上海中天鋁線有限公司 徐一峰 馮祝華 尤偉任 江蘇中天科技股份有限公司 陸 偉 繆姚軍

我國(guó)架空輸電線路傳輸除了經(jīng)過(guò)平原地區(qū)之外，還會(huì)經(jīng)過(guò)許多特殊地區(qū)，諸如大跨越、高山風(fēng)口、覆冰等。一般情況下，覆冰地區(qū)會(huì)采用抗拉強(qiáng)度較高的鋼芯高強(qiáng)度鋁合金絞線，提高電網(wǎng)的抗冰災(zāi)能力，保證線路的安全性[1]。近年來(lái)我國(guó)輸電線路提出了“節(jié)能降耗”的理念，設(shè)計(jì)部門(mén)在中冰區(qū)一般會(huì)選用鋼芯中強(qiáng)度鋁合金絞線，其與同結(jié)構(gòu)的鋼芯高強(qiáng)度鋁合金絞線相比，導(dǎo)線電阻小、線路損耗降低，已在我國(guó)部分地區(qū)得到應(yīng)用。如何在保障覆冰地區(qū)線路安全的前提下進(jìn)一步提升線路的節(jié)能效果，成為線路設(shè)計(jì)部門(mén)和導(dǎo)線制造企業(yè)不斷研究的話題[2-3]。

電工用鋁包鋼線具有導(dǎo)電率高、重量輕、耐腐蝕等特點(diǎn)，一般與硬鋁線組合形成鋁包鋼芯鋁絞線，與相同結(jié)構(gòu)的鋼芯鋁絞線相比導(dǎo)線重量輕、電阻小，具有一定的節(jié)能效果[4]。若將鋁包鋼線與鋁合金線組合形成鋁包鋼芯鋁合金絞線，導(dǎo)線重量降低、電阻減小，能夠解決冰區(qū)線路損耗的問(wèn)題。根據(jù)GB/T17937《電工用鋁包鋼線》規(guī)定，鋁包鋼線與鍍鋅鋼線相比伸長(zhǎng)率小，在與高伸長(zhǎng)率的鋁合金線組合時(shí)不能充分發(fā)揮鋁包鋼芯的全部性能。本文主要探討高強(qiáng)高伸鋁包鋼線的特性及與高強(qiáng)高伸鋁包鋼芯中強(qiáng)度鋁合金絞線在覆冰地區(qū)的應(yīng)用。

1 高強(qiáng)高伸鋁包鋼線的特性

高強(qiáng)高伸鋁包鋼線在普通鋁包鋼線的技術(shù)基礎(chǔ)上進(jìn)行了延伸，在保障鋁包鋼線導(dǎo)電率不變的情況下提升了抗拉強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率，其主要機(jī)電性能見(jiàn)表1。與國(guó)標(biāo)GB/T3428-2012《架空絞線用鍍鋅鋼線》和GB/T17937-2009《電工用鋁包鋼線》進(jìn)行對(duì)比，高強(qiáng)高伸鋁包鋼線抗拉強(qiáng)度比常規(guī)鋁包鋼線高，與鍍鋅鋼線G4A、G5A 一致，但是伸長(zhǎng)率提高到2.0%以上，其他方面導(dǎo)電率、重量及耐腐蝕特性則與常規(guī)鋁包鋼線一致。

表1 高強(qiáng)高伸鋁包鋼線機(jī)電性能參數(shù)表

2 在覆冰地區(qū)的應(yīng)用分析

將高強(qiáng)高伸鋁包鋼線與鋁合金組合形成高強(qiáng)高伸鋁包鋼芯鋁合金絞線，可充分利用鋁包鋼線的特性，保證導(dǎo)線的抗拉強(qiáng)度，特別是與金具配套的拉斷力。另外可以降低導(dǎo)線的重量，減小電阻，相比鋼芯鋁合金絞線線路損耗更低。以某條500kV 輸電線路為例，通過(guò)對(duì)導(dǎo)線的基本參數(shù)、覆冰能力和線路經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行對(duì)比，分析高強(qiáng)高伸鋁包鋼芯中強(qiáng)度鋁合金絞線在覆冰地區(qū)的特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)。

2.1 基本參數(shù)對(duì)比

根據(jù)線路要求，選擇鋼芯鋁合金絞線2× JLHA1/G1A-630/80、鋼芯中強(qiáng)度鋁合金絞線2×JLHA4/G3A-630/80和高強(qiáng)高伸鋁包鋼芯中強(qiáng)度鋁合金絞線2×JLHA4/QSLB20A-630/80三種導(dǎo)線，其基本參數(shù)對(duì)比見(jiàn)表2。從表2的對(duì)比結(jié)果可以看出：在同等結(jié)構(gòu)條件下，高強(qiáng)高伸鋁包鋼芯中強(qiáng)度鋁合金絞線相比鋼芯鋁合金絞線重量降低4%，電阻降低11.9%；相比鋼芯中強(qiáng)度鋁合金絞線重量降低4%，電阻降低4.4%，抗拉強(qiáng)度相當(dāng)、拉重比增加。

