中強度鋁合金芯鋁絞線在工程上的應用
中強度鋁合金芯鋁絞線在工程上的應用
施海峰
（江蘇通光強能輸電線科技有限公司 江蘇海門 226100）
摘要:國家電網公司在2008年提出“兩型三新”輸電線路建設，近幾年更是加大了節能型導線的推廣使用，本文根據現有的節能導線的種類，選用了一種中強度鋁合金芯鋁絞線在安徽某工程上的應用，并對相關性能和原線路設計普通導線的性能進行了比較，為工程的使用提供參考。
關鍵詞:中強度鋁合金芯鋁絞線、節能、容量、損耗
1 前言
近年來，随着國家電網公司開始大規模推廣實施“兩型三新”（即資源節約型、環境友好型，新技術、新材料、新工藝） 線路建設。輸電線路材料的新技術、新材料、新工藝，不斷被推廣使用。2013年國家電網公司開始擴大試點新型節能導線的應用，鋁合金芯鋁絞線就是其中的一種優良線種。近幾年鋁合金芯鋁絞線在工程中得到大量的推廣使用，本文介紹了一種新型的中強度鋁合金芯鋁絞線，它比同規格的鋁合金芯鋁絞線電阻更小，更節能。
2018年在安徽某220kV線路中得到使用，公司在2018年9月完成供貨，在2018年11月完成相關的施工，運行效果良好。本文通過和原設計采用的普通鋼芯鋁絞線做一個比較，以便為中強度鋁合金芯鋁絞線的推廣使用提供參考。
2 中強度鋁合金芯鋁絞線的主要特性及結構性能指标
同原線路大量使用的鋼芯鋁絞線相比，中強度鋁合金芯鋁絞線具有重量輕、線損小、無磁滞損耗，無電化學腐蝕等優點。
某220kV線路工程原設計采用雙回普通鋼芯鋁絞線型号為JL/G1A-400/35-48/7，最終采用的雙回中強度鋁合金芯鋁絞線型号為JL1/LHA3-345/80-30/7，以下圖是該導線結構圖及結構構成：
圖1：中強度鋁合金芯鋁絞線JL1/LHA3-345/80-30/7結構圖
中強度鋁合金芯：1+6/3.83mm
高導電率硬鋁線：12+18/3.83mm
以下表1為中強度鋁合金芯鋁絞線和鋼芯鋁絞線的性能參數表，表2為中強度鋁合金芯鋁絞線單線的性能參數：
表1成品主要性能參數表
項 目 |
技術參數
|
||
JL1/LHA3-345/80-30/7 |
JL/G1A-400/35-48/7 |
||
計算截面積 |
合計（mm2） |
426.28 |
425.24 |
鋁（mm2） |
345.63 |
390.88 |
|
中強度鋁合金或鋼芯（mm2） （mm2） |
80.65 |
34.36 |
|
外徑（mm） |
26.8 |
26.8 |
|
單位長度質量（kg/km） |
1178.1 |
1347.5 |
|
20℃時直流電阻（Ω/km） |
≤0.0679 |
≤0.0739 |
|
額定拉斷力（kN） |
≥73.7 |
≥103.67 |
|
彈性模量（GPa） |
55.0 |
65.9 |
|
線膨脹系數（1/℃） |
23.0×10－6 |
20.3×10－6 |
|
表2中強度鋁合金芯鋁絞線單線主要性能
項 目 |
技術參數 |
||
型号 |
LHA3 |
L1 |
|
外觀及表面質量 |
表面應光潔，并不得有與良好的商品不相稱的任何缺陷。 |
表面應光潔，并不得有與良好的商品不相稱的任何缺陷。 |
|
直徑(mm) |
3.83（+0.038 ,-0.038） |
3.83（+0.038 ,-0.038） |
|
20℃時的電阻率(nΩ·m) |
≤29.472(≥58.5%IACS) |
≤28.034(≥61.5%IACS) |
|
抗拉強度(MPa) |
絞前 |
≥240 |
≥160 |
絞後 |
≥228 |
≥152 |
|
伸長率(标距250mm) (%) |
≥3.5 |
— |
|
卷繞 |
1d卷繞8圈，鋁合金線不得斷裂 |
1d卷繞8圈，退6圈，重新緊密卷繞，鋁線不得斷裂。 |
|
3導線傳輸容量及線路損耗的比較
3.1導線的傳輸容量的比較
