應力轉移型導線在南方電網中的應用

顧炎¹   李軍²   施海峰¹  

 1. 江蘇通光強能輸電線科技有線公司  江蘇海門 226100  

 2. 湛江雷能電力設計院有限公司      廣東湛江 524033

 

摘要：對應力轉移型導線做一個簡單的叙述，本文介紹了該導線在廣東電網湛江供電公司35kV線路增容改造中的應用、廣東電網珠海供電局110kV線路增容改造中的應用以及南方電網超高壓局500kV天貴（安八）線增容改造工程中的應用。至線路投運以來，在抗台風、抗腐蝕、抗覆冰等惡劣條件下，都運行良好，達到了工程預期設計的效果。

關鍵詞：應力轉移；增容導線；抗覆冰；耐腐蝕、抗台風

1、前言

近年來，我國電力工業的迅速發展，随着國家電網公司開始大規模推廣“兩型三新（資源節約型、環境友好型、新技術、新材料、新工藝）”線路的建設，為滿足不斷增長的用電需求，各地區積極開展新的輸電線路建設工作以及老舊線路增容改造項目也日益增多，随之出現了多種新型節能增容導線，應力轉移 型導線就是其中一種。該線種至2008年投運生産以來，已在國内各個地區、各種運行條件下、各個電壓等級70餘條線路中得到了應用。

中國南方電網公司管轄的幾個省份地理位置都比較特殊，地理特點的多山、靠海、夏季多台風等特點，對導線運行及施工都比較苛刻。應力轉移型導線已在廣東、貴州多個工程中得到了應用，至今運行良好。

本文對應力轉移型導線在該地區的應用作初步總結。

2、應力轉移型導線的定義及主要特性

應力轉移型導線是我國自主研發，具有自主知識産權的一種節能型增容導線，更是一種資源節約型導線。所謂“應力轉移型導線”是由鋁線和鋼芯構成并經應力轉移處理的組合導線。它在制造時預先把應由鋁線承擔的應力，部分或全部轉移給鋼芯，在導線架設使用狀态下，鋼芯便承擔大部分或全部應力。其結果是降低了導線在運行時候的綜合熱膨脹系數，改善了導線機械力學性能與弧垂特性，文中所指的“應力轉移型導線”為“應力轉移型特強鋼芯軟鋁型線絞線”。

應力轉移型導線的應力轉移是在導線的制造過程中，采用特殊的專有設備完成應力轉移的，它保證導線的每一米的轉移量的均勻一緻，其轉移量的大小也是可控的。

應力轉移型導線的主要特性：

1）、輸電時節能：因鋁導體導電率（≥62.5%IACS）較高的緣故，比常用鋼芯鋁絞線（導電率61%IACS）提高1.5%IACS以上，因此在輸電時節能。

2）、用于老舊線路改造時： 在無需改造線路和杆塔的情況下，可輸送50％～100％容量，可節約線路改造時的材料和其它相關費用。

3）、新建線路時可節約土地：如需建設2條線路時，可簡化成1條線路，節約1條線路，節約投資；建設時便可蘊藏着輸送更大容量的可能。

4）、架設施工時，十分簡便；雖然導線在制造時其鋁部已經使全部或大部分的應力已經轉移至鋼芯，隻要在導線的端部給予簡單的夾持，鋼芯與鋁線間便不會移動，保持着力學分布狀态；其後的架設施工過程與鋼芯鋁絞線相近，配套金具也能成套提供。

5）、長壽命：導線采用SZ型結構，結構十分緊湊，具有良好的抗腐蝕及抗振性能，大大延長了導線的使用壽命，全周期壽命也更長。

6）、優良的性價比：導線材料仍采用性能最穩定、最可靠的鋼芯和鋁型線，其價格遠比其它增容導線便宜得多，其性價比也是最優。

3、應力轉移型導線在南方電網中的應用

3.1  35kV雷南線、北和線、硇洲線全線改造工程（廣東湛江）

該3條線路均投運于1981年，運行時間已達35年，拉線及拉線金具、砼杆鐵附件出現嚴重腐蝕，考慮到35kV雷南線、35kV北和線在雷州電網中的重要程度；35kV硇洲線在東海島電網中的重要性。随着這些地區建設的快速發展帶動電力負荷增加很多，滿足更換導線在原杆塔上進行，即要能提高線路的輸送容量，又要保證原杆塔能繼續使用。

