陳浪蛟 馬志方

輸電線路新型導(dǎo)線應(yīng)用及推廣

國網(wǎng)天府新區(qū)供電公司 ?陳浪蛟 ?馬志方

【摘要】在新型導(dǎo)線與普通導(dǎo)線特性對比基礎(chǔ)上，結(jié)合工程實例及運行經(jīng)驗，指明運用新型導(dǎo)線的優(yōu)點及缺點;并從輸電網(wǎng)新型導(dǎo)線運行角度出發(fā)提出新型導(dǎo)線推廣應(yīng)用意見和建議。

【關(guān)鍵詞】新型導(dǎo)線;特性對比;殷鋼導(dǎo)線;復(fù)合材料芯導(dǎo)線

一、前言

近年，很多城市在迎峰度夏期間輸電線路出現(xiàn)輸送容量受限，導(dǎo)致城區(qū)在高負(fù)荷期間不得不采取拉閘限電的措施避免線路過負(fù)荷跳閘;去年成都電網(wǎng)最大負(fù)荷達(dá)829萬kW，創(chuàng)歷史新高，其中成都電網(wǎng)多條220千伏及110千伏主干網(wǎng)架出現(xiàn)斷面超限，重要線路超載運行的局面;為緩解成都電網(wǎng)因線路截面小導(dǎo)致的輸電斷面熱穩(wěn)定性差，輸送容量不足帶來的成都電網(wǎng)“卡脖子”問題，同時有效利用現(xiàn)有通道資源節(jié)約成本，引進(jìn)一種輸送容量更大同時又能耐高溫的新型導(dǎo)線勢在必行。

二、超耐熱鋁合金導(dǎo)線與普通導(dǎo)線性能對比

從常規(guī)型與新型導(dǎo)線角度導(dǎo)線可分為：鋼芯鋁絞線、耐熱鋁合金導(dǎo)線、鋼芯軟鋁絞線、復(fù)合材料芯導(dǎo)線，由于成都電網(wǎng)于2011年7月引進(jìn)耐熱鋁合金導(dǎo)線（殷鋼導(dǎo)線），開始邁出探索新型導(dǎo)線應(yīng)用的步伐，耐熱鋁合金導(dǎo)線安全運行周期已超過3年，也為成都電網(wǎng)在新型導(dǎo)線推廣應(yīng)用上積累了一定的經(jīng)驗，本論文將以耐熱鋁合金導(dǎo)線為論述重點，并以復(fù)合材料芯導(dǎo)線（碳纖維芯導(dǎo)線及鋁基陶瓷纖維芯導(dǎo)線）為輔助，說明新型導(dǎo)線推廣應(yīng)用的重要意義。

1.鋼芯鋁絞線

我國輸電的架空輸電線路以LGJ系列鋼芯鋁絞線為主，在國際上，這類導(dǎo)線的應(yīng)用歷史已超過了100年;鋼芯鋁絞線中的硬鋁導(dǎo)體的長期使用溫度設(shè)計為70～90℃（我國目前設(shè)計為70℃），導(dǎo)電率在20℃下為61%IACS，輸電容量受到了限制并且線損較大。

2.耐熱鋁合金導(dǎo)線

鋼芯耐熱鋁合金絞線，它的導(dǎo)電部分用耐熱鋁合金線（TA1）代替了傳統(tǒng)鋼芯鋁絞線中的硬鋁線（HA1），把連續(xù)使用溫度提高至150℃，從而使線路的輸送容量大增，達(dá)到擴(kuò)容的目的。

鋼芯耐熱鋁合金絞線中的耐熱鋁合金線主要有導(dǎo)電率為58%IACS（58TA1）和60%IACS（60TA1）兩種，制成的絞線分別稱為58TACSR和60TACSR。

在耐熱鋁合金導(dǎo)線系列中還有導(dǎo)體部分用超耐熱鋁合金線（UTA1和ZTA1）的鋼芯超耐熱鋁合金絞線（UTACSR和ZTACSR）、用高強(qiáng)度耐熱鋁合金線（KTA1）的鋼芯高強(qiáng)度耐熱鋁合金絞線（KTACSR）等線種。幾種耐熱鋁合金材料與硬鋁線的主要性能列于表1。