表2 對(duì)比導(dǎo)線基本參數(shù)

2.2 弧垂特性對(duì)比

線路的氣象條件為覆冰厚度15mm，覆冰風(fēng)速15m/s，設(shè)計(jì)安全系數(shù)為2.5。根據(jù)表1提供的導(dǎo)線性能數(shù)據(jù)，對(duì)三種導(dǎo)線的弧垂進(jìn)行對(duì)比，具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。從表3的對(duì)比結(jié)果可以看出：高強(qiáng)高伸鋁包鋼芯中強(qiáng)度鋁合金絞線弧垂與鋼芯高強(qiáng)度鋁合金絞線相當(dāng)，優(yōu)于鋼芯中強(qiáng)度鋁合金絞線。

表3 對(duì)比導(dǎo)線的弧垂

2.3 覆冰過(guò)載能力對(duì)比

輸電線路設(shè)計(jì)規(guī)范GB50545-2010《110kV～750kV 架空輸電線路設(shè)計(jì)規(guī)范》要求，導(dǎo)線在覆冰氣象條件時(shí)，弧垂最低點(diǎn)的最大張力應(yīng)不超過(guò)其導(dǎo)線拉斷力的70%。根據(jù)文獻(xiàn)[3]里提供的覆冰過(guò)載簡(jiǎn)化公式進(jìn)行計(jì)算對(duì)比，三種導(dǎo)線在檔距為300m、400m 和500m 的覆冰過(guò)載能力見(jiàn)表4。從表4的對(duì)比結(jié)果可以看出：高強(qiáng)高伸鋁包鋼芯中強(qiáng)度鋁合金絞線過(guò)載覆冰能力介于鋼芯高強(qiáng)度鋁合金絞線和鋼芯中強(qiáng)度鋁合金絞線之間。

表4 對(duì)比導(dǎo)線的過(guò)載能力

2.4 損耗費(fèi)用對(duì)比

根據(jù)經(jīng)濟(jì)電流密度，假設(shè)導(dǎo)線傳輸電流為567A，常年平均環(huán)境溫度為15℃，年負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)為5500h，損耗小時(shí)數(shù)為3200h，導(dǎo)線的損耗費(fèi)用見(jiàn)表5。從表5的對(duì)比可以看出：高強(qiáng)高伸鋁包鋼芯中強(qiáng)度鋁合金絞線每公里線路損耗比鋼芯高強(qiáng)度鋁合金絞線降低11.9%，比鋼芯中強(qiáng)度鋁合金絞線降低4.4%；按照上網(wǎng)電價(jià)0.5元/kwh 進(jìn)行計(jì)算，高強(qiáng)高伸鋁包鋼芯中強(qiáng)度鋁合金絞線每公里線路年損耗費(fèi)用比鋼芯高強(qiáng)度鋁合金絞線降低2.15萬(wàn)元，比鋼芯中強(qiáng)度鋁合金絞線降低0.73萬(wàn)元，經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)十分明顯。

表5 對(duì)比導(dǎo)線的年損耗費(fèi)用

根據(jù)上述對(duì)比結(jié)果，可以得出以下結(jié)論：高強(qiáng)高伸鋁包鋼線抗拉強(qiáng)度高，達(dá)到鍍鋅鋼線G4A、G5A 級(jí)別，伸長(zhǎng)率高、達(dá)到2.0%以上，導(dǎo)電率和防腐性能與常規(guī)鋁包鋼線一致；在等結(jié)構(gòu)的條件下，高強(qiáng)高伸鋁包鋼芯中強(qiáng)度鋁合金絞線與鋼芯中強(qiáng)度鋁合金絞線相比，重量降低4%、拉重比大、抗覆冰能力相當(dāng)。導(dǎo)線電阻降低11.9%，能夠減少線路損耗，節(jié)能效果明顯，覆冰過(guò)載能力相當(dāng)，能夠滿(mǎn)足中冰區(qū)的線路設(shè)計(jì)要求，因此在中冰區(qū)可以采用高強(qiáng)高伸鋁包鋼芯中強(qiáng)度鋁合金絞線；當(dāng)高強(qiáng)高伸鋁包鋼芯中強(qiáng)度鋁合金絞線的價(jià)格在合理的范圍內(nèi)時(shí)，高強(qiáng)高伸鋁包鋼芯中強(qiáng)度鋁合金絞線節(jié)能效果和經(jīng)濟(jì)型都將優(yōu)于鋼芯中強(qiáng)度鋁合金絞線。

隨著鋁包鋼技術(shù)的不斷發(fā)展，鋁包鋼線的伸長(zhǎng)率也將會(huì)不斷提升，甚至可以達(dá)到鍍鋅鋼線的標(biāo)準(zhǔn)，高強(qiáng)高伸鋁包鋼系列節(jié)能導(dǎo)線將成為輸電線路架空導(dǎo)線的新一代導(dǎo)線產(chǎn)品，滿(mǎn)足線路的不同需求，為設(shè)計(jì)部門(mén)提供更多的選擇。