的质量，还能够使无线干扰水平和电晕损失大大减少。（四）在标准值为铝线的2倍情况下，铝合金绞线（AAAC）的实际试验值能够达到7℅-8℅其伸长率比较大，过载能力和疲劳特性强。（五）钢芯铝绞线（ACSR）的直流电阻比铝合金绞线（AAAC）约高百分之十五。因为钢芯铝绞线（ACSR）的钢芯会给涡流和磁滞造成损失，铝合金绞线交流集肤效应的降低，从而使电能总体上的损失减少，提高载流量。（六）由于铝合金绞线（AAAC）是由相同的材料绞成的，接续管少，接续金具简单，施工易操作。其屈服强度远远高于铝线，导线鼓包或者灯笼等现象很少出现。（七）铝合金绞线（AAAC）较铝绞线和ACSR的抗蠕变量较小，且性能比较好。（八）根据加拿大Alcon公司的有关介绍，强度损失在80.C持续的运行中并不会产生。即使在高温的强度下，能够起到很好的人工时效作用，电导率获得了2℅-5℅的提高，损失不大。二、导线性能的比较（一）导线机械特性的比较表1各种导线的机械特性比较表导线的型号JL/G1A-639/45JL/LHA1-465/210JLHA3-675导线的结构45＊4.22;7＊2.814＊23.75;19＊3.7561＊3.75总面积mm2672.81673.73673.73铝合金截面面积mm2629.4463.88673.73钢截面面积mm243.41209.85直径mm33.7533.7533.75单位质量kg/km2079.218601860拉力重量比km7.017.148.42弹性模量Mpa63700550005500020度直流电阻Ω/km0.0459080.044420.04469水平、垂直比载比值（g4/g1）1.3821.461.46相对Kv值0＋0.07＋0.07最大张力1=1p=400m56.8752.0761.33最大张力1=1p=500m57.1652.0761.44最大张力1=1p=600m57.1752.0761.44最大张力1=1p=700m57.1752.0761.4440℃弧垂（m）1=1p=400m12.5312.5710.8240℃弧垂（m）1=1p=500m19.0219.4316.4940℃弧垂（m）1=1p=600m2727.5623.440℃弧垂（m）1=1p=700m36.4137.1531.53通过观察表1，从各种导线的机械特性，我们可以看出导线的结构与导线的弧垂特性有着必然的联系。钢芯铝绞线受铝钢截面比和钢芯强度的影响较大。由于全铝合金绞线JLHA3-675的强度高，弧垂特性最好，500m代表档距下弧垂与其它导线相比，小2-3m。然而铝合金芯铝绞线强度不高，因而弧垂大于其它导线。（二）相导线的荷载特性表2是以8×JL/G1A-630/45为基准，对各种导线分裂型式的荷载特性分析表，能够比较清楚地分析各种相分裂对铁塔载荷的影响程度。表2各导线分裂形式的荷载特性导线型号及相分裂数8×LGJ-630/458×JLHA3-6758×JL/LHA1-465/210每相水平荷载（N/m）143.7143.6143.6100﹪100﹪100﹪每相垂直载荷（N/m）258.3241.1241.1100﹪93﹪93﹪相导线最大张力（Lp=500）(kN)444.4484.6399.8100﹪109﹪90﹪耐张绝缘子串3550kN3550kN3420kN(k=3.4)(k=3.1)(k=2.9)4420kN4420kN4300kN(k=3.4)(k=3.2)(k=2.73)由表2可以看出，因为全铝合金导线JLHA3-675和铝合金芯铝绞线JL/LHA1-465/210没有使用钢芯，所以其垂直载荷与JL/G1A-630/45相比较而言，较少，而ACSR=720/50的垂直载荷明显要高于JL/G1A-630/45。全铝合金导线JLHA3-675的最大张力明显大于JL/G1A-630/45。在配置耐张绝缘子串的强度方面，绝大多数的导线都需采用3×550kN或者4×420kN绝缘子，只有JL/LHA1还可以使用3×420kN或者4×300kN绝缘子[2]。三、新型导线性能的主要调研结论国产钢芯高强度铝合金绞线在大跨越、重冰区得到广泛应用，高强度全铝合金线AAAC已经少量应用过。因此，国内厂家对高强度铝合金绞线的制造水平是成熟的。目前，国内的中强度铝合金绞线尚处于研制阶段，制造技术不成熟，批量化生产工艺尚在探索中。国内技术较成熟的制造厂家的铝合金导线产能约10万吨/年，大规模采用8×JLHA3—675是难以实现的。采用8×JL/LHA-465/210是可以达到的[3]。我国长期以来在新建线路上大量使用钢芯铝绞线，但是中强度全铝合金导线(AL59)在北欧的国家(瑞典、挪威、冰岛等)广泛应用，铝合金芯铝绞线(ACAR)在北美、南美广泛应用，因此我们有必要借鉴世界上其它国家的科研、制造、设计、运行的经验，推动我国导线产品升级换代。建国60年来，积累起来的科研、设计、制造、运行的能力，特别是导线制造(包括新材料、新结构、新工艺)的能力，具备大量生产铝合金芯铝绞线和研发出中强度全铝合金绞线的能力[4]。导线产品升级换代可以分步走，目前铝合金芯铝绞线的技术成熟，产能充分，可以首先用作钢芯铝绞线的替代产品。随着中强度全铝合金绞线工业化生产技术的成熟，市场规模的扩大将有效降低新产品的价格(国内的导线产品研发是以市场需求为导向的)，到那时中强度全铝合金绞线也将成为钢芯铝绞线的替代产品。特高压输电线路的大量建设，需要一种比普通钢芯铝绞线(ACSR)更为经济可靠、技术含量更高的新一代产品。据工程需要和我国的制造水平，尽快着手制定JL/LHAl—465/210或者JL/LHA-460/200的技术条件，发布后组织厂家试制和进行型式试验。铝合金芯铝绞线电阻率低、输送容量大，但弧垂稍差；中强度全铝合金绞线电阻率低、弧垂好、耐磨损、压接方便，但目前价格较高，产能和应用经验不足。二种新型导线及配套金具的价格是主要关注的问题。目前厂家在试用中承诺等长等价。但以后使用时是否能达到等长等价应该不太现实，因为铝合金代替了钢芯，价格应有所提高。目前，中国电科院已组织有关各方进行了两种JLHA-465/210、JLHA3-675新型导线的试制(包括配套金具)并通过了型式试验。新型导线在皖电东送上的应用推广有利于提升我国导线研发、制造水平，推动产业结构优化升级。结束语与普通的钢芯铝绞线相比较，节能导线具有其独特的优势，钢芯高导电率硬铝绞线、中国强度全铝合金导线以及铝合金芯铝绞线在其机械性能上的差异不大，因此可以用做普通钢芯铝绞线的替代物。铝合金芯绞线具有输送容量大、电阻率低等特点但弧度比较差。中强度全铝合金绞线的弧度虽好，抗磨损强，但价格较高，不利于该节能导线的推广和使用。将两种节能导线有机的结合，是目前节能导线在高压输电线路中的应用前景，需要进一步地探索与研究。参考文献：[1]秦君,杜欣慧.新型节能导线在500kV输电线路设计中的选型方法[J].现代工业经济和信息化,2014,16:66-68+74.[2]丁广鑫,孙竹森,张强,李明,莫娟,叶鸿声,王钢,万建成.节能导线在输电线路中的应用分析[J].电网技术,2012,08:24-30.[3]王晓燕.特高压交流输电线路电磁环境研究[D].山东大学,2011.[4]刘燕.高压输电线路新型导线安全评价研究[D].天津大学,2009.