表1 幾種耐熱鋁合金材料與硬鋁線的主要性能

線種 導(dǎo)體

型號 導(dǎo)電率

（%IACS） 抗拉強(qiáng)度

（MPa） 允許使用溫度（℃）

連續(xù) 短時 瞬時

耐熱鋁合金線 TAl ≥58 158?183 150 180 260

60TAl ≥60 158?183 150 180 260

超耐熱鋁合金線 UTAl ≥57 158?183 200 230 260

ZTAl ≥60 158?183 210 240 280

高強(qiáng)度耐熱鋁合金線 KTAl ≥55 218?262 150 180 260

硬鋁線 HAl ≥61 158?183 90 120 180

從表1對比結(jié)果可知：

①所有耐熱鋁合金線的允許使用溫度比硬鋁線要高得多，即使是最低的TAl，其允許的連續(xù)、短時和瞬時使用溫度分別要比硬鋁線高60℃～80℃;

②所有耐熱鋁合金線的抗拉強(qiáng)度與硬鋁線相當(dāng)，其中的高強(qiáng)度耐熱鋁合金線除了允許的連續(xù)、短時和瞬時使用溫度分別要高（60～80）℃外，抗拉強(qiáng)度還高了60MPa左右;

③但是，所有耐熱鋁合金線的導(dǎo)電率均低于硬鋁線，而且隨使用溫度的增加或抗拉強(qiáng)度的提高其導(dǎo)電率反而下降。

把耐熱鋁合金導(dǎo)線系列中的鋼芯改為鋁包鋼芯后，就分別成為鋁包鋼芯耐熱鋁合金絞線、鋁包鋼芯超耐熱鋁包鋼絞線和鋁包鋼芯高強(qiáng)度耐熱鋁合金絞線;因鋁包鋼具有一定的導(dǎo)電率，可在提供強(qiáng)度的同時可適當(dāng)彌補鋼芯耐熱鋁合金絞線產(chǎn)品導(dǎo)電率的不足;在應(yīng)用中提高了使用溫度后，因鋼和鋁的線膨脹系數(shù)較大，上述各種鋼芯耐熱鋁合金絞線都存在弛度增大的問題，限制了在某些場合的應(yīng)用。

殷鋼具有鋼的基本性能且線膨脹系數(shù)很小，用殷鋼芯制成的耐熱鋁合金絞線在高溫狀態(tài)工作時弛度增量很小，如殷鋼芯超耐熱鋁合金絞線和殷鋼芯特耐熱鋁合金絞線等是綜合性能接近理想的線種。

但是，因殷鋼組份中含有大量的（約36～40%）稀貴金屬鎳，故價格高昂導(dǎo)致性價比較差。而且，超耐熱鋁合金和特耐熱鋁合金的導(dǎo)電率低于普通硬鋁，在增容的同時卻無法彌補地?fù)p失了大量電能。

3.復(fù)合材料芯導(dǎo)線

利用二十一世紀(jì)最新技術(shù)的有機(jī)復(fù)合材料（碳纖維或鋁基陶瓷纖合導(dǎo)電維）替代導(dǎo)線的金屬材料（如鍍鋅鋼線、鋁包鋼線等）承力部分、即作為導(dǎo)線的芯線是一大進(jìn)步。這種新型復(fù)合材料芯具有重量輕、強(qiáng)度大、耐高溫、耐腐蝕、蠕變小、線膨脹系數(shù)小的一系列優(yōu)點。

有機(jī)復(fù)合材料芯（碳纖維或鋁基陶瓷纖合導(dǎo)電維）可以做成象傳統(tǒng)鋼芯一樣的多根絞合芯（一般為7根），若用這樣的碳纖維芯，在外層絞合導(dǎo)電率為61%IACS的硬鋁線，成為碳纖維芯鋁絞線（ACFR）;在外層絞合導(dǎo)電率為（58～60）%IACS的耐熱鋁合金線，成為碳纖維芯耐熱鋁合金絞線（TACFR）。

碳纖維也可以做成直徑稍大的單芯，在外層絞合導(dǎo)電率為63%的梯型軟鋁線，成為碳纖維芯軟鋁絞線（ACCC）。

碳纖維芯軟鋁絞線發(fā)揮了復(fù)合材料的優(yōu)點，具有重量輕、強(qiáng)度大、弧垂小、線損少的優(yōu)點，從理論上說是一種性能接近完善的理想線種，目前還處于試驗階段，主要是碳纖維棒材的壽命還需要在實際運行中得到進(jìn)一步驗證。美中不足的是目前ACCC的價格十分驚人地昂貴，在一般線路上應(yīng)用的性價比不理想。

