梅冰笑，葉自強(qiáng)，周?chē)?guó)良

（浙江省電力試驗(yàn)研究院，杭州 310014）

碳纖維復(fù)合芯鋁絞線（ACCC，以下簡(jiǎn)稱(chēng)復(fù)合芯鋁絞線）由輕型的復(fù)合芯外層纏繞高性能的梯形鋁線組成，是一種新型的導(dǎo)線。與常規(guī)鋼芯鋁線相比，在相同外徑下，由于復(fù)合芯鋁絞線外層采用梯形鋁絞線結(jié)構(gòu)，其截面比常規(guī)鋁線增大28%，單位重量與常規(guī)鋼芯鋁絞線相近，而載流量約為常規(guī)鋼芯鋁絞線的兩倍，具有低弧垂、高強(qiáng)度、輸送容量大的優(yōu)點(diǎn)。基于復(fù)合芯鋁絞線的上述特點(diǎn)，該導(dǎo)線已逐步在我國(guó)多個(gè)省份的不同電壓等級(jí)電網(wǎng)應(yīng)用。由于與普通導(dǎo)線有明顯差異，因此在運(yùn)行中也出現(xiàn)了一些新情況。本文通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試和實(shí)驗(yàn)室模擬試驗(yàn)，分析了河慈4P67、河溪4P68線投運(yùn)初期電暈異常增大的原因。

1 線路及電暈情況

220kV河慈4P67、河溪4P68線起自500kV河姆變電站，止于220kV慈溪變電站。其中河慈4P67線長(zhǎng)17.658 km，河溪4P68線長(zhǎng)18.424 km，全線使用LGJ-500/45導(dǎo)線，于1995年建成投產(chǎn)。為提高線路輸送容量，于2007年6月10日通過(guò)技術(shù)改造將這兩條線路的導(dǎo)線改為DRALE-500復(fù)合芯鋁絞線。

6月12-14日，線路所在地區(qū)持續(xù)陰雨，線路走廊附近居民向電力部門(mén)投訴線路存在異常聲響，影響居民日常生活。運(yùn)行人員至現(xiàn)場(chǎng)查看，發(fā)現(xiàn)距離線路10 m處能聽(tīng)到線路上傳來(lái)的嗡嗡聲。技術(shù)人員利用紫外電暈成像儀進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果表明新投運(yùn)的復(fù)合導(dǎo)線普遍存在強(qiáng)烈的電暈放電現(xiàn)象。

6月15日天氣轉(zhuǎn)晴，技術(shù)人員再次對(duì)線路電暈放電情況進(jìn)行測(cè)試，同時(shí)還測(cè)量了噪聲水平。測(cè)試分別在約20 m高的小山坡上3號(hào)桿塔下方和水庫(kù)邊山頂?shù)?4號(hào)桿塔下方進(jìn)行。

紫外電暈成像儀在兩個(gè)測(cè)試點(diǎn)上方的導(dǎo)線上檢測(cè)到點(diǎn)狀分布的電暈放電點(diǎn)，且電暈放電強(qiáng)度較相鄰的同電壓等級(jí)普通鋼芯鋁絞線小。測(cè)試點(diǎn)實(shí)測(cè)噪聲均為49 dB（A），滿足環(huán)評(píng)Ⅰ類(lèi)要求（噪聲限值為白天 55 dB（A））。

2 實(shí)驗(yàn)室模擬試驗(yàn)

為了查明復(fù)合芯鋁絞線雨天電暈噪聲大的原因，在實(shí)驗(yàn)室對(duì)復(fù)合芯鋁絞線進(jìn)行了干、濕兩種環(huán)境的電暈試驗(yàn)。

2.1 試驗(yàn)準(zhǔn)備

試驗(yàn)參照GB/T 2317.2-2000《電力金具電暈和無(wú)線電干擾試驗(yàn)》進(jìn)行。

實(shí)驗(yàn)室模擬試驗(yàn)采用與河慈4P67、河溪4P68線完全相同的DRALE-500復(fù)合芯鋁絞線作為試品。此外，還選取了相同截面的普通鋼芯鋁絞線做比對(duì)。試品的具體參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 試品參數(shù)

試驗(yàn)儀器為能清晰反映電暈放電點(diǎn)的位置和電暈放電強(qiáng)烈程度，并能實(shí)時(shí)記錄試驗(yàn)中電暈放電變化的全過(guò)程日光型紫外電暈放電成像儀。試驗(yàn)裝置的電源由1000 kVA/1000kV交流無(wú)暈試驗(yàn)變壓器提供。