根據國标GB 50545《110kV~750kV架空輸電線路設計規範》中的規定，常規的導線驗算載流量時，導線的允許使用溫度宜采用70℃,必要時刻采用80℃。一般情況下，設計驗算常規的鋼芯鋁絞線、鋁合金芯鋁絞線的載流量時連續使用溫度為70~80℃。常用的設計計算條件：風速0.5 m/s；環境溫度35 ℃；日照強度1 000 w/ m2；表面吸收系數0.9；輻射系數0.9；工作溫度70~80 ℃。兩種到導線的在不同溫度下的允許電流及輸送容量見表3。
表3 兩種導線在不同允許溫度下的載流量及輸送容量
導線型号 |
70℃允許載流量 (A) |
70℃允許載流量 (MW) |
80℃允許載流量 (A) |
80℃允許載流量 (MW) |
JL/G1A-400/35-48/7 |
668 |
242 |
797 |
289 |
JL1/LHA3-345/80-30/7 |
697 |
252 |
831 |
301 |
注：以上為單回線路的載流量及輸送容量
通過以上表格計算所知，采用中強度鋁合金芯鋁絞線（JL1/LHA3-345/80-30/7）比鋼芯鋁絞線（JL/G1A-400/35-48/7）的載流量和輸送容量能提高4%以上。
3.2導線線路損耗的比較
本工程雙回220kV線路,原設計采用普通鋼芯鋁絞線和最終使用的中強度鋁合金芯鋁絞線在不同輸送容量下的線路損耗見表4。
線路電阻損耗按如下公式計算：
Q=3nI2RACτ×10-7 萬度/km
Q--全年的導線電能損耗 萬度/km
n--導線的線路回數
I --達到額定容量時的載流量A
RAC--在達到額定容量時線路的交流電阻Ω/km
τ--最大損耗小時取3200h每年
表4 兩種導線在不同輸送容量下的線路損耗
導線型号 |
2×JL/G1A-400/35-48/7 |
2×JL1/LHA3-345/80-30/7 |
|
全年電能損耗（ 萬度/km） |
2×150MW |
28.13 |
25.75 |
2×200MW |
51.23 |
46.75 |
|
2×250MW |
82.53 |
75.07 |
|
通過以上表格計算所知，采用中強度鋁合金芯鋁絞線（JL1/LHA3-345/80-30/7）比鋼芯鋁絞線（JL/G1A-400/35-48/7）在每年的線路損耗減小8%以上，具有顯著的節能效果。
3.3小結
通過以上兩種導線在電氣性能方面的比較，中強度鋁合金芯鋁絞線比常規的鋼芯鋁絞線電阻更小，線路損耗更小，具有節能的效果，同時能滿足相應的載流量要求，可以作為替代常規導線的一種新的線種。
在機械性能方面，由于采用了中強度鋁合金芯鋁絞線的結構，額定拉斷力較普通的鋼芯鋁絞線要小，重量更輕。需進行校核弧垂、覆冰等機械特性後使用，特别是在重冰區等對拉重比要求高的線路段不适合使用。
以上在電氣方面進行了比較，在最終的各項的指标比選後，在本工程選用了中強度鋁合金芯鋁絞線JL1/LHA3-345/80-30/7，滿足工程的使用要求。
4施工現場跟蹤情況
優質的導線必需有優質的施工作為保證，為确保導線的施工順利進行，我們在2018年9月在施工現場舉行了施工交底會議，重點溝通了該導線與普通的導線的性能差異，施工注意事項等事宜。在後期進一個月的施工過程中，導線表面良好，無起股散股等不良現象。截止2018年11月，該工程施工完成，與當年年底正式通電運行，所供導線達到了預期的良好效果。該工程是國内中強度鋁合金芯鋁絞線的試點使用，為後面該種導線的規模使用提供一定的借鑒意義，為電網的節能減排，新産品推廣起到一定的示範工程作用。
參考文獻
［1］ GB/T 1179-2008. 圓線同心絞架空導線［S］.2009
［2］ 國家電網公司.鋁合金芯高導電率鋁絞線:Q/GDW 1815—2012[S].北京:中國電力出版社,2012.
［3］ 黃豪士.超高壓輸電工程用鋁合金材料的現狀與發展［J］.上海電纜研究所成立五十周年架空導線論文集上冊，2008，90-112
［4］徐靜、夏霏霏等.一種中強度鋁合金芯高導電率鋁絞線的研發與應用［J］.電線電纜，2018，4：10-14
［5］李钊、李春燕等.節能導線在輸電線路中節能效果分析［J］電力科學與工程，2016，32（10）：28-33
作者簡介
施海峰(1981年-)，男，江蘇海門人，工程師，副總工程師，長期從事架空導線的設計研發、工藝制造、檢驗等方面工作。