陳培青

（廣東省電力設(shè)計(jì)研究院有限公司，廣東 廣州510663）

0 引言

近年來(lái)，國(guó)家大力提倡節(jié)能減排。對(duì)電力工業(yè)而言，如何減少電能輸送環(huán)節(jié)中的輸電損耗，始終是我們高度關(guān)注的熱點(diǎn)。新型節(jié)能導(dǎo)線作為輸電線路最有效的節(jié)能降耗工具之一，近年來(lái)被逐步推廣應(yīng)用。其中，鋁合金芯鋁絞線具有直流電阻較小、可避免磁滯損耗和渦流損耗等特點(diǎn)，其應(yīng)用對(duì)輸電線路的節(jié)能降耗具有積極意義。

鋁合金芯鋁絞線采用53%IACS的高強(qiáng)度鋁鎂硅鋁合金替代普通鋼芯鋁絞線中基本無(wú)導(dǎo)電能力的9%IACS鋼芯和部分鋁線，導(dǎo)線外層鋁線可與普通鋼芯鋁絞線的鋁線相同。為進(jìn)一步減小導(dǎo)線電阻，提高節(jié)能效益，鋁合金芯鋁絞線的外層鋁線可根據(jù)需要采用61.5%～63%IACS導(dǎo)電率硬鋁。

在等總截面應(yīng)用條件下，鋁合金芯鋁絞線的直流電阻比鋼芯鋁絞線小。同時(shí)鋁合金芯鋁絞線是單一鋁基體材質(zhì)，可避免由于磁滯損耗和渦流損耗帶來(lái)的電能損失，亦沒(méi)有多金屬的電化學(xué)腐蝕，耐腐蝕性與鋼芯鋁鉸線相比有所提高。

1 技術(shù)性能比較

為便于分析，本文選取和鋁合金芯鋁絞線外徑相近的普通鋼芯鋁絞線作為比較對(duì)象，具體的鋁合金芯鋁絞線型號(hào)為JL1／LHA1－165／175，鋼芯鋁絞線型號(hào)為JL／G1A－300／40。

1.1 機(jī)械性能比較

（1）參數(shù)對(duì)比。由表1可見(jiàn)，鋁合金芯鋁絞線和鋼芯鋁絞線外徑和總截面相近，但鋁合金芯鋁絞線的有效導(dǎo)電面積約是鋼芯鋁絞線的1.13倍，載流量較大；20℃直流電阻是鋼芯鋁絞線的0.95倍，電阻損耗較小。但主要承力的鋁合金芯線抗拉強(qiáng)度不及鍍鋅鋼線，因此鋁合金芯鋁絞線的額定抗拉強(qiáng)度小于鋼芯鋁絞線。

表1 導(dǎo)線參數(shù)表

（2）荷載對(duì)比。因鋁合金芯鋁絞線單位質(zhì)量較小，其無(wú)冰垂直荷載和覆冰荷載均較小。因外徑相近，在相同風(fēng)速下，兩種導(dǎo)線的大風(fēng)水平荷載相近。而在代表檔距相同時(shí)，鋼芯鋁絞線的縱向拉力要大于鋁合金芯鋁絞線的縱向拉力。

（3）弧垂對(duì)比。與鋼芯鋁絞線相比，使用鋁合金芯鋁絞線需增加直線塔呼高約0.3～0.4m。需要指出，雖然鋁合金芯鋁絞線的拉重比略大于鋼芯鋁絞線，但主要承力的鋁合金芯線抗拉強(qiáng)度不及鍍鋅鋼線，因此在安全系數(shù)一致的情況下，鋁合金芯鋁絞線的運(yùn)行張力一般是小于鋼芯鋁絞線的，大約只有后者的88%，這就削弱了鋁合金芯鋁絞線拉重比較大的優(yōu)勢(shì)，導(dǎo)致其弧垂特性劣于鋼芯鋁絞線，且差距隨檔距的增加而增大。

（4）搖擺角對(duì)比。由表2可見(jiàn)，鋁合金芯鋁絞線的外徑與鋼芯鋁絞線相當(dāng)，但因垂直荷載較小，故導(dǎo)線搖擺角增大約5.97°，使用時(shí)需注意校核定位條件和檢查空氣間隙是否滿足要求。

表2 導(dǎo)線搖擺角 單位：°

（5）防振性能對(duì)比。輸電線路不可避免要發(fā)生微風(fēng)振動(dòng)，嚴(yán)重的振動(dòng)會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)線疲勞斷股或斷線，且隨著導(dǎo)線應(yīng)力的提高，振動(dòng)斷股發(fā)生的可能性也會(huì)增大。故在導(dǎo)線上必須采取防振措施來(lái)抑制微風(fēng)振動(dòng)強(qiáng)度，但防振措施應(yīng)結(jié)合導(dǎo)線的應(yīng)力進(jìn)行綜合考慮。國(guó)際大電網(wǎng)會(huì)議于1960年提出導(dǎo)線平均運(yùn)行應(yīng)力EDS的概念來(lái)表征導(dǎo)線在平均氣溫狀態(tài)下的綜合應(yīng)力。一般而言，選擇EDS時(shí)，應(yīng)按不同的導(dǎo)線材料的應(yīng)力分配，使鋁股或鋁合金股的應(yīng)力不大于它們各自的疲勞極限。由表3可知，鋁合金芯鋁絞線的年平均運(yùn)行張力占拉斷力的百分比不宜過(guò)大，否則會(huì)使最外層鋁股的應(yīng)力接近鋁線的疲勞 極 限 （JL1／LHA1－165／175 導(dǎo) 線 的 年 平 張 力 為 拉 斷 力 的25%時(shí)，最外層鋁股的應(yīng)力／疲勞極限比值已達(dá)92%），長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí)極有可能造成鋁線斷股，因此需根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的年平張力。經(jīng)計(jì)算，JL1／LHA1－165／175導(dǎo)線的年平張力為拉斷力的21%時(shí)，最外層鋁股的應(yīng)力／疲勞極限比值為77%，與常規(guī)鋼芯鋁絞線的水平接近，是較為合理的。