經過論證，3條線路均采用應力轉移型特強鋼芯軟鋁型線絞線，在不更換杆塔的前提下，輸送容量為原線路鋼芯鋁絞線的170%以上。參數對比表見表1 。

該工程于2017年1月投入運行以來，至今運行良好，達到了設計時的增容要求，抗腐蝕、抗台風效果明顯。

 

表1  鋼芯鋁絞線與應力轉移型導線的主要性能對比表

線路名稱				35kV雷南線		35kV北和線		35kV硇洲線
型        号			單位	LGJ-70/40	AF(S)+S4A-70+15	LGJ-95/55	AF(S)+S4A-95+20	LGJ-150/25	AF(SO)+S4A-150+25
名        稱				鋼芯鋁絞線	應力轉移型特強鋼芯軟鋁型線絞線                                                                  （節能型增容導線）	鋼芯鋁絞線	應力轉移型特強鋼芯軟鋁型線絞線                                                                  （節能型增容導線）	鋼芯鋁絞線	應力轉移型特強鋼芯軟鋁型線絞線                                                                  （節能型增容導線）
标稱截面積				69.73/40.67	70+15	96.51/56.30	95+20	148.86/24.25	150+25
結構	鋼線	根數	根	7	7	7	7	7	7
		直徑	mm	2.72	1.65	3.2	1.91	2.1	2.13
		面積	mm2	40.67	15.00	56.3	20.00	24.25	25.00
	鋁	根數	根	12	—	12	—	26	—
		直徑	mm	2.72	—	3.2	—	2.7	—
		面積	mm2	69.73	70	96.51	95	148.86	150
直徑			mm	13.6	11	16.0	12.9	17.1	16.3
單位長度質量			kg/km	510.2	309	706.1	416.6	600.1	608.4
額定抗拉力			kN	58.22	31.50	77.85	42.20	53.67	55.50
彈性模量		拐點前	GPa	105.00	78.80	105.00	78.40	73.90	74.20
		拐點後		—	190.00	—	190.00	—	190.00
		室溫至150℃		—	190.00	—	190.00	—	190.00
導線熱脹系數		拐點前	*10-6/℃	15.3	16	15.3	15.5	18.9	15.5
		拐點後		—	11.5	—	11.5	—	11.5
		室溫至150℃		—	12	—	12.0	—	12.0
直流電阻20℃			Ω/km	0.4141	0.4013	0.2992	0.2963	0.194	0.1885
拉力單重比			km	11.6	10.4	11.3	10.3	9.1	9.3
導線面積			mm2	110.4	85.00	152.81	115.00	173.11	175.00
鋁鋼截面比				1.71	4.67	1.71	4.75	6.14	6.00
鋼比				58	21	58	21	16	17
最高工作溫度			℃	80	150	80	150	80	150
環境溫度			℃	40	40	40	40	40	40
導線載流量	計算條件			風速：0.5m/s;    環境溫度：40℃；日照強度：1000W/m2; 表面吸收系數：0.9；輻射系數：0.9；
	導線運行溫度（℃）	70	A	210(100%)	205(98%)	257(100%)	247(96%)	328(100%)	328(100%)
		80	A	255(121%)	247(118%)	313(122%)	299(116%)	402(123%)	400(122%)
		90	A	—	280(133%)		340(132%)		458(140%)
		100	A	—	309(147%)		375(150%)		507(155%)
		110	A	—	334(159%)		406(158%)		550(168%)
		120	A	—	356(170%)		434(169%)		588(179%)
		130	A	—	376(179%)		459(179%)		623(190%)
		140	A	—	394(188%)		482(188%)		655(200%)
		150	A	—	411(196%)		503(196%)		684(209%)