2.2 試驗(yàn)項(xiàng)目及方法

模擬導(dǎo)線電暈放電試驗(yàn)的電氣原理接線如圖1所示。

在干、濕兩種條件下對(duì)試品進(jìn)行以下試驗(yàn)：

圖1 試驗(yàn)電氣原理接線

（1）導(dǎo)線電暈起始電壓測(cè)試。

（2）額定相電壓下的電暈放電及噪聲測(cè)試。

（3）額定線電壓下的電暈放電及噪聲測(cè)試。

為避免試驗(yàn)時(shí)高壓引線和試品端部的電暈放電影響測(cè)量結(jié)果，在試品兩端分別安裝了Φ450×150的鋁質(zhì)均壓環(huán)，采用擴(kuò)徑導(dǎo)線作為高壓引線。

試驗(yàn)采用均勻升壓法，逐步升高施加在試品上的電壓，加壓過(guò)程通過(guò)紫外電暈成像儀連續(xù)觀測(cè)試品狀況，直至觀測(cè)到試品上出現(xiàn)電暈放電，停止加壓并維持試驗(yàn)電壓5 min，記錄該電壓作為電暈起始電壓，同時(shí)記錄此時(shí)的噪聲水平。然后繼續(xù)加壓，分別在額定相電壓（126kV）和額定線電壓（220kV）時(shí)維持5 min，記錄噪聲水平和紫外電暈成像儀上的電暈放電光子數(shù)。整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中保持紫外成像儀參數(shù)設(shè)置一致，以保證檢測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

導(dǎo)線表面濕狀態(tài)試驗(yàn)時(shí)，先對(duì)試品模擬淋雨，當(dāng)試品表面有水珠滴落時(shí)停止淋雨，再按上述試驗(yàn)方法進(jìn)行電暈試驗(yàn)。

3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1 表面干燥狀態(tài)的電暈試驗(yàn)結(jié)果

對(duì)復(fù)合芯鋁絞線和普通鋼芯鋁絞線進(jìn)行導(dǎo)線表面干燥狀態(tài)的起暈電壓試驗(yàn)、線電壓和相電壓電暈放電量及噪聲水平測(cè)試，測(cè)試數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

表2 導(dǎo)線表面干燥時(shí)的電暈情況

從表2可知，兩種導(dǎo)線干燥時(shí)的起暈電壓均高于額定相電壓，但低于額定線電壓。復(fù)合芯鋁絞線的起暈電壓比鋼芯鋁絞線高4.9%，電壓升到額定線電壓時(shí)，兩種導(dǎo)線均存在點(diǎn)狀分布的強(qiáng)烈電暈。復(fù)合芯鋁絞線的電暈放電光子數(shù)達(dá)到688個(gè)/s，鋼芯鋁絞線的光子數(shù)375個(gè)/s。線電壓時(shí)，兩種導(dǎo)線（單根）電暈噪聲均超過(guò)57 dB（A）。

3.2 表面濕潤(rùn)狀態(tài)的電暈試驗(yàn)結(jié)果

表3為導(dǎo)線表面濕潤(rùn)時(shí)復(fù)合芯鋁絞線及鋼芯鋁絞線起暈電壓、額定相電壓和線電壓時(shí)電暈放電量和噪聲水平測(cè)試結(jié)果。

表3 導(dǎo)線表面濕潤(rùn)時(shí)的電暈情況

由表2、表3可知，當(dāng)導(dǎo)線濕潤(rùn)時(shí)，復(fù)合芯鋁絞線的起暈電壓為100kV，比干燥時(shí)低52kV，降幅達(dá)34.2%，比鋼芯鋁絞線濕潤(rùn)時(shí)的起暈電壓低26kV。由圖2-5可知，兩種導(dǎo)線在干燥狀態(tài)的額定線電壓時(shí)，導(dǎo)線表面的電暈均為點(diǎn)狀分布；相同電壓下，濕潤(rùn)狀態(tài)復(fù)合芯鋁絞線表面電暈連續(xù)分布，而鋼芯鋁絞線電暈仍為點(diǎn)狀分布。

