屈成忠　張瀟北

摘要：在高壓輸電線路當(dāng)中，為了降低傳輸損耗，最常使用的是鋼芯鋁絞線是。鋼芯鋁絞線是由鋁線和鋼線這兩種線形材料絞合制作而成，但是在實(shí)際使用過程中在高頻率震動(dòng)和高負(fù)荷情況下容易出現(xiàn)諸如斷線等損壞情況的出現(xiàn)，這些特殊情況也是造成傳輸導(dǎo)線壽命較短的主要原因。

關(guān)鍵詞：鋼芯鋁絞線 斷股缺陷 導(dǎo)線發(fā)熱

一、引言

鋼芯鋁絞線是通過將鋁線和鋼線兩種線形材料進(jìn)行絞合而制成的導(dǎo)線。在實(shí)際使用時(shí)經(jīng)常承受多重荷載，比如彎曲磨損作用、張拉荷載、振動(dòng)疲勞效應(yīng)等。在實(shí)際使用過程中幾乎很難發(fā)現(xiàn)導(dǎo)線各層間內(nèi)部線股之間相互的磨損情況，若不能及時(shí)的對(duì)電線內(nèi)部的磨損進(jìn)行排查，經(jīng)過長時(shí)間的積累最終可能會(huì)導(dǎo)致電線內(nèi)部斷股的發(fā)生，最后導(dǎo)致斷線。通過對(duì)之前專家學(xué)者的研究結(jié)果進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，目前學(xué)界和業(yè)界對(duì)導(dǎo)線斷股后產(chǎn)生的熱場(chǎng)、電場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)的影響沒有展開研究，因此本文選取該選題有利于更加清楚地了解導(dǎo)線斷股斷線的產(chǎn)生機(jī)理，可以預(yù)知可能存在的隱患，更加有針對(duì)性的制定合理的方案。

二、鋼芯鋁絞線斷股分析

1.鋼芯鋁絞線產(chǎn)生受迫振動(dòng)。層流風(fēng)在遇見鋼芯鋁絞線時(shí)會(huì)選擇繞行，導(dǎo)致了鋼芯鋁絞線受到風(fēng)力的壓迫并產(chǎn)生振動(dòng)，層流風(fēng)在鋼芯鋁絞線的背面發(fā)生分離產(chǎn)生了兩個(gè)對(duì)稱反向的漩渦。當(dāng)雷諾數(shù)達(dá)到100～200時(shí)，兩個(gè)旋渦之間會(huì)產(chǎn)生上下交替、周期性脫落和交錯(cuò)排列的現(xiàn)象，這也是產(chǎn)生周期性的策動(dòng)力的原因，在被壓迫的情況下，鋼芯鋁絞線產(chǎn)生一定頻率的震動(dòng)。鋼芯鋁絞線自身在設(shè)計(jì)成型之后就具有固定的頻率，在策動(dòng)力的作用下系統(tǒng)頻率會(huì)一直變化，當(dāng)變化的頻率接近或者和鋼芯鋁絞線固有的頻率相等時(shí)，這是會(huì)產(chǎn)生微風(fēng)振動(dòng)，即鋼芯鋁絞線會(huì)產(chǎn)生一定程度的共振。

2.鋼芯鋁絞線在振動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的能量關(guān)系。在忽略阻尼的情況下，策動(dòng)力的頻率即鋼芯鋁絞線的頻率振動(dòng)是等幅的，策動(dòng)力的頻率變化和線路的固有頻率之間沒有特定的聯(lián)系。但是在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，鋼芯鋁絞線產(chǎn)生受迫振動(dòng)時(shí)臨近線路也會(huì)發(fā)生振動(dòng)，這樣就會(huì)導(dǎo)致整個(gè)鋼芯鋁絞線的線路產(chǎn)生波動(dòng)，最終導(dǎo)致振動(dòng)能量向四周輻射。

三、鋼芯鋁絞線斷股發(fā)熱特性實(shí)驗(yàn)

（一）實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

為了對(duì)相異型號(hào)的架空導(dǎo)線斷股發(fā)熱特征進(jìn)行研究，設(shè)計(jì)了像圖2所示的導(dǎo)線溫度測(cè)量實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。

