齐敦金，王克银，许 彦

（国网经济技术研究院有限公司徐州勘测设计中心，江苏 徐州 221005）

0 引言

依据电网发展规划，为满足地区负荷增长需求，优化和加强220 kV 电网结构，提高电网输送容量，需对永胜—绍隆、普庆—绍隆220 kV线路夹江大跨越段的LHBGJ-400/95 钢芯铝合金芯导线进行增容改造。

该工程位于扬中市夹江江边，已运行15 年，采用“耐-直-直-耐”布置，跨越档距999 m，南侧锚塔距离跨越塔359 m，北侧锚塔距离跨越塔323 m，均位于平地。耐张段全长1 681 m，为同塔双回路架设。夹江跨越塔均为直立双回柔性拉条钢管塔，全高113 m，呼高90 m；导线为单根LHBGJ-400/95 加强钢芯铝合金绞线，架空地线为OPGW（光纤复合架空地线）复合光缆。

经核算，若将该耐张段整体新建，动态投资约需4 000 万，且夹江跨越段附近机场对新建线路的限高要求，水利管理部门对新建跨江线路的审核要求，均会制约工程建设。为节约工程投资，考虑利用原线路铁塔、基础进行增容导线更换。

基于工程改造需求，本文调查了国内一些大跨越工程和增容工程导线选型情况。根据我国几十年来的大跨越输电设计经验，目前广泛应用于大跨越输电工程的导线主要有钢芯铝合金绞线、高强钢芯（耐热）铝合金绞线、特强钢芯（耐热）铝合金绞线、特强钢芯高强铝合金绞线以及铝包钢绞线等[1]。用于大跨越增容改造工程的导线主要有：葛沪±500 kV 直流输电线路吉阳大跨越采用的2×KTACSR/EST-630/360 特强钢芯高强耐热铝合金导线[2]；葛洲坝—白家冲220 kV 大跨越采用的ACCC-300/60 碳纤维复合芯导线[3]；江都—晋陵500 kV 线路镇江大跨越采用的NRLH55/G5A-360/150 特高强度钢芯高强度耐热铝合金绞线；钟山—东渡220 kV 跨海通道增容改造用的KTACSR/UGS-407 超强钢芯高强耐热铝合金绞线[4]等。

结合大跨越工程案例和原线路的设计条件，本文规划设计特强钢芯高强耐热铝合金绞线JNRLH2/G5A-360/80、特强钢芯高强耐热铝合金绞线JNRLH2/G4A-360/100、碳纤维复合芯铝绞线JLRX/T-400/65 等3 种导线用于220 kV 大跨越工程增容改造。基于本工程增容需求、原线路杆塔设计条件、跨越夹江弧垂和线路防雷导地线间距要求等因素，经比选论证，推荐JNRLH2/G4A-360/100 特强钢芯高强耐热铝合金绞线用于本工程夹江大跨越。为确保大跨越导线安全运行，做好其微风振动防治工作，进行了导线自阻尼试验和防振锤功率特性试验分析，为夹江大跨越工程的跨越档、锚线档提供了合理的防振方案。经核算，本工程大跨越段增容改造动态投资约200万，相较于新建整个耐张段，节约工程投资约3 800万。而且减小了施工难度和政策处理难度，大大减少了停电时间，极大方便了工程顺利投运。

1 增容导线选型边界条件

本工程利用原线路铁塔和基础，仅更换导线，避雷线保持不变。因此，本工程主要原则是按照原线路设计条件执行，考虑本工程增容目标，归纳增容导线选型边界如下：

（1）根据最新国网江苏电力公司潮流分布数据，至2030 年，N-1 状态下系统要求本线路最大输送容量在320～340 MVA，考虑负荷预测计算误差，推荐按照每回输送容量达到420 MVA 进行导线选型。

