陳 杰，唐占元，安之煥，盧志超，高 健

(國(guó)網(wǎng)青海省電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，青海 西寧 810000)

0 引言

架空輸電線路導(dǎo)線是輸電線路工程的重要組成部分，導(dǎo)線選擇是否正確，對(duì)線路運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和安全性起著十分重要的作用。近些年，國(guó)家電網(wǎng)公司“創(chuàng)建綠色電網(wǎng)”意識(shí)的不斷加強(qiáng)，積極推廣應(yīng)用新技術(shù)成為了公司科技創(chuàng)新工作的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。隨著電網(wǎng)建設(shè)規(guī)模的不斷加大，輸電線路長(zhǎng)度、輸送容量的逐年遞增，選擇適合的傳輸導(dǎo)線將會(huì)帶來(lái)客觀的經(jīng)濟(jì)效益。因此，電力工業(yè)的飛速發(fā)展對(duì)架空輸電線路導(dǎo)線提出了更高的要求，為了提高輸電線路的輸送容量，利用現(xiàn)有的線路走廊盡可能多的輸送電能，電網(wǎng)管理者積極研究質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、弛度低、耐腐蝕、線損低的新型導(dǎo)線，以取代傳統(tǒng)的鋼芯鋁絞線，JRXL/T節(jié)能導(dǎo)線由此應(yīng)運(yùn)而生〔1〕。

1 JL/G1A與JRLX/T節(jié)能導(dǎo)線對(duì)比

鋼芯鋁絞線由鋁線和鋼線絞合而成，適用于架空輸電線路。JL/G1A-240/40型鋼芯鋁絞線所示含義為：J-絞線；L-鋁；G1A-1A型鋼；外絞線(此處為鋁)的截面為240 mm2，內(nèi)芯線(此處為鋼)的截面為40 mm2。

新型碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線是一種全新結(jié)構(gòu)的節(jié)能型增容導(dǎo)線，導(dǎo)線的型號(hào)為JRLX/T(J-架空導(dǎo)線，RL-軟鋁，X-型線，T-碳纖維復(fù)合材料)，規(guī)格用軟鋁型線標(biāo)稱(chēng)截面和復(fù)合芯標(biāo)稱(chēng)截面表示。碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線以下簡(jiǎn)稱(chēng)JRLX/T。

JL/G1A與JRLX/T節(jié)能導(dǎo)線在導(dǎo)線結(jié)構(gòu)、材料性能等方面均有所不同：

(1)結(jié)構(gòu)對(duì)比

JRLX/T將JL/G1A中的鋼芯用碳纖維和玻璃纖維復(fù)合芯取代，既減輕了導(dǎo)線的重量，又增加了導(dǎo)線的強(qiáng)度；將JL/G1A外層圓形鋁絞線用緊壓雙層梯形鋁絞線取代，增大了鋁截面，從而增強(qiáng)了線路的輸送容量；外層鋁采用高溫退火鋁，與鋼芯鋁絞線相比，其導(dǎo)電率更高。

(2)材料性能對(duì)比

選取標(biāo)稱(chēng)截面為240 mm2的JL/G1A導(dǎo)線與JRLX/T節(jié)能導(dǎo)線，二者的主要材料性能對(duì)比見(jiàn)表1。

表1 JL/G1A-240/40與JRLX/T-240/28材料性能對(duì)比

由表1可見(jiàn)，在標(biāo)稱(chēng)截面相同時(shí)，JRLX/T較JL/G1A而言，有重量輕、彈性系數(shù)高、線膨脹系數(shù)小等優(yōu)勢(shì)。線膨脹系數(shù)小這一特點(diǎn)，可有效減小輸電線路導(dǎo)線弧垂，從而加強(qiáng)線路運(yùn)行的安全性和可靠性。

