特高強度鋼芯軟鋁絞線在實際工程中的應用研究

柯定芳

（國家電網公司電力器材安全性能檢測技術實驗室，杭州 310015）

電力部門常采用導線增容來解決通道問題。目前各種增容導線在機械性能上逐漸成熟，能滿足實際生產需要，因此，本文主要從電氣性能角度考慮特高強度鋼芯軟鋁絞線在實際中大規模應用的可行性[1]。

1 增容導線概述

目前常用的增容導線有碳纖維復合材料芯軟鋁絞線、耐熱鋁合金導線、鋼芯軟鋁絞線等，這幾種導線各有優缺點。

（1）碳纖維復合材料芯軟鋁絞線可增加100%載流量[2]，并能在150℃穩定運行，但造價是普通導線的3～4倍。

（2）耐熱鋁合金導線是在鋁重熔過程中添加一定數量的鋯，可在提高運行溫度的同時保持導線的機械性能基本不變，添加的鋯導致其導電率僅為60%IACS，因此會增加輸電線路損耗，從而增加運行成本。

（3）鋼芯軟鋁絞線是一種以軟態型材鋁單線絞合作為導體、以特高強度鋼芯作為加強芯的節能導線。鋁線經全軟化退火處理，導線運行溫度不會因鋁的軟化特性而受到限制，完全由鋼的軟化特性所決定，而鋼的再結晶溫度較高，可以在較高的溫度下保持正常的機械強度，因此，該導線的允許工作溫度較普通架空導線高。

2 特高強度鋼芯軟鋁絞線

特高強度鋼芯軟鋁絞線的設計理念是鋁僅起導電作用，鋼芯起整根導線的承力作用，因此充分發揮了鋁材和鋼材各自的性能優勢，是節能增容型導線，具有弛度低、自阻尼特性好、制造成本低、適用性強等特點。

鋁的熱膨脹系數為23×10-6/℃，而鋼的熱膨脹系數只有鋁的1/2，僅11.5×10-6/℃，當導線運行溫度上升時，由于熱膨脹系數的差異，軟鋁線股將產生不可恢復的永久變形，應力轉移特性使導線所受張力轉移到特強鋼芯上，這時導線的熱膨脹系數就是鋼的熱膨脹系數。因此，工作溫度上升后，鋼芯軟鋁絞線的弛度遠比普通鋼芯鋁絞線小[3]。

3 導線試驗

瀝匯—展望220 kV雙回輸電線路工程中使用了JLRZ/EST-400/50特高強度鋼芯軟鋁絞線，國家電網公司電力器材安全性能檢測技術實驗室對線路的直流電阻、載流量、倍容、能耗等主要電氣指標進行了相關試驗，并與普遍使用的鋼芯鋁絞線JL/GIA-400/35進行了對比。

3.1 導線直流電阻

根據GB/T 3048.4-2007的要求對導線進行了直流電阻試驗，被試導線通過配套耐張線夾安裝在拉力試驗機上，施加一定的載荷使導線處于筆直狀態。用直流電阻測試儀測量導線電阻，并計算導線在20℃時的電阻值，再換算成單位長度電阻。

試驗結果表明：導線在20℃時的單位長度電阻為0.068 5 Ω/km，小于普通鋼芯鋁絞線JL/G1A-400/35的標準電阻值0.073 9 Ω/km。

3.2 導線載流量

參照GB/T 2317.3-2008中的有關試驗條件和溫度測量方法，控制環境溫度在20±5℃，消除熱擾動影響，將被試導線JLRZ/EST-400/50通過配套耐張線夾安裝在拉力試驗機上，施加載荷達到導線計算拉斷力的20%作為預張力；導線兩端的耐張線夾通過引流導線與大電流發生裝置相連組成試驗回路；向試驗回路注入一定的電流，使導線溫度分別達到 70℃，80℃，90℃，100℃，110℃，120℃，130℃，140℃和150℃，記錄各個溫度下的電流值，并循環3次。各溫度點的平均載流量數值見表1。