（2）根据原江苏海事局批文中夹江通航要求，导线弧垂最低点56 年黄海标高不低于26.68 m。

（3）根据DL/T 5485-2013《110～750 kV 架空输电线路大跨越设计技术规程》[5]有关规定，校验气温＋15 ℃且无风、无冰时档距中央导线与地线的最小距离大于12 m。

（4）根据原线路杆塔设计条件和上述边界条件，要求新规划导线机械特性和电气特性满足表1 要求。

表1 新规划导线主要技术要求

2 增容导线特性分析与比选

依据原线路设计文件、国内一些大跨越工程导线选型情况、相关技术标准[6-7]、导线厂家技术资料，对JNRLH2/G5A-360/80 特强钢芯高强耐热铝合金绞线、JNRLH2/G4A-360/100 特强钢芯高强耐热铝合金绞线、JLRX/T-400/65 碳纤维复合芯铝绞线等3 种导线进行比选。

2.1 特强钢芯高强耐热铝合金绞线

特强钢芯高强耐热铝合金绞线具有强度高、拉重比大、弧垂特性好的特点[8]。本文推荐的导线采用4 级和5 级强度镀锌钢线，绞前抗拉强度分别大于1 820 MPa 和1 910 MPa，1%伸长应力大于1 550 MPa，A 级镀锌层，保证了绞线的拉重比。高强度耐热铝合金是耐热性能好，具有高强度双重特性的电工用铝合金导体材料，该铝合金制成的导线具有使用温度高、耐热性好、载流量大的特点[1]。本文推荐的导线采用NRLH2 等级的高强耐热铝合金绞线，抗拉强度大于238 MPa，伸长率最小值为1.8%，最小导电率55%IACS（国际退火铜标准），允许连续运行温度为150 ℃[8]。因此，特强钢芯高强耐热铝合金绞线适合于大跨越及其增容改造线路工程。

2.2 碳纤维复合芯铝绞线

碳纤维复合芯铝导线具有强度大，耐热性能好，高温时温度线膨胀系数小、高温弧垂小、载流量大、相同铝截面单重小等优点[9-10]。本文推荐的导线采用碳纤维复合材料芯作为主要承力部件，额定抗拉强度大于2 100 MPa，绞线的拉重比大；外层导体采用软铝型线绞线，额定抗拉强度为60～90 MPa，最小导电率63%IACS，允许连续运行温度为160 ℃。碳纤维复合芯导线已在一些220 kV 和500 kV 线路工程上累积了数年应用经验[11]，且有大跨越增容改造工程案例[3，12]，因此本工程也将其作为比选导线。

2.3 增容导线比选

本文给出了原线路导线和3 种比选导线详细技术参数（见表2），从技术参数上看，它们的导线机械特性均能够满足技术要求。计算得到各种导线载流量见表3，按照载流量分析，3 种导线电气特性也能够满足工程增容目标。

表2 导线技术参数

表3 导线载流量计算

根据原线路技术条件，原导线设计最高运行温度为90℃。新规划导线最高运行温度均不低于150 ℃，在满足输送容量要求情况下，几种导线弧垂情况见表4。从表4 可以看出，新规划导线弧垂均不超过原线路弧垂。

表4 导线最大弧垂对比（档距999 m）

从电气特性分析，推荐的3 种导线均满足本工程使用要求。根据中华人民共和国电力行业标准DL/T 5485—2013[5]有关规定，校验气温＋15 ℃且无风、无冰时档距中央导线与地线的距离。

表5 给出了几种导线年平均运行条件下的弧垂。经计算，JLRX/T-400/65 在当前计算条件下不满足要求，可通过放松导线、增大弧垂来满足导地线间距离要求，但碳纤维导线施工缺陷不易发现且后果严重[12]，且现役线路中发生过碳纤维导线断线情况，考虑大跨越工程的重要性，故不推荐使用。