注：載流量數字（）裡數值是以鋼芯鋁絞線70℃時的比值。

從表1可以看出：

——應力轉移型導線與相同鋁截面的鋼芯鋁絞線相比，直徑更小，可以使導線減少覆冰和風載，較小的直徑和平滑的外表面能減少空氣動力系數，降低微風振動和舞動的危害，抗風效果明顯。

——應力轉移型導線在拐點後的彈性模量大于鋼芯鋁絞線，而線膨脹系數小于鋼芯鋁絞線。

——在70℃時，應力轉移型導線的載流量與鋼芯鋁絞線的載流量相當。

——在100℃時，應力轉移型導線的載流量接近或大于鋼芯鋁絞線的150%。

——在120℃時，應力轉移型導線的載流量接近或大于鋼芯鋁絞線的170%。

——應力轉移型導線的拐點提前至60℃、50℃、40℃、甚至更低，故在高溫下的導線弧垂仍滿足線路安全運行要求。

3.2  110kV大北甲乙線改造工程（廣東珠海）

    本工程為老線路改造工程，原線路采用鋼芯鋁絞線LGJ-185/30 雙分裂、雙回路形式。由于該地區是台風重災區，曾經出現過倒塔現象，對電網的運行承受巨大的損失。

    經論證，采用應力轉移型導線AF(S)+S4A-95+20 雙分裂、雙回路形式。即能達到了原線路2×LGJ-185/30輸送容量的要求，也能減小對杆塔的影響。兩者導線參數性能見表2.

表2 鋼芯鋁絞線與應力轉移型導線的主要性能對比表

型        号			單位	LGJ-185/30	AF(S)+S4A-95+20
名        稱				鋼芯鋁絞線	應力轉移型特強鋼芯軟鋁型線絞線 （節能型增容導線）
标稱截面積				181.34/29.59	95+20
結構	鋼線	根數	根	7	7
		直徑	mm	2.32	1.91
		面積	mm2	29.59	20.00
	鋁	根數	根	26	—
		直徑	mm	2.96	—
		面積	mm2	181.34	95.00
直徑			mm	18.88	12.9
單位長度質量			kg/km	732.6	416.6
額定抗拉力			kN	64.32	42.20
彈性模量		拐點前	GPa	76	78.40
		拐點後		—	190.00
		室溫至150℃		—	190.00
導線熱脹系數		拐點前	*10-6/℃	18.9	15.5
		拐點後		—	11.5
		室溫至150℃		—	12.0
直流電阻20℃			Ω/km	0.1592	0.2963
拉力單重比			km	9.0	10.3
導線面積			mm2	210.93	115.00
鋁鋼截面比				6.13	4.75
鋼比				16	21
最高工作溫度			℃	80	150
環境溫度			℃	40	40
導線載流量	計算條件			風速：0.5m/s;    環境溫度：40℃；日照強度：1000W/m2; 表面吸收系數：0.9；輻射系數：0.9；
	導線運行溫度（℃）	70	A	370（100%）	247（67%）
		80	A	457（124%）	299（81%）
		90	A	—	340（92%）
		100	A	—	375（101%）
		110	A	—	406（110%）
		120	A	—	434（117%）
		130	A	—	459（124%）
		140	A	—	482（130%）
		150	A	—	503（136%）