表1 不同試驗溫度下的導線載流量

由表1可知，在約90℃時，特高強度鋼芯軟鋁絞線的載流量比普通鋼芯鋁絞線低，但是因為能在150℃穩定運行，因此其通流能力要比普通鋼芯鋁絞線在最高溫度運行時高約30%。

3.3 倍容試驗

根據GB/T 2317.3-2008，將被試導線JLRZ/EST-400/50通過配套耐張線夾安裝在拉力試驗機上，施加載荷達到導線計算拉斷力的20%作為預張力；將導線兩端的耐張線夾通過引流導線與大電流發生裝置相連組成試驗回路；向試驗回路注入一定的電流，使導線溫度穩定在50℃，60℃，70℃，80℃和 90℃，再分別將電流增至 1.5I和2.0I；每2 min記錄1次導線溫度，得到30 min內的導線溫度與時間的變化關系，見表2、表3。

表2 LRZ/EST-400/50導線在1.5倍容量時的溫度-時間關系

從表2可知，當導線起始運行溫度為90℃時，對應當時的導線運行電流，可短時（28 min）增加電流至運行電流的1.5倍，確保導線運行溫度不超過設計最高運行溫度150℃。

從表3可知，當導線起始運行溫度為90℃時，極限情況下，可短時（8 min）增加電流至運行電流的2倍，此時導線最高溫度為153℃。

3.4 能耗試驗

參照GB/T 2317.3-2008中“5.1試驗條件”，控制環境溫度在20±5℃，消除熱擾動影響，將被試導線JLRZ/EST-400/50及JL/G1A-400/35分別通過配套耐張線夾安裝在拉力試驗機上，施加載荷達到導線計算拉斷力的20%作為預張力。使用導線兩端的耐張線夾，通過引流導線與大電流發生裝置相連組成試驗回路。在試驗回路里通入一定的電流，分別測量JLRZ/EST-400/50和JL/G1A-400/35型導線的能耗并轉換為單位能耗。表4是2種型號導線的單位能耗對比。

表3 LRZ/EST-400/50導線在2倍容量時的溫度-時間關系

表4 能耗對比表

由表4可知，在電流相同的情況下，特高強度鋼芯軟鋁絞線比普通鋼芯鋁絞線降低能耗均在4.5%以上。

4 經濟效益分析

目前，特高強度鋼芯軟鋁絞線已逐步應用于實際工程，造價也明顯降低。以1 km計算，與普通鋼芯鋁絞線的經濟效益比較如表5所示。

表5 經濟效益對比表

經過計算，當導線電流為842 A、運行溫度約90℃時，每1 km特高強度鋼芯軟鋁絞線的年輸電能損耗比普通鋼芯鋁絞線低2.6萬kWh，按0.45元/kWh上網電價計算，是2種導線價格差的1.7倍；若運行溫度為50℃，則1年節約的電費支出與2種導線價格差基本相近。

特高強度鋼芯軟鋁絞線在運行溫度為150℃時的輸電能力是普通鋼芯鋁絞線的1.3倍，但此時的能耗比90℃時高出1倍，說明特高強度鋼芯軟鋁絞線應用也有一定的局限性。

5 結論

試驗證明，特高強度鋼芯軟鋁絞線（JLRZ/EST-400/50）的輸電能力可達普通鋼芯鋁絞線（JL/G1A-400/35）1.3倍以上，能耗降低4.5%以上，工程中導線所增加費用通過節能方式可在短期內彌補。在施工工藝日益成熟的今天，選擇特高強度鋼芯軟鋁絞線作為線路改造中的擴容導線是完全可行的。

[1]黃豪士.輸電線路節能型增擴容導線的特性[J].電力建設，2010，31（2）:29-34.

[2]黃豪士.用于資源節約型輸電線路的導線之二-節能型系列導線的主要品種及特性[J].電線電纜，2011（2）:16-21.

[3]謝東升.淺析特強鋼芯軟鋁絞線在輸電線路中的應用[J].科技情報開發與經濟，2010，20（4）:217-218.