3.3 試驗(yàn)結(jié)果分析

上述試驗(yàn)表明，兩種導(dǎo)線在濕潤(rùn)和干燥條件下的電暈特性存在差異。

3.3.1 導(dǎo)線結(jié)構(gòu)對(duì)表面電暈的影響

圖2 額定線電壓時(shí)干燥狀態(tài)的復(fù)合芯鋁絞線電暈

圖3 額定線電壓時(shí)干燥狀態(tài)的鋼芯鋁絞線電暈

圖4 額定線電壓時(shí)濕潤(rùn)狀態(tài)的復(fù)合芯鋁絞線電暈

圖5 額定線電壓時(shí)濕潤(rùn)狀態(tài)的鋼芯鋁絞線電暈

復(fù)合芯鋁絞線采用梯形鋁線絞制而成，梯形結(jié)構(gòu)使導(dǎo)線繞制更緊密，表面更平滑，類(lèi)似于光滑圓管，結(jié)構(gòu)如圖6所示。鋼芯鋁絞線是在鋼芯外采用圓形鋁線絞制而成，單根鋁線之間是線接觸，接觸面小，整根導(dǎo)線表面呈現(xiàn)連續(xù)的圓弧形突起，如圖7所示。導(dǎo)線結(jié)構(gòu)的不同是導(dǎo)致其電暈特性差異的重要原因之一。

圖6 復(fù)合芯鋁絞線截面

3.3.2 導(dǎo)線表面粗糙度對(duì)電暈的影響

電暈起始場(chǎng)強(qiáng)的計(jì)算可用皮克（F.W.Peek）公式計(jì)算：

圖7 鋼芯鋁絞線截面

式中：Ec為表面電位梯度；r0為導(dǎo)線半徑；δ為空氣的相對(duì)密度，標(biāo)準(zhǔn)大氣條件和溫度20℃時(shí)，δ=1；m1為導(dǎo)線表面粗糙系數(shù)，對(duì)于表面平滑的非絞制導(dǎo)線，m1=1，否則m1＜1；m2為氣象系數(shù)，根據(jù)不同氣象情況，m2約為0.8～1.0。

由式（1）可以看出，同樣截面的導(dǎo)線，表面越粗糙、m1值越小，導(dǎo)線起暈電壓越低。由圖6可知，復(fù)合芯鋁絞線比同截面的鋼芯鋁絞線表面光滑，計(jì)算電暈起始場(chǎng)強(qiáng)的導(dǎo)線表面粗糙系數(shù)m1取值大于鋼芯鋁絞線，因此在其它條件相同時(shí)，復(fù)合芯鋁絞線電暈起始場(chǎng)強(qiáng)大于鋼芯鋁絞線。

3.3.3 導(dǎo)線表面特性對(duì)導(dǎo)線電暈的影響

雨水在導(dǎo)線上的流動(dòng)狀況以及形成的水滴都會(huì)直接影響導(dǎo)線表面電場(chǎng)的變化。特別是水滴，會(huì)使導(dǎo)線表面電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)發(fā)生較大畸變，局部表面電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)增大，電暈點(diǎn)增多，電暈放電強(qiáng)度增加，影響電暈起始場(chǎng)強(qiáng)的m1值變小。由表2和表3可以看出，表面濕潤(rùn)時(shí)兩種導(dǎo)線的起暈電壓均低于表面干燥時(shí)的起暈電壓。

導(dǎo)線表面狀況直接影響雨水在導(dǎo)線上的流動(dòng)及形成水滴的大小。導(dǎo)線濕潤(rùn)的表面有兩種極端狀態(tài)，一種是可以使水沿導(dǎo)線均勻擴(kuò)散，稱(chēng)為親水狀態(tài)，另一種則類(lèi)似于表面涂蠟，雨水只形成小水珠，稱(chēng)為憎水狀態(tài)。圖8、圖9為復(fù)合芯鋁絞線和鋼芯鋁絞線充分濕潤(rùn)后的表面水分分布狀況。從圖中可以看出，復(fù)合芯鋁導(dǎo)線表面屬于憎水性，而鋼芯鋁絞線則屬于親水性。仔細(xì)觀測(cè)兩種導(dǎo)線表面，發(fā)現(xiàn)復(fù)合芯表面存在一層薄的油膜，由于油酯的憎水性，導(dǎo)致復(fù)合芯鋁絞線表現(xiàn)為憎水性。舊的鋼芯鋁絞線表面累積了厚厚的污穢，這種污穢具有吸水性，導(dǎo)致鋼芯鋁絞線表面的水分迅速被污穢吸收，導(dǎo)線表現(xiàn)為親水性。