注：載流量數字（）裡數值是以鋼芯鋁絞線70℃時的比值。

從表2可以看出：

——應力轉移型導線的外徑比鋼芯鋁絞線的外徑減小約32%，相對于風載也相應減小約32%。減小了水平風荷載，降低導線的舞動的發生，從而減小了風對杆塔的影響。

——應力轉移型導線重量比鋼芯鋁絞線重量輕約43%，相應減小了導線對杆塔的垂直荷重。也能減小導線對杆塔的影響。

——導線運行溫度在100℃時，應力轉移型導線的載流量等同于鋼芯鋁絞線的載流量。

——導線運行溫度在130℃時，應力轉移型導線的載流量大于鋼芯鋁絞線載流量的120%。

該工程運行半年，經曆過台風的考驗，對杆塔的影響不大，達到了設計的效果。

3.3  500kV天貴（安八）線路增容改造工程  （貴州）

 該工程為改造工程，原線路采用4×LGJ-300/40，導線70℃時，載流量為4×500A，設計要求輸送容量為4×1000A，即增容100%。

 該工程使用環境條件：最高環境溫度40℃；最低環境溫度-10℃；年平均氣溫10℃；最大溫度差為20℃；海拔高度＜2000m；覆冰厚度10~20mm；最大降水量為2400mm（年）。

經論證，采用應力轉移型導線AF(SZ)+S4A-300+40替代原線路LGJ-300/40,在不更換杆塔的前提下，隻更換原有導線和配套金具。輸送容量可以達到原鋼芯鋁絞線LGJ-300/40的200%以上（即倍容要求）。兩者導線性能參數對比見表3

表3   LGJ-300/40與AF（SZ）+S4A-300+40主要性能參數對比表

型        号			單位	LGJ-300/40	AF(SZ)+S4A-300+40
名        稱				鋼芯鋁絞線	應力轉移型特強鋼芯軟鋁型線絞線                                                                  （節能型增容導線）
标稱截面積				300.09/38.90	300+40
結構	鋼線	根數	根	7	7
		直徑	mm	2.66	2.70
		面積	mm2	38.9	40.00
	鋁	根數	根	24	—
		直徑	mm	3.99	—
		面積	mm2	300.09	300
直徑			mm	23.9	22.0
單位長度質量			kg/km	1131.0	1138.7
額定抗拉力			kN	92.36	94.30
彈性模量		拐點前	GPa	73.00	70.80
		拐點後		—	190.00
		室溫至150℃		—	190.00
導線熱脹系數		拐點前	*10-6/℃	19.6	15.5
		拐點後		—	11.5
		室溫至150℃		—	12.3
直流電阻20℃			Ω/km	0.0961	0.0942
拉力單重比			km	8.3	8.5
導線面積			mm2	338.99	340.00
鋁鋼截面比				7.71	7.50
鋼比				13	13
最高工作溫度			℃	80	150
環境溫度			℃	40	40
導線載流量	計算條件			風速：0.5m/s;    環境溫度：40℃；日照強度：1000W/m2; 表面吸收系數：0.9；輻射系數：0.9；
	導線運行溫度（℃）	70	A	503（100%）	498（99%）
		80	A	628（125%）	614（122%）
		90	A	—	707（141%）
		100	A	—	786（156%）
		110	A	—	855（170%）
		120	A	—	916（182%）
		130	A	—	973（193%）
		140	A	—	1024（204%）
		150	A	—	1072（213%）

注：載流量數字（）裡數值是以鋼芯鋁絞線70℃時的比值。

從表3可以看出：

——應力轉移型導線外徑比同規格的鋼芯鋁絞線外徑小，其風載系數也相應減小，同時型線導線具有良好的耐腐蝕性能、良好的自阻尼性能、低覆冰雪的能力等優點。

——應力轉移型導線的機械性能與鋼芯鋁絞線相似，故不需要更換杆塔直接對其進行換線即可。

——導線運行至120℃時，應力轉移型導線的載流量大于鋼芯鋁絞線的180%；

——導線運行至140℃時，應力轉移型導線的載流量大于鋼芯鋁絞線的200%。

——應力轉移型導線拐點至40℃、30℃至室溫，在輸送容量達到倍容的時候，弧垂仍小于LGJ-300/40在70℃時的弧垂值。

該線路至2012年7月成功投運以來，已經渡過了多個夏季用電負荷高峰期，并且安全的渡過了冬季的覆冰期。至今線路運行安全。

并于2013年6月由南方電網公司在變電站内大電流裝置對該工程使用的應力轉移型導線進行了4000A大電流現場試驗，該數值是原設計線路的最大載流量的2倍。在線監測結果表明：應力轉移型導線的弧垂、溫度等所有參數均滿足安全運行和倍容設計的要求。

