翟彬

（山东电力工程咨询院有限公司，山东济南250013）

铝包殷钢芯铝合金绞线在架空线路扩容中的应用

翟彬

（山东电力工程咨询院有限公司，山东济南250013）

已建输电线路，由于导线截面已经确定，存在输送容量的极限。随着系统运行方式的变化，对已建线路提高输送容量的需求越来越多。提高已建线路的输送容量，有两种技术方案，一是拆除已建线路，新建使用大截面或多分裂导线的线路；二是保持已建线路铁塔不变，将已有导线更换为耐热导线。由于取得新建输电线路的走廊协议非常困难，而且投资巨大，因此，使用耐热导线，以达到提高输送容量的目的，在线路改造工程中的应用越来越广泛。结合枣庄地区的实际工程，探讨耐热导线，尤其是铝包殷钢芯超耐热铝合金绞线的应用，可为以后的线路扩容工程提供参考。

线路扩容；输电线路；耐热导线

0 引言

枣庄地区已建220 kV兴夏、兴微线1～13号段，长2.364 km，为同塔四回路钢管杆架设，上层2回220 kV，下层为2回110 kV。原220 kV导线为1×JL／G1A-400型钢芯铝绞线。由于已建线路需要与新建线路相连接形成新的输电通道，而新建线路的导线采用2×JL/G1A-400/35导线，因此，新老线路存在输送容量不匹配的问题。

由于已建同塔四回路，于2007年建成，位于枣庄市新城区，静态投资在400万元／km，如果拆除重建，不仅投资巨大，而且新取得规划部门的协议也非常困难。因此，可以考虑采用新型耐热导线，在不超过原有杆塔荷载的前提下，通过更换导线提高线路的输送容量，满足系统输送容量的要求［1-2］。

1 耐热导线的选型

目前可供选择的耐热导线，有碳纤维复合芯导线、殷钢芯超耐热铝合金导线、间隙型导线和普通耐热铝合金导线。由于220 kV兴夏、兴微线更换导线后，输送容量要求提高1倍，普通耐热铝合金导线无法满足要求。另外，间隙性导线在钢芯和铝导体之间存在间隙，制造及施工难度比较大，本工程暂不比选间隙性导线。

因此，只对碳纤维复合芯导线（以下简称碳纤维导线）、殷钢芯超耐热铝合金导线（以下简称殷钢导线）进行比较。

1.1 耐热导线选型原则

耐热导线是通过提高导线耐受长期运行温度来提高导线单位截面的输送容量。将增容导线应用于老线路改造工程中，应满足以下要求：载流量满足2×JL/G1A-400导线的要求；满足老线路铁塔使用条件；更换耐热导线后仍满足对下面两回110 kV线的电气距离要求。

1）耐热导线载流量应不小于2×JL/G1A-400导线。根据导线载流量计算结果，2×JL/G1A-400导线在环境温度40℃，长期运行温度80℃时，允许载流量为2×733=1 466 A。依此要求，耐热导线在环境温度40℃时，长期允许运行温度下的载流量需不小于1 466 A。

2）220 kV兴夏、兴微线1～13号段铁塔按1×JL／G1A-400/35导线设计，安全系数为4.5，最大使用张力为21 934 N。更换耐热导线后，最大使用应力、覆冰条件下垂直荷载、大风条件下水平荷载应不超过原铁塔所用1×JL／G1A-400／35导线。

3）由于原线路为同塔四回路，上面2回220 kV线，下面2回110 kV线，因此，更换为耐热导线后，需满足对下面两回110 kV线的电气距离要求，即耐热导线的弧垂在正常运行时和因系统短路线路短期过载时，均不大于对应条件下原线路1×JL／G1A-400／35导线的弧垂。

1.2 碳纤维导线

碳纤维导线为新型导线，它由轻型的复合芯、外层缠绕高性能的梯形铝线组成，有以下特点［3］。

1）强度为普通导线的2倍。普通钢丝的抗拉强度为1 240～1 410 MPa，而碳纤维导线采用碳纤维混合固化芯棒，抗拉强度是前者的2倍。

2）碳纤维导线与钢芯铝绞线导线相比具有显著的低弛度特性，在高温条件下弧垂不到钢芯铝绞线的1／2，能有效减少架空线的绝缘空间走廊，提高了导线运行的安全性和可靠性。

3）碳纤维导线比传统的钢芯铝绞线增加了28%的用铝量，从而增加了导电面积，增大了输送容量。其长期允许运行温度为165℃，进一步提高了导线的载流能力。

4）碳纤维导线的铝部分采用退火软铝线，利用退火软铝线耐高温特性，导线短时允许温度可达到200℃以上。

5）碳纤维导线的比重约为钢的1／4，在相同的外径下，其铝截面积为常规钢芯铝绞线的1.29倍。其单位长度重量比常规钢芯铝绞线导线轻10%～20%，显示了这种导线重量轻的优点。

6）碳纤维导线材料与环境亲和，同时避免了导体在通电时铝线与镀锌钢线之间的电化腐蚀问题，有效地延缓导线的老化，使用寿命高于普通导线的2倍。

目前碳纤维导线已在山东泰安市220 kV天园线、园汶线改造工程中使用，运行状况良好。

1.3 殷钢导线

殷钢是由铁和镍等元素组成的合金，在高温阶段具有良好的高温弧垂特性。殷钢膨胀系数只有普通钢材的1／3。用殷钢作为导线钢芯，殷钢耐热铝合金导线（TACIR）可以在150℃下运行；殷钢超耐热铝合金导线（ZTACIR）和殷钢特耐热铝合金导线（XTACIR）可以在210℃和230℃下运行。可以在满足低弧垂的要求下，更好的利用耐热铝合金的耐高温性能，从而提高输送容量［4-5］。

