纖維增強樹脂基復合芯軟鋁型線電暈特性研究

徐志偉

(揚州浩辰電力設計有限公司，江蘇 揚州 225000)

軟鋁型線由纖維增強樹脂基復合芯棒和軟鋁線構成，比傳統導線具有質量輕、運行溫度高、耐腐蝕、低弧垂、大容量等優點[1-3]，因而被用于輸電線路增容和改造項目中，但軟鋁型線在雨天運行過程中，線路走廊附近存在電暈異響。電暈是導線在高壓不均勻電場強度下的放電現象，會導致線路電能損耗，并伴隨可聽噪聲及無線電干擾[4-7]，因此電暈效應是線路設計和建設中必須考慮的指標。軟鋁型線已在我國多個地區電網中運行，由于其結構與鋼芯鋁絞線有明顯區別，電暈特性也存在差異，因此有必要進行軟鋁型線的電暈特性研究，對于軟鋁型線的應用具有重要工程意義。

1 試驗準備

1.1 試驗導線

軟鋁型線選用型號JLRX1/F2A-380/45-240，導線截面如圖1所示。復合芯棒標稱截面積為45 mm2，復合芯棒外層共有2層鋁導體(單線為梯形)，內層鋁股7根、外層鋁股12根，等效直徑為5±0.2 mm；鋁導體標稱截面積為380 mm2，導線直徑為24.0 mm，導線節徑比外層為11.7、內層為13.8，絞向為右向。外層導線如圖2所示，內層導線如圖3所示。

圖1 導線截面

圖2 外層導線

圖3 內層導線

1.2 試驗設備

試驗設備采用800 kV串聯諧振系統和RR2B無線電干擾儀，試驗前用尼龍繩將7 m長的導線試樣懸吊，離地距離6 m，并保證導線周圍7 m沒有物體。逐漸施加拉力將導線拉至水平，為防止試驗過程中導線兩端出線電暈，在導線兩端安裝直徑為1.2 m的均壓環，布置如圖4所示。試驗在全黑的高壓實驗室內進行，試驗過程用望遠鏡觀測導線起暈情況并記錄測試結果。

圖4 電暈及無線電干擾布置

2 電暈試驗

2.1 正常電暈試驗

試驗溫度為15 ℃，相對濕度為32%，大氣壓力為1.027×105Pa。試驗時逐漸提高電壓直至可以看見電暈，保持5 min并記錄電壓值，該電壓值為電暈起始電壓；然后慢慢降低電壓直至看不見電暈，同樣保持5 min并記錄電壓值，該電壓值為電暈熄滅電壓。正常時電暈起始電壓對比如表1所示。

表1 正常電暈起始電壓對比 單位：kV

由表1可知，當電壓升高至286 kV時，鋼芯鋁絞線出現電暈現象；繼續升高電壓至300.2 kV時，軟鋁型線出現電暈現象。軟鋁型線的電暈起始電壓平均值比鋼芯鋁絞線高14.2 kV(4.97%)。

2.2 淋雨電暈試驗

人工對導線淋雨10 min，當導線全部被水浸潤后，按正常電暈試驗方法進行試驗。淋雨時電暈起始電壓對比如表2所示。

表2 淋雨時電暈起始電壓對比 單位：kV

由表2可知，淋雨時軟鋁型線電暈起始電壓平均值為198.6 kV，比正常電暈起始電壓低101.6 kV；鋼芯鋁絞線電暈起始電壓平均值為251.8 kV，比正常電暈起始電壓低34.2 kV。

3 電暈試驗分析

3.1 導線表面粗糙度對電暈影響

不同空氣密度下導線表面起暈場強Eo為

(1)

(2)

式中:U為電暈起始電壓峰值，kV；r為導線半徑，cm；H為導線對地高度，m；δ為相對空氣密度；m為導線表面粗糙系數。

由式(1)、式(2)可以看出，在試驗環境和導線對地高度一樣的情況下，導線半徑與電暈起始電壓成正比，而導線半徑由導線載流量和拉斷力的需求決定，同截面導線表面粗糙系數與導線電暈起始電壓及起暈場強成正比[8-9]。

按實際試驗時的大氣條件和測量結果計算導線表面粗糙系數，如表3所示。

表3 導線表面粗糙系數計算結果

由表3可以得出，軟鋁型線表面粗糙系數平均值為0.910，鋼芯鋁絞線表面粗糙系數平均值為0.800，表明軟鋁型線表面粗糙系數大于鋼芯鋁絞線。軟鋁型線外觀如圖5所示，鋼芯鋁絞線外觀如圖6所示。

圖5 軟鋁型線外觀

圖6 鋼芯鋁絞線外觀

由圖5、圖6可以看出，軟鋁型線比鋼芯鋁絞線表面更光滑。

3.2 淋雨對電暈影響

淋雨前后電暈起始電壓對比如表4所示。

表4 淋雨前后電暈起始電壓對比

由表4可以看出，淋雨后2種導線的電暈起始電壓都低于正常電暈起始電壓，這是由于雨水在導線表面形成細小水珠，使導線表面電場強度發生變化[10-11]，細小水珠的局部場強增加，且每個細小水珠均可能成為電暈點，可以理解為“雨水作用下導致導線表面粗糙系數降低”，從而導致電暈起始電壓降低。

淋雨后軟鋁型線電暈起始電壓降低率為33.84%，鋼芯鋁絞線降低率為11.96%，軟鋁型線電暈起始電壓比鋼芯鋁絞線低21.13%。淋雨后鋼芯鋁絞線電暈起始電壓降幅較小，主要因為鋼芯鋁絞線外層圓股鋁線間的縫隙較大，雨水會順著圓股鋁線弧度滑入鋁線的縫隙內或滴落，導線表面的粗糙度未明顯增加，電暈起始電壓也不會顯著降低；軟鋁型線外層軟鋁導線間的縫隙很小，表面形似光滑圓柱體，雨水以小水滴的形式分布在導線表面，致使導線表面粗糙度大幅增大，表面粗糙系數嚴重降低，電暈起始電壓明顯降低。

4 結論

a.淋雨前，軟鋁型線表面粗糙系數大于鋼芯鋁絞線，電暈起始電壓比鋼芯鋁絞線高4.97%。說明正常天氣軟鋁型線更能降低損耗率。

b.淋雨后，軟鋁型線電暈起始電壓降低率為33.84%，鋼芯鋁絞線電暈起始電壓降低率為11.96%，說明淋雨后，導線表面粗糙系數均降低，電暈起始電壓出現不同程度下降。

c.淋雨后，軟鋁型線電暈起始電壓比鋼芯鋁絞線低21.13%，降幅較大，說明軟鋁型線表面粗糙系數降低更多，電暈起始電壓明顯降低。