各類導(dǎo)線的綜合性能比較列表，見表2。

表2 各類導(dǎo)線的綜合性能比較表

結(jié)構(gòu) 常用的

鋼芯鋁絞線 鋼芯耐熱

鋁合金絞線 殷鋼芯耐熱

鋁合金絞線 碳纖維芯

軟鋁絞線

導(dǎo)電性能 61%IACS （58?60）%IACS （58?60）%IACS 63%IACS

使用溫度 70?90℃ 150℃ 150℃ 150℃以上

弧垂特性 標(biāo)準(zhǔn)值 90℃超標(biāo)準(zhǔn)值 滿足標(biāo)準(zhǔn)值 小于標(biāo)準(zhǔn)值

能耗 標(biāo)準(zhǔn)值 增加 增加 減小

線損 標(biāo)準(zhǔn)值 增加 增加 減小

載流量 標(biāo)準(zhǔn)值 增（20?25）% 增100% 增100%

外徑 標(biāo)準(zhǔn)值 相同 相同 減小

單重 標(biāo)準(zhǔn) 相同 相同 輕15%?20%

拉斷力 標(biāo)準(zhǔn)值 相同 略小些 略大些

金具 標(biāo)準(zhǔn)金具 耐150℃金具 耐150℃金具 耐150℃金具

結(jié)構(gòu)復(fù)雜

三、成都輸電網(wǎng)新型導(dǎo)線典型應(yīng)用實例

220KV東郊變電站是成東片區(qū)的主供電源，為了充分發(fā)揮東郊變電站在迎峰度夏期間的作用，緩解成東電網(wǎng)運行的緊張局面;2011年6月，成都電業(yè)局決定充分利用停運的220千伏成昭東、西線（同塔雙回），并通過增容改造后的110千伏青郊線137#-147#，實現(xiàn)從220KV昭覺站供電到220KV東郊站的目的。

由于110kV青郊線137#-147#段塔型設(shè)計荷載有限，只能承載不超過LGJ-240/30的重量，且該工程要求工期短（從定方案到投運結(jié)束不超過一個月）屬于典型的搶建工程; 同時220千伏成昭東、西線雙回并單回后經(jīng)單回110千伏線路輸送到東郊變電站過程中，大容量、大電流與110千伏線路塔型、線徑之間的矛盾是實施該工程的主要難點。

本工程通過改造110kV青郊線137#-147#橫擔(dān)后將原來型號為LGJ-240/30的導(dǎo)線更換為STACIR/AW 200?鋁包殷鋼線，實現(xiàn)單回110千伏線路帶雙回220千伏負(fù)荷的目的，成功解決成都城區(qū)建設(shè)用地難、電力通道輸送瓶頸等現(xiàn)實問題的同時大大降低了工程建設(shè)成本;成為成都輸電網(wǎng)首次使用新型導(dǎo)線解決實際問題的典型案例，也為成都輸電網(wǎng)應(yīng)用科技成果探索新型導(dǎo)線推廣應(yīng)用之路邁出了堅實一步。

表3 成品導(dǎo)線的結(jié)構(gòu)和特性

Item 名稱 Unit單位 Specification 參數(shù)

Cable designation 導(dǎo)線名稱 - STACIR/AW 200?

Minimum rated tensile strength ?最小抗張強(qiáng)度 kN 86.12

Calculated cross section area ?計算斷面積

Super thermal-resistant aluminum-alloy wire ?超耐熱鋁合金線

Aluminum-clad invar wire ?鋁包殷鋼線

Complete conductor ?成品導(dǎo)線

?

?

?

199.21

55.60

254.81

Overall diameter *） ? 直徑

Aluminum-clad invar wire ? 鋁包殷鋼線

Complete conductor ?成品導(dǎo)線

mm

mm

9.54

20.70

Standard weight *） ?標(biāo)稱重量 kg/km 920

Coefficient of linear expansion *） ?線性膨脹系數(shù)

Up to transition point temperature ? 到轉(zhuǎn)移點溫度

From transition point temperature to 230℃ 從轉(zhuǎn)移點溫度到230℃

Above 230℃ ? 230℃以上

1/℃

1/℃

1/℃

15.1 x10-6

3.7 x10-6

10.8 x10-6

Maximum Operating temperature

最高運行溫度 Continuous ? ?長期 ℃ 210

for emergency ?短時 ℃ 240

Calculated current carrying capacity *）

計算持續(xù)載流量 Continuous ? ?長期 A 1，144

for emergency ?短時 A 1，239

表4 STACIR/AW 200?鋁包殷鋼芯超耐熱鋁合金線傳輸容量

導(dǎo)線溫升（℃） 導(dǎo)線溫度（℃） 載流量（A） 交流電阻（Ω/km）

80 120 793 0.1937

90 130 840 0.1992

100 140 885 0.2047

110 150 927 0.2103

120 160 966 0.2158

130 170 1，004 0.2213

140 180 1，041 0.2268

150 190 1，076 0.2324

160 200 1，110 0.2379

170 210 1，144 0.2434

后續(xù)案列：成都電網(wǎng)110千伏侯西、沙西以及110千伏侯紅線等重要線路均使用了鋁包殷鋼導(dǎo)線，大大提高了城區(qū)輸電網(wǎng)輸電能力;同時于2013年9月在220千伏金侯一、二線及220千伏圣石一、二線分別引入了碳纖維芯導(dǎo)線及呂基陶瓷纖維芯導(dǎo)線;新型導(dǎo)線越來越多的應(yīng)用在各大城市輸電網(wǎng)絡(luò)中，為它的推廣應(yīng)用積累施工運行經(jīng)驗。

