韩志军，李显鑫，何 健，陈 光，陈大斌

（1.中国电力工程顾问集团东北电力设计院有限公司，长春 130021；2.国网北京经济技术研究院，北京 100052）

目前我国的输电线路主要采用钢芯铝绞线，随着电网升级发展，对架空导线的输送能力、工程应用和经济效益提出了更高要求。作为电力输送载体的导线应具备在线路运行时降低损耗而节能，在增容的状况下又可以减少改造费用。用电需求的增加使输电线路上需要输送更多的电能，可采用提高导线运行温度的方法来增加线路输送容量。随着科技的高速发展，碳纤维导线、殷钢芯耐热铝合金导线和应力转移型特强钢芯软铝型线绞线等增容导线应运而生，并均在线路上得到了广泛应用。

1 3种增容导线简介

1.1 碳纤维芯导线

碳纤维芯导线为新型复合材料合成芯导线，它的芯线是由碳纤维为中心层和玻璃纤维包覆制成的单根芯棒，外层与邻外层铝线股可根据不同要求制成型线，材质可为耐热铝合金或软铝等。由于芯棒的外表面为绝缘体的玻璃纤维层，芯棒与铝股之间不存在接触电位差，保护铝导线免受电腐蚀。该导线具有良好的机械和电气特性，特别是验证了高温条件下的低弛度特性。与常规的钢芯铝绞线相比，在相同的外径时，碳纤维芯导线外层允许缠绕超过29%的导电铝型线；在相同铝截面时，成品质量与常规的钢芯铝绞线相比轻10%～15%；梯形铝最里层运行的温度可达180 ℃，长期连续运行温度可达165 ℃；碳纤维芯导线导电部分软型铝的电导率达到63%IACS以上，相同温度运行时与常规的钢芯铝绞线相比综合减少线路损耗6.3%。

1.2 殷钢芯耐热铝合金绞线

殷钢芯耐热铝合金绞线的钢芯采用镀锌殷钢芯或铝包殷钢芯，殷钢芯采用铁镍（镍约占36%～40%）合金材料制成。由于这种材料的线膨胀系数比普通钢芯的线膨胀系数低很多，具有长度基本上不随温度变化的特点。殷钢芯的线膨胀系数为3.7×10－6/℃。殷钢芯耐热铝合金绞线的迁移点温度约为80～100 ℃，在工作温度位于迁移点温度以下时，殷钢芯耐热铝合金绞线的线膨胀系数约为18×10－6/℃；当工作温度位于迁移点温度以上时，由于耐热铝合金线和殷钢芯的线膨胀系数的差异，导线的机械荷载全部转移到殷钢芯上，耐热铝合金线不再承受导线的张力，此时殷钢芯的线膨胀系数即为殷钢芯耐热铝合金绞线的线膨胀系数，因此，殷钢芯耐热铝合金绞线在较高的温度状态下工作时，其弛度的增加量很小，是一种低弛度导线。

1.3 应力转移型特强钢芯软铝型线绞线

应力转移型特强钢芯软铝型线绞线是由铝线和钢芯构成并经应力转移处理的组合导线。它在制造时人为预先把应由铝线承担的应力，部分或全部转移给钢芯，使钢芯承担导线大部或全部应力的一种节能增容导线，其结果改善了导线机械力学性能和弛度特性。该导线具有损耗小和增容的优点。导线的导体为软型铝线，其导电率62.5%～63.0%IACS，比电工铝导体的导电率61.0%IACS高，因此在输电时减少能耗，达到节能的效果；导线是由特高强度钢绞线作为承力件，导体则为软型铝导体，经采用应力转移技术处理，使导线在高温下运行时，因导线的热膨胀系数较小，应力迁移点的温度提前，弛度的增量较少，当增容50%～80%，甚至100%时，导线的弛度仍能满足要求。

2 增容导线型式选择

2.1 增容导线参数

根据国内输电线路导线应用情况，本文对常见的300mm2截面、400mm2截面和630mm2截面进行分析，其中220kV 线路采用2×300mm2系列，500kV 线路采用4×400mm2系列及4×630mm2系列。参加比选的增容导线参数见表1，其中JL/G1A 为钢 芯 铝 绞 线；JLRX/T 为 碳 纤 维 芯 导 线；TACIR 为殷钢芯耐热铝合金绞线；AF（SZ）＋S4A为应力转移型特强钢芯软铝型线绞线。