表5 年平均运行条件下导线弧垂对比（档距999 m）

参照国内大跨越工程案例，绝大多数采用钢芯铝合金（耐热铝合金）绞线，钢芯主要采用G3A及EST 强度等级的镀锌钢线[8]。本工程所选用的特强钢芯高强耐热铝合金绞线JNRLH2/G5A-360/80 和JNRLH2/G4A-360/100 虽然都满足技术要求，但考虑到JNRLH2/G4A-360/100 输送容量略有优势，单价稍低，故推荐特强钢芯高强耐热铝合金绞线JNRLH2/G4A-360/100 用于本工程。

3 防振方案设计与试验分析

大跨越工程的导线防振装置一般是通过逐个试验研究确定的，由于存在下列多个因素，本工程大跨越档增加了导线防振工作的困难。

（1）本工程跨越档距长，导线弧垂较大，达到58.5 m。由于是原线路增容改造，为控制导线弧垂，张力与原线路持平，年平均运行张力为20.5%，张力大、单导线这2 个因素将会导致导线自阻尼降低，从而加大导线的微风振动。

（2）本工程跨越夹江，所处位置地形开阔，障碍物少，容易形成稳定层流，致使导线容易形成稳定的振动并且持续时间也增加。本工程较陆上段风速增加10%，为30 m/s。

根据本文所选定的增容导线，参照现有大跨越工程案例，本次防振方案采用防振锤加阻尼线的联合防振措施。对阻尼线进行剥层处理，以降低阻尼线夹处导线的动弯应变值，同时改变阻尼线夹的响应频率，改善防振方案的频响特性。在悬垂线夹出口处安装防振锤以加强防振方案低频防振效果，通过防振锤和阻尼线的联合使用可使整个防振方案性能达到最佳。具体防振方案见表6 和表7。

表6 跨越档防振方案

表7 锚线档防振方案

针对本工程防振方案设计，需进行试验验证。根据Q/GDW 245—2010《输电线路微风振动检测装置技术规范》[13]附录A，导线各夹固点的最大动弯应变小于120 με。试验过程中，分别设计了2种防振方案进行试验比选，阻尼线线夹出口试验结果见表8 和表9。通过对试验结果数据整理分析，绘制防振方案频响特性曲线见图1、图2。

图2 导线锚线档频响特性曲线

表9 锚线档防振试验数据汇总

由表8 可知：方案2 悬垂线夹出口处最大动弯应变出现在频率14.31 Hz 处，为61 με；阻尼线线夹出口处最大动弯应变出现在频率60.84 Hz处，为112 με。从图1 频响特性曲线看，跨越档所设计导线防振方案均能满足设计防振要求，方案2 整体较优，推荐采用。

图1 导线跨越档频响特性曲线

表8 跨越档防振试验数据汇总

由表9 可知：方案2 耐张/悬垂线夹出口处最大动弯应变出现在频率30.101 Hz 处，为46 με；阻尼线线夹出口处最大动弯应变出现在频率46.23 Hz 处，为79 με。从图2 频响特性曲线看，所设计导线防振方案均能满足设计防振要求，方案2整体较优，推荐采用。

4 结语

本文结合原线路设计条件，围绕工程增容目标，参考国内一些大跨越工程导线选型情况，对JNRLH2/G5A-360/80 特强钢芯高强耐热铝合金绞线、JNRLH2/G4A-360/100 特强钢芯高强耐热铝合金绞线、JLRX/T-400/65 碳纤维复合芯铝绞线等3 种导线进行比选，推荐JNRLH2/G4A-360/100 特强钢芯高强耐热铝合金绞线用于本工程增容改造，可节省大量工程投资，缩短停电时间，提供更加经济合理的解决方案。

大跨越工程本身导线选型难度大，增容改造更加困难，在满足对下方江面跨越距离和上方地线防雷距离的严苛要求下，选择增容改造用导线则面临诸多的技术难题。目前，国内已有的此类工程案例大多所选导线容量增加30%～60%[2-3]，本文所采用的JNRLH2/G4A-360/100 特强钢芯高强耐热铝合金绞增容近70%，具有推广应用价值。