從文獻(xiàn)[4]中鋼芯鋁絞線型導(dǎo)線不同鋁導(dǎo)體層數(shù)交流電阻的特征出發(fā)[4]，研究對(duì)象選取最外層導(dǎo)體分別由19，15，6根金屬鋁絞合而成的LGJ500/35mm²型導(dǎo)線（導(dǎo)線1），LGJ240/30 mm²型導(dǎo)線（導(dǎo)線2），LGJ70/10mmz型導(dǎo)線（導(dǎo)線3），其他詳細(xì)的規(guī)格尺寸見表1。

從DL/T1069 2016《架空輸電線路導(dǎo)地線修補(bǔ)導(dǎo)則》中導(dǎo)地線損傷程度的分類出發(fā)，計(jì)算3種型號(hào)導(dǎo)線的斷股程度遵循丁類和11類的損傷截面積；在正常運(yùn)行溫度和最高允許運(yùn)行溫度（70℃或80℃）附近施加電流梯度。

（二）實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

三種型號(hào)導(dǎo)線的斷股發(fā)熱特性實(shí)驗(yàn)結(jié)果詳情見表2。

1.不同斷股數(shù)各自的發(fā)熱特性。由表格2到表格4可以得出結(jié)論：在負(fù)載電流相同的時(shí)候，導(dǎo)線的溫度會(huì)隨著段股數(shù)的增加而增加，并且非常明顯。但是產(chǎn)生這種現(xiàn)象的一個(gè)重要原因是由于在實(shí)驗(yàn)中斷股的位置都是鋼芯鋁絞線最外層的鋁導(dǎo)體，導(dǎo)線的有效導(dǎo)電橫截面積會(huì)隨著斷股數(shù)的增加而減小。在在負(fù)載電流不變的情況下，又會(huì)增加電流密度，這與增大導(dǎo)線電阻值的效果一致，就造成越來越明顯的斷股處發(fā)熱。

2.不同負(fù)載電流時(shí)斷股位置發(fā)熱特性。由表格2到表格4可以得出結(jié)論：如果斷股數(shù)相同，導(dǎo)線負(fù)載流量增加則會(huì)引起斷股處與完整斷的溫差的增大。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因是由于在斷股時(shí)電流被迫從剩余導(dǎo)線截面流通，使得電線中的電流密度在短時(shí)間內(nèi)上升，在斷股處產(chǎn)生了劇烈且明顯的發(fā)熱情況。兩個(gè)測(cè)溫點(diǎn)的溫差隨著導(dǎo)線電流的增大而越發(fā)明顯。

3.不同截面導(dǎo)線斷股時(shí)的發(fā)熱特性。由表格2到表格4得出結(jié)論：在斷股數(shù)相同和負(fù)載電流變化的情況下，導(dǎo)線截面積的減小會(huì)加劇導(dǎo)線斷股處溫升的上升。

四、結(jié)論

通過以上的計(jì)算和使用有限元分析軟件對(duì)不同的截面積導(dǎo)線在斷股后歐姆損耗分布的分析，以及所設(shè)計(jì)的溫度實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可以得出如下三個(gè)結(jié)論：

1.導(dǎo)線斷股后的歐姆損耗分布更加不均勻，斷股處及其附近是歐姆損耗的主要分布區(qū)域，且離斷股處越近時(shí)歐姆損耗越大，歐姆損耗出現(xiàn)的最大位置是導(dǎo)線的最外層與斷股處相鄰的鋁導(dǎo)體。

2.斷股數(shù)的增加會(huì)引起負(fù)載電流的增大，同時(shí)導(dǎo)線斷股位置的發(fā)熱特性也來越明顯。

3.導(dǎo)線層數(shù)越少時(shí)，斷股位置的溫度升高地越劇烈。

上文中提到220kV輸電線斷股現(xiàn)象的產(chǎn)生會(huì)帶來一系列不穩(wěn)定后果，那該如何去規(guī)避和解決這一現(xiàn)象，這里提出一些小小建議：首先，在建設(shè)鋼芯鋁絞線的時(shí)候，要更細(xì)致地勘探好周圍的環(huán)境，并且設(shè)計(jì)出最合理的實(shí)施方案，要盡可能繞開微風(fēng)振動(dòng)發(fā)生可能性較高的區(qū)域，也要盡量減小鋼芯鋁絞線線路與風(fēng)向之間的夾角。其次，應(yīng)該適當(dāng)?shù)亟档弯撔句X絞線的最大使用應(yīng)力和運(yùn)行應(yīng)力。最后，在選擇鋼芯鋁絞線的時(shí)候，要側(cè)重于選擇阻尼性能較好的。