2.2 增容导线的电气性能比较

从载流量、极限输送功率以及电磁环境比较结果来看，环境温度为35 ℃时，在截面相同情况下增容导线的极限输送容量基本为钢芯铝绞线的2倍以上，其中殷钢芯耐热铝合金绞线的最高允许温度最高，为210℃，因此其极限输送容量最大，碳纤维导线及应力转移型导线次之。各导线方案的电磁环境指标相当，均满足GB 50545—2010《110kV～750 kV 架空输电线路设计规范》的要求，但与400mm2截面导线和630 mm2截面导线等容量的增容导线不满足500kV 电磁环境的要求。同截面的各导线方案电晕损失基本相同，300mm2截面导线中等截面增容导线的电阻损耗均低于钢芯铝绞线，等容量增容导线的电阻损耗均高于钢芯铝绞线，其中碳纤维导线的电阻损耗最小；400mm2截面导线中殷钢芯导线的电阻损耗高于钢芯铝绞线，碳纤维导线的电阻损耗最小；630mm2截面导线中殷钢芯导线的电阻损耗高于钢芯铝绞线，应力转移型导线的电阻损耗最小。

表1 导线技术参数

2.3 增容导线的机械性能比较

各种导线按平均档距L0＝400 m 计算的机械性能见表2和表3。

水平荷载方面：300mm2和400mm2增容导线的水平荷载均低于所对应钢芯铝绞线的水平荷载，其中碳纤维导线的水平荷载最小。

垂直荷载方面：300mm2和400mm2增容导线的垂直荷载均低于所对应钢芯铝绞线的垂直荷载，其中碳纤维导线的垂直荷载最小。

弛度特性及塔高方面：300mm2和400mm2增容导线的弛度特性均优于所对应钢芯铝绞线的弛度特性，其中碳纤维导线的弛度特性好，铝包殷钢芯耐热铝合金导线和应力转移型导线的弛度特性次之。

2.4 增容导线的主要特性比较

各种增容导线的特性对比列于表4。

3 3 种增容导线全寿命周期费用的经济比较

a.电能网损计算的输送容量：2×300 mm2（等容量）导线的输送容量取250 MW；2×300mm2（等截面）导线的输送容量取500 MW；4×400mm2导线的输送容量取1 800 MW。

b.年损耗时间：300 mm2导线、400 mm2导线取3 200h；630mm2导线取4 350h。

c.运行维护费用：取工程本体投资的1.4%。

d.导线寿命：导线寿命期30年。

e.回收率取10%。

f.导线价格：根据询价普通钢芯铝绞线在1.7万元/t左右，碳纤维导线在5.9万元/t左右，铝包殷钢芯耐热铝合金导线在8.5万元/t左右，应力转移型导线（特强钢芯软铝绞线）在2.5万元/t左右。

表2 220kV线路双分裂导线机械性能比较

表3 500kV线路四分裂导线机械性能比较

表4 各种增容导线主要特性比较

对于本次参选的导线，3 种增容导线分别按普通钢芯铝绞线价格的1.0～5.5倍进行比较。上网电价按0.30、0.40、0.50元/（kW·h）计算。

3.1 输送容量250MW 时2×300mm2（等容量）导线全寿命周期费用比较

经计算，可以得出输送容量为250 MW 时2×300mm2（等容量）导线年费用与导线价格的关系：碳纤维导线、铝包殷钢芯耐热铝合金导线和应力转移型导线的年费用均高于钢芯铝绞线；3种增容导线等价时，碳纤维导线年费用最小，铝包殷钢芯耐热铝合金导线年费用最大；按市场询价考虑，应力转移型导线年费用最小，铝包殷钢芯耐热铝合金导线年费用最大。

3.2 输送容量500MW 时2×300mm2（等截面）导线全寿命周期费用比较

经计算，可以得出输送容量为500 MW 时2×300mm2（等截面）导线年费用与导线价格的关系：碳纤维导线、铝包殷钢芯耐热铝合金导线和应力转移型导线的年费用均高于钢芯铝绞线；3种增容导线等价时，碳纤维导线年费用最小，应力转移型导线年费用最大；按市场询价考虑，应力转移型导线年费用最小，铝包殷钢芯耐热铝合金导线年费用最大。

3.3 输送容量1 800MW 时4×400mm2 导线全寿命周期费用比较

经计算，可以得出输送容量为1 800MW 时4×400mm2导线年费用与导线价格的关系：碳纤维导线、铝包殷钢芯耐热铝合金导线和应力转移型导线的年费用均高于钢芯铝绞线；3种增容导线等价时，碳纤维导线年费用最小，铝包殷钢芯耐热铝合金导线年费用最大；按市场询价考虑，应力转移型导线年费用最小，铝包殷钢芯耐热铝合金导线年费用最大。

4 结论

碳纤维导线、铝包殷钢芯耐热铝合金导线和应力转移型导线的年费用均高于钢芯铝绞线；3种增容导线等价时，碳纤维导线年费用最小，铝包殷钢芯耐热铝合金导线年费用最大；按市场询价考虑，应力转移型导线年费用最小，铝包殷钢芯耐热铝合金导线年费用最大。