圖8 復(fù)合芯鋁絞線表面濕潤(rùn)狀況

圖9 鋼芯鋁絞線表面濕潤(rùn)狀況

在施加電壓情況下，電場(chǎng)力有時(shí)能克服憎水性導(dǎo)線上水滴的表面張力，使尖端噴射出微小的帶電微滴，從而使m1值的下降幅度比親水性更大。因此，復(fù)合芯鋁絞線的這種憎水性導(dǎo)致其濕潤(rùn)時(shí)的起暈電壓僅為干燥時(shí)起暈電壓的65.8%，而濕潤(rùn)鋼芯鋁絞線起暈電壓為其干燥時(shí)起暈電壓的87%。

復(fù)合鋼芯鋁絞線上的油膜是制造廠生產(chǎn)過(guò)程中使用潤(rùn)滑劑后的殘留，制造鋼芯鋁絞線時(shí)同樣也會(huì)有油膜殘留。多年來(lái)的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，鋼芯鋁絞線投運(yùn)后并無(wú)雨天電暈噪聲擾人的報(bào)道。究其原因，圓形股線繞制的導(dǎo)線之間空隙較大，當(dāng)導(dǎo)線因油膜呈現(xiàn)憎水性時(shí)，濕潤(rùn)后的絕大部分水滴在重力作用下滑入股線空隙或滴落，未增加導(dǎo)線表面的粗糙度，起暈場(chǎng)強(qiáng)降低并不明顯。復(fù)合芯鋁絞線采用梯形鋁線繞成，表面類(lèi)似光滑的圓柱，當(dāng)導(dǎo)線呈現(xiàn)憎水性時(shí)，水在導(dǎo)線表面以水珠形式分布，嚴(yán)重影響導(dǎo)線表面光潔度，粗糙系數(shù)m1變小，起暈電壓下降。

復(fù)合芯鋁絞線和鋼芯鋁絞線一樣，隨著運(yùn)行時(shí)間的增加和導(dǎo)線表面污穢物積累，導(dǎo)線將逐漸由憎水性轉(zhuǎn)變?yōu)橛H水性。因此，河慈4P67、河溪4P68線隨運(yùn)行時(shí)間的增加，將逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橛H水性，雨天時(shí)的電暈噪聲也將顯著降低。

4 結(jié)論與建議

（1）干燥條件下，復(fù)合芯鋁絞線的起暈電壓比同截面鋼芯鋁絞線的起暈電壓高，且起暈電壓高于線路運(yùn)行的額定相電壓。濕潤(rùn)條件下，表面覆蓋油膜的復(fù)合芯鋁絞線起暈電壓比同截面舊鋼芯鋁絞線的起暈電壓低。

（2）表面濕潤(rùn)導(dǎo)線的起暈電壓比干燥時(shí)的起暈電壓低，復(fù)合導(dǎo)線濕潤(rùn)后的起暈電壓是其干燥時(shí)起暈電壓的65.8%，鋼芯鋁絞線濕潤(rùn)后的起暈電壓是其干燥時(shí)起暈電壓的87%。

（3）復(fù)合導(dǎo)線表面存在油膜時(shí)，導(dǎo)線將呈現(xiàn)憎水性。水滴在憎水性的導(dǎo)線表面易形成各種直徑的小水珠，增加了導(dǎo)線表面粗糙度，降低了導(dǎo)線的起暈電壓。

（4）建議制造商在生產(chǎn)復(fù)合芯鋁絞線這類(lèi)表面光滑的導(dǎo)線時(shí)，應(yīng)考慮潤(rùn)滑油對(duì)濕潤(rùn)環(huán)境中導(dǎo)線起暈電壓的影響。在保證導(dǎo)線運(yùn)輸、安裝要求的前提下應(yīng)采取措施減少導(dǎo)線表面的多余油膜。

（5）附有大量油膜的導(dǎo)線，隨著戶外暴露時(shí)間的增加和表面污穢物的積累，憎水性將逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橛H水性，濕潤(rùn)狀態(tài)的起暈電壓也會(huì)逐漸提高，噪聲將逐步降低。

[1]胡白雪.超高壓及特高壓輸電線路的電磁環(huán)境研究[D].浙江大學(xué)，2006∶65－68.