(3)載流量對(duì)比

選取240 mm2截面的JL/G1A與JRLX/T進(jìn)行載流量對(duì)比，如圖1所示。

圖1 JL/G1A與JRLX/T載流量對(duì)比

由圖1可見(jiàn)，JRLX/T比JL/G1A的運(yùn)行溫度高2倍，其載流量可達(dá)相同截面JL/G1A的2倍。

(4)應(yīng)力弧垂對(duì)比

選取標(biāo)稱(chēng)截面為240 mm2的JL/G1A與JRLX/T進(jìn)行應(yīng)力弧垂對(duì)比，見(jiàn)表2。

表2 JL/G1A-240/40與JRLX/T-240/28應(yīng)力弧垂對(duì)比

注：表2中數(shù)據(jù)適用氣象條件為設(shè)計(jì)最大風(fēng)速30 m/s，導(dǎo)線覆冰10 mm。

由表2可見(jiàn)，JRLX/T允許運(yùn)行溫度為JL/G1A的2～3倍，且其應(yīng)力與弧垂均小于后者，這充分體現(xiàn)了JRLX/T耐熱性好、弧垂小的優(yōu)勢(shì)。

(5)價(jià)格對(duì)比

標(biāo)稱(chēng)截面為240 mm2的J L/G1A與JRLX/T的價(jià)格對(duì)比見(jiàn)表3。

表3 JL/G1A-240/40與JRLX/T-240/28價(jià)格對(duì)比

由表3可見(jiàn)，在價(jià)格方面，JRLX/T節(jié)能導(dǎo)線是JL/G1A的3倍多。其成本高的原因在于科技含量。目前其主要材料和配套的金具均需進(jìn)口，加之國(guó)內(nèi)各地的JRLX/T節(jié)能導(dǎo)線的使用尚屬試驗(yàn)階段。但是，隨著各地應(yīng)用推廣力度的加大，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)合作的技術(shù)轉(zhuǎn)讓和原材料的國(guó)產(chǎn)化，其成本下降也是一種必然趨勢(shì)。

2 JRLX/T節(jié)能導(dǎo)線優(yōu)點(diǎn)

JRLX/T節(jié)能導(dǎo)線與傳統(tǒng)導(dǎo)線相比具有重量輕、強(qiáng)度大、耐高溫、弧垂小、線損低、耐腐蝕、與環(huán)境親和等優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了電力傳輸?shù)墓?jié)能、環(huán)保與安全〔2,3〕。

(1)重量輕。碳纖維復(fù)合芯的比重約為鋼芯的1/4。在相同外徑下，JRLX/T單位長(zhǎng)度重量約為JL/G1A的60 %～80 %。導(dǎo)線自重的減輕使鐵塔高度降低，基礎(chǔ)根開(kāi)縮小，縮短施工工期，節(jié)省線路綜合造價(jià)。

(2)強(qiáng)度高。JRLX/T的強(qiáng)度為普通JL/G1A的2倍，因此，可以加大桿、塔之間的跨度，減少20 %以上的桿、塔，從而降低建造成本。

(3)耐高溫，導(dǎo)電率高，載流量大。傳統(tǒng)的JL/G1A正常運(yùn)行溫度為70 ℃，極限使用溫度也僅100 ℃；而JRLX/T外層的鋁導(dǎo)體為耐高溫退火鋁，能在140 ℃下長(zhǎng)期有效運(yùn)行，最高工作溫度可達(dá)200 ℃。另外，JRLX/T中鋁的電導(dǎo)率可達(dá)到63 % IACS以上，在相同外徑條件下，JRLX/T的鋁材截面積為JL/G1A的1.29倍，因此可提高載流量約30 %。

(4)線膨脹系數(shù)小，弧垂小。碳纖維復(fù)合芯的線膨脹系數(shù)小，僅為鋼芯的1/8；在高溫條件下，JRLX/T的弧垂不到JL/G1A的1/10，能有效減少架空線路的絕緣空間走廊，提高線路運(yùn)行的安全性和可靠性。

(5)線損低。JRLX/T的交流電阻小，在相同傳輸容量下，線損減少29 %，能減少發(fā)電容量，節(jié)約能源成本。

(6)耐腐蝕。碳纖維復(fù)合材料具有優(yōu)良的絕緣性能，避免了導(dǎo)體在通電時(shí)鋁線與鍍鋅鋼線之間的電化腐蝕問(wèn)題，使用壽命長(zhǎng)，為普通導(dǎo)線的2倍多。