4、應力轉移型導線配套金具與施工注意點

4.1、配套金具

與應力轉移型導線配套金具主要有耐張線夾、懸垂線夾、預絞絲式防震錘、中間接續管等。以下是配套金具的示意圖。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

因為應力轉移型導線允許使用溫度為150℃，因此用于應力轉移型導線配套的金具必須具有耐熱150℃以上，并且在此高溫下金具的力學性能不降低。

耐張線夾與中間接續管采用液壓型結構，除具有耐高溫性能外，其尺寸與普通液壓型金具相比要加長、加厚。保證與導線之間有足夠的拉力，并降低與導線接續處的電阻與溫度。

應力轉移型導線導體采用的是軟鋁易擦傷，因此懸垂線夾宜采用預絞絲式對其導體進行保護，并含有耐熱橡膠襯墊（需耐熱150℃及以上）。

應力轉移型導線導體采用型線結構，光滑的表面具有良好的自阻尼性。防震錘仍可以參考常規導線即可，因導線的導體是軟鋁狀态，因此在與導線接觸處，應采用預絞絲對其進行保護。

4.2 施工注意點

 應力轉移型導線必須采用張力放線施工法。

應力轉移型導線是特高強度鋼芯軟鋁型線絞線，鋼芯存在應力，外層使用的是軟鋁且強度低，與普通鋼芯鋁絞線相比，施工時應需更加仔細。

A）導線的鋼芯存在應力，在生産時對導線的端部應進行有效的壓緊、固定，防止應力減少或消失。

B）因導線采用的是軟鋁結構，且鋁線強度低，因此在施工中采用尼龍滑輪，其輪直徑應大于φ600mm；放線張力應小于導線10%RTS，放線包絡角不應過大（＜30°為宜），通過的滑輪次數不應超過16次。

C）導線在牽引放線時，為了防止導線發生扭轉，應在牽引繩與導線間應加上合适的退扭器，防止導線牽引放線時發生不規則的扭轉。

5、結束語

應力轉移型導線使用時既節能又可增容50%~100%，線路仍會十分安全的運行。

應力轉移型導線應用在上述3個電壓等級中應用，自投運以來，該導線在這些工程中運行良好，各項指标達到了工程設計時的預期要求。

應力轉移型導線的施工基本上與常用的鋼芯鋁絞線相同，也不必增加任何維護費用，方便可靠，運行安全。

應力轉移型導線其特有的優點，是當今老舊線路改造時一種優良線種。

 

 參考文獻：

      ［1］GB/T 20141-2006 .型線同心絞架空導線［S］.2006

［2］施海峰、江建華、陸國欽.應力轉移型導線在福建電網中的應用 [J]  電世界（2014-1）：32-34

      ［3］黃豪士.輸電線路節能型增擴容導線的特性［J］.電力建設，2010，31（2）：29-34

      ［4］通光強能應力轉移型導線順利通過倍容量現場試驗 ［J］. 電氣技術 （2013-5）：26

      ［5］張忠等.在500kV輸電線路上應用的應力轉移型特強鋼芯軟型鋁線導線 ［J］.第三屆（2012）全國架空輸電線路技術交流研讨會論文集：1660-1666

      ［6］黃豪士.應力轉移型特高強度鋼芯軟型鋁導線的特性和應用［A］.2010新型架空輸電線技術與應用研讨會論文集

 

作者簡介：

 顧 炎（1984年-），男，江蘇海門人，本科，助理工程師，從事架空導線的結構設計、工藝、制造等方面工作。

 李 軍 （1979年-），男, 陝西禮泉人，本科，工程師，主要從事高壓輸電線路設計工作。

 施海峰(1981年-)男，江蘇海門人，本科，工程師，從事架空導線及應力轉移型導線産品的結構設計、工藝、 制造等方面工作。