型號為STACIR/AW 200?鋁包殷鋼線及普通導(dǎo)線特性對比。

該導(dǎo)線材質(zhì)是一種鎳鐵合金及均勻連續(xù)附著在其表面的鋁層構(gòu)成，具體特性如表3所示。

從表3看出殷鋼導(dǎo)線有以下優(yōu)點：（1）計算持續(xù)載流量大：型號為STACIR/AW 200?的殷鋼導(dǎo)線（計算質(zhì)量及截面與LGJ-240相當(dāng)）長期持續(xù)載流量達(dá)到1144 A;（2）運行溫度高：長期最高運行溫度達(dá)到210℃;（3）殷鋼具有鋼的基本性能且線膨脹系數(shù)很小，用殷鋼芯制成的耐熱鋁合金絞線在高溫狀態(tài)工作時弛度增量很小，當(dāng)運行溫度在230℃以下時弧垂受溫度變化影響小。

STACIR/AW 200?鋁包殷鋼芯超耐熱鋁合金線傳輸容量如表4所示。

裸導(dǎo)線的安全載流量（持續(xù)容許負(fù)荷，A）如表5所示。

從表5不難看出：當(dāng)殷鋼導(dǎo)線運行在210℃時載流量達(dá)到1144A，輸送容量接近雙回LGJ-400的輸送容量;而導(dǎo)線截面僅為254.81?，比LGJ-240/30的計算總截面275.96?還要小，計算質(zhì)量為920 kg/km比LGJ-240/30的計算質(zhì)量922.2kg/km還輕。

以上數(shù)據(jù)對比不難發(fā)現(xiàn)，在不改變輸電線路路徑，也幾乎不必改造增強(qiáng)鐵塔，只需要更換新型導(dǎo)線，線路就能輸送更多的電能，達(dá)到線路增容的目的。

四、新型導(dǎo)線實際運行中存在的幾點問題

一是由于新型導(dǎo)線與傳統(tǒng)導(dǎo)線相比，在結(jié)構(gòu)上及材料上均有不同，導(dǎo)致新型導(dǎo)線在特性參數(shù)發(fā)生了較大的變化，以殷鋼導(dǎo)線為列，該導(dǎo)線在不同溫度下有不同的線性膨脹系數(shù)，導(dǎo)致該類導(dǎo)線在應(yīng)力弧垂計算過程中不能使用軟件計算，增加了理論分析計算難度。

二是新型導(dǎo)線的各種金具均要求能耐高溫的特殊金具，且施工過程也有一系列特殊要求施工工藝較為復(fù)雜，不利于推廣應(yīng)用。

三是運行經(jīng)驗及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)缺乏且新型導(dǎo)線出現(xiàn)缺陷后沒有與之配套的防護(hù)金具進(jìn)行修補，不利于開展檢修工作。四是由于新型導(dǎo)線價格昂貴，運行單位一般不單獨準(zhǔn)備備品備件，遇到緊急情況后，各項搶修工作受廠家供貨周期因素影響大。

五、結(jié)束語

近年，城市發(fā)展日新月異，城區(qū)電力負(fù)荷供需矛盾日漸成為不可忽視的矛盾，因此為解決城市用地難，新建輸電通道阻擋多等現(xiàn)實問題，大力推廣應(yīng)用新型導(dǎo)線刻不容緩。但就以上分析情況看廣泛推廣新型導(dǎo)線還存在一定的困難，只有繼續(xù)研制成本低廉、性能優(yōu)良、施工簡便的新型增容導(dǎo)線才能大范圍推廣使用，充分發(fā)揮新型導(dǎo)線的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

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作者簡介：

陳浪蛟（1986—），男，四川成都人，大學(xué)本科，國網(wǎng)天府新區(qū)供電公司輸電運檢專責(zé)。

馬志方（1985—），女，四川成都人，大學(xué)本科，四川省電力公司檢修公司輸電檢修中心帶電作業(yè)專責(zé)。