(7)電暈損耗低。JRLX/T表面緊湊、光滑，降低了導(dǎo)線表面的粗糙系數(shù)，減少了電暈電量損失，能減少電暈損耗約20 %。

(8)節(jié)約鋁材。按每年電力線路200萬(wàn)噸鋁用量計(jì)算，能節(jié)約鋁材近100萬(wàn)噸。

3 應(yīng)用效果

民和天健硅業(yè)有限公司，位于民和縣馬場(chǎng)垣鄉(xiāng)下川口工業(yè)園區(qū)東南側(cè)，擬建天健硅業(yè)110 kV變電站位于廠區(qū)中間。新建天健硅業(yè)客戶110 kV“T”接線路在原110 kV園華線32號(hào)進(jìn)行“T”接，原線路導(dǎo)線采用JL/G1A-240/40型鋼芯鋁絞線。根據(jù)天健硅業(yè)公司和樂(lè)華公司的最終負(fù)荷，并按經(jīng)濟(jì)電流密度計(jì)算，本工程導(dǎo)線型號(hào)最終確定使用JRLX/T-240/28型碳纖維復(fù)合芯節(jié)能導(dǎo)線。導(dǎo)線的安全系數(shù)、最大使用張力見(jiàn)表4。

表4 導(dǎo)線安全系數(shù)及最大使用張力

由表4可知，JRLX/T節(jié)能導(dǎo)線較相同截面的JL/G1A導(dǎo)線，在進(jìn)出線檔及正常檔，其最大使用張力均較小。110 kV線路進(jìn)出線檔導(dǎo)線最大設(shè)計(jì)張力不得大于5 000 N，JRLX/T節(jié)能導(dǎo)線最大使用張力小的特點(diǎn)使其運(yùn)行更安全；正常檔導(dǎo)線弧垂最低點(diǎn)處JRLX/T最大使用張力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于JL/G1A，充分體現(xiàn)了其安全性好的優(yōu)勢(shì)。

該線路使用的JRLX/T節(jié)能導(dǎo)線重量輕，強(qiáng)度高，安全性好，自投運(yùn)以來(lái)，未發(fā)生任何機(jī)械、電氣故障；換線段線路最大檔距為307 m，更換JRLX/T節(jié)能導(dǎo)線后，導(dǎo)線弧垂比同檔(原110 kV園華線24號(hào)～新32號(hào)～樂(lè)華110 kV進(jìn)線構(gòu)架)原JL/G1A導(dǎo)線小0.5 m～1.0 m，弧垂優(yōu)勢(shì)顯著；該JRLX/T節(jié)能導(dǎo)線在160 ℃時(shí)長(zhǎng)期輸送容量達(dá)到172 MW，其載流量和輸送容量提高近一倍，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能倍容傳輸。總體來(lái)看，JRLX/T節(jié)能導(dǎo)線在該線路上的運(yùn)行情況良好。

4 結(jié)語(yǔ)

JRLX/T節(jié)能導(dǎo)線的電氣性能和機(jī)械性能均優(yōu)于傳統(tǒng)JL/G1A導(dǎo)線，它的應(yīng)用，有助于構(gòu)造安全、環(huán)保、高效、節(jié)能型輸電網(wǎng)絡(luò)，可廣泛用于新線路建設(shè)、老線路增容改造、電站母線，并可用于大跨越、大落差、重冰區(qū)、高污染等特殊氣候和地理場(chǎng)合的線路。但是，目前JRLX/T節(jié)能導(dǎo)線在國(guó)內(nèi)的生產(chǎn)技術(shù)及工藝尚不成熟，其價(jià)格為傳統(tǒng)JL/G1A導(dǎo)線的3倍多，影響了JRLX/T節(jié)能導(dǎo)線的大規(guī)模應(yīng)用。然而，隨著電力行業(yè)的不斷發(fā)展，JRLX/T節(jié)能導(dǎo)線存在的問(wèn)題終將解決，其應(yīng)用也會(huì)更加廣泛。