1.2 電氣性能比較

（1）載流量對(duì)比。計(jì)算得80℃時(shí)鋼芯鋁絞線的載流量約為729A，鋁合金芯鋁絞線的載流量為751A，比鋼芯鋁絞線高出約3%。

表3 導(dǎo)線外層鋁／鋁合金股的單股應(yīng)力及安全系數(shù)

（2）交流電阻對(duì)比。提高交流架空輸電線路輸送容量和降低電阻損耗都與導(dǎo)線交流電阻相關(guān)。隨著節(jié)能導(dǎo)線的推廣應(yīng)用，各類(lèi)導(dǎo)線交流電阻的差異成為值得關(guān)心的問(wèn)題。目前工程上求取交流電阻最常用JCS－0374算法，此外還有Morgan交直流電阻比法。兩種算法在計(jì)算集膚效應(yīng)時(shí)差異不大，但對(duì)于磁滯渦流損耗，由于JCS－0374算法在計(jì)算磁滯渦流損耗電阻增加值時(shí)僅考慮了電流密度的影響，計(jì)算結(jié)果相對(duì)偏大；而Morgan算法考慮了多種敏感因素，有堅(jiān)實(shí)的理論和實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)，其計(jì)算結(jié)果與經(jīng)典電磁場(chǎng)理論相符，因此推薦采用Morgan算法。由計(jì)算可知JL／G1A－300／40導(dǎo)線交流電阻為0.101 87Ω／km，JL1／LHA1－165／175導(dǎo)線的交流電阻為0.096 74Ω／km，是鋼芯鋁絞線的95%。

（3）電阻損耗。根據(jù)Morgan算法求取的交流電阻值，計(jì)算得到雙回線路單公里電阻損耗功率和年電阻損耗電能（表4）。

表4 各導(dǎo)線電阻損耗功率和年損耗電能

1.3 經(jīng)濟(jì)特性比較

通過(guò)對(duì)各導(dǎo)線方案的年費(fèi)用進(jìn)行計(jì)算（表5），可知鋁合金芯鋁絞線的年費(fèi)用低于鋼芯鋁絞線，且隨著負(fù)荷小時(shí)數(shù)及電價(jià)的增加，鋁合金芯鋁絞線的優(yōu)勢(shì)更加明顯。

表5 各導(dǎo)線方案年費(fèi)用 單位：萬(wàn)元／km

2 施工及配套金具分析

鋁合金芯鋁絞線表面硬度與普通鋼芯鋁絞線完全一致，施工過(guò)程中無(wú)需特殊保護(hù)措施，常規(guī)施工方法和器具都能直接應(yīng)用。鋁合金芯鋁絞線配用的懸垂線夾和防振金具與普通鋼芯鋁絞線一致；液壓型耐張金具和接續(xù)管的結(jié)構(gòu)與普通鋼芯鋁絞線不同，但目前均已有鑒定過(guò)的產(chǎn)品，價(jià)格和施工工藝都與普通金具相差不大。

3 應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)

目前國(guó)家電網(wǎng)公司已發(fā)布Q／GDW1815—2012《鋁合金芯高導(dǎo)電率鋁絞線》，用于指導(dǎo)該型導(dǎo)線的生產(chǎn)、設(shè)計(jì)和應(yīng)用。

4 生產(chǎn)和應(yīng)用情況

目前國(guó)內(nèi)主要的導(dǎo)線生產(chǎn)廠家都可以批量生產(chǎn)鋁合金芯鋁絞線，2014年度國(guó)內(nèi)已有近百項(xiàng)輸變電工程的導(dǎo)線采用鋁合金芯鋁絞線?？梢?jiàn)該類(lèi)型導(dǎo)線的生產(chǎn)、設(shè)計(jì)和應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)正在迅速積累，大規(guī)模應(yīng)用的條件正在成熟。

5 結(jié)語(yǔ)

與鋼芯鋁絞線相比，鋁合金芯鋁絞線的弧垂特性較差，風(fēng)偏搖擺角較大，導(dǎo)致桿塔使用條件受到一定的限制；但另一方面，鋁合金芯鋁絞線的防腐性能和電氣性能良好，線損較小，且生產(chǎn)工藝成熟，價(jià)格可進(jìn)一步降低。總體而言，鋁合金芯鋁絞線年費(fèi)用低，可替代同外徑的鋼芯鋁絞線用于標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)的桿塔，其應(yīng)用對(duì)輸電線路的節(jié)能降耗具有積極的意義。在對(duì)導(dǎo)線價(jià)格比較敏感、交流輸送功率大、利用小時(shí)數(shù)高的情況下，建議優(yōu)先選用鋁合金芯鋁絞線。