殷钢导线虽然在材料上发生了变化，但其实质仍然属于金属类产品，和普通钢芯铝绞线具有相同的结构、重量，物理特性也基本相同，只是由于殷钢芯线的线性膨胀系数比较小，弧垂变化较普通导线小，从而使其弧垂在高温时得到有效抑制［6-7］。因此，殷钢导线施工时较为简单方便，与其配套的金具也是常规的耐热金具。

目前殷钢导线已在山东聊城尚店变电站配套送电工程中已投入运行。

1.4 两种耐热导线对比选型

将碳纤维导线JRLX／T455／52、殷钢导线JNRLH3／LBY-360／55与JL／G1A-400／35载流量、荷载和弧垂比较如表1所示。

表1 3种导线的载流量、荷载和弧垂比较

由表1可以看出，碳纤维导线和殷钢导线两种导线在安全系数取值5.99和4.33的情况下，均能满足张力不超钢芯铝绞线的要求；而且两种导线的覆冰垂直荷载和大风水平荷载均小于原1×JL／G1A-400／35导线，因此满足原线路铁塔设计条件，可以直接更换。

表2 碳纤维导线和殷钢导线的参数及投资比较

在满足2×JL／G1A-400导线载流量的前提下，碳纤维导线能满足弧垂特性不超过原JL／G1A-400／35导线的要求（规律档距200 m时弧垂小0.5 m）。而殷钢导线由于运行温度较高，殷钢芯的线性膨胀系数较碳纤维略大，因此在规律档距为200 m时的弧垂比原JL／G1A-400／35导线大0.2 m。本工程更换耐热导线段为同塔四回路架设（上面两回220 kV线，下面两回110 kV线），弧垂较小的碳纤维导线在弧垂方面略有优势。

1.5 投资比较

导线参数及投资比较如表2所示。

以往我国碳纤维复合芯原材料一直依赖进口，且极少有厂家能够生产加工碳纤维导线，造成碳纤维导线的价格较为昂贵。但目前国内已有多家厂家具备碳纤维导线的生产能力，再加上国际市场上碳纤维复合芯价格有下降的趋势，因此碳纤维导线的造价已大幅下降。

1.6 耐热导线选型结论

综上所述，在满足载流量和已建铁塔使用条件的前提下，两种导线在荷载、载流量、弧垂特性、经济特性的差别不大。综合两种导线在山东的运行经验，并结合运行部门的意见，最终本工程推荐选择JNRLH3／LBY-360／55殷钢导线。

2 结语

用耐热导线替换常规的钢芯铝绞线，不仅可以达到增容或扩容的目的，而且避免了对原线路的拆除新建，经济效益显著。

殷钢导线采用基于铝锆合金基体的超耐热铝合金获得双倍的输送容量，采用铝包殷钢来抑制导线由于高温导致的弧垂增加，从而实现相同截面的导线传输双倍容量，可广泛应用于线路的改造增容工程。

耐热导线的张力弧垂计算理论与钢芯铝导线基本一致，但需要区别对待。倍容量导线由于导线的本身特性决定其存在温度迁移点，在迁移点温度前导线钢芯和铝线共同承受张力负荷，在迁移点温度后导线张力荷载由钢芯承担，因此可以获得低弧垂特性。

耐热导线的载流量计算方法与普通钢芯铝绞线一致。倍容量导线作为架空导线大类中的一种，其热传导机理与通常钢芯铝绞线相同，可以采用标准的算法获得载流量数值。

耐热导线实现倍容并可以替换老导线必须遵循“安全为先”的前提。倍容量导线应选择强度与原导线基本一致、单位重量略轻的结构，综合校验导线的安全余度，在不影响导线的安全的条件下合理使用。

［1］GB 50545—2010 110 kV～750 kV架空输电线路设计规范［S］.

［2］王贤灿，林径.新型耐热增容导线在220kV线路增容改造中的选型应用［J］.内蒙古电力技术，2011，29（3）：79-81.

［3］何州文，陈新，王秋玲，等.国内碳纤维复合芯导线的研究和应用综述［J］.电力建设，2010，31（4）：90-93.

［4］邵天晓.架空送电线路的电线力学计算［M］.北京：中国电力出版社，2003.

［5］张殿生.电力工程高压送电线路设计手册［M］.北京：中国电力出版社，2003.

［5］张颖璐.倍容量导线的张力弧垂特性分析计算［J］.电力建设，2006，27（9）：7-9.

［7］窦飞，乔黎伟.架空线路输电能力计算［J］.电力建设，2010，31（12）：23-25.

Application of Aluminum Clad Invar Core Aluminum Alloy Wire for Expanding the Capacity of Overhead Transmission Line

The existing transmission lines，because the conductor has been determined，the transmission capacity is determined. With the change of system operation mode，improving the transportation capacity of existing line is more and more important.To increase the transmission capacity of the line which has been built，there are two schemes，one is the reconstruction，the new use of large cross-section or multi conductor lines；the other is the replacement for the heat-resisting wire.Due to the huge investment and Difficulties for obtain the new transmission line corridor agreement，heat-resistant wire is more and more widely used in line reconstruction project.Combined with practical engineering in Zaozhuang，the heat-resisting wire is discussed.The application of aluminum clad steel core super heat-resistant aluminum alloy wire can provide some reference for the future project.

expanding the capacity of line；transmission line；heat-resistant wire

TM75

：B

：1007-9904（2014）03-0037-03

2014-02-18

翟彬（1982—），男，工程师，从事高压输电线路设计和管理工作。