刘 洋，朱学成，李 童，魏春明

(黑龙江省电力科学研究院，哈尔滨 150030)

随着电力输送容量和输送距离的迅速增长，大容量、远距离的输电线路陆续投入运行，对线路安全性的要求越来越高。其中，架空导线的机械性能是一个重要的性能指标［1］。

架空导线长期处于户外露天环境下，在不同的温度下机械性能会发生变化。此外，线路在运行中还存在微风振动、线路舞动及覆冰等复杂的工况［2－4］。而且导线舞动及线路断线、倒塔、串倒等事故都与导线的机械性能密切相关［5］。在东北和西北等地区，四季温差较大，导线的工作环境尤为恶劣。为保障输电线路的安全可靠运行，开展低温条件下导的机械性能研究非常必要。基于此，本文采用对单钢线进行拉断力试验、对单铝线进行扭转卷绕试验的方法，对架空线路的钢芯铝绞线低温机械特性进行了研究。

1 研究方法

钢芯铝绞线和钢芯铝合金绞线等导线在正常运行中主要由钢芯承担纵向拉力，导线的应力－应变曲线如图1所示，其中，o、c、e为钢芯的应力－应变曲线，o、b、d 为铝线的应力 － 应变曲线［3］。

图1 钢芯、铝线应力－应变图Fig.1 Steel core，aluminum wire stress strain diagram

从图1可以看出，在纵向拉力的作用下，若发生断线，铝线先于钢线断裂，因此，钢芯低温下纵向拉力的研究对低温下断线、倒塔和串倒等［3－5］问题的分析具有参考意义;铝线低温下切向机械性能的研究对低温下导线微风振动断股(小荷载)和覆冰断股(大荷载)的分析具有参考意义。

不同规格的钢芯绞线由根数的不同铝线(铝合金导线)和钢线分层绞合而成，同种线径的单铝线和单钢线由于根数的不同可以组成不同型号的导线，例如直径同为2.72 mm的单铝线和单钢线，6铝/1钢组成标称截面为35/6 mm2的导线，12铝/7钢组成标称截面为70/40 mm2的导线;直径分别为3.22 mm和2.50 mm的铝单线和钢单线，26铝/7钢组成标称截面为210/35 mm2的导线，48铝/7钢组成标称截面为400/35 mm2的导线［6－10］。依此类推，较少种类的单铝线和单钢线可以按根数的不同组合，绞制成多种型号的钢芯绞线。

由以上分析可知，可以通过分别研究单钢线和单铝线低温下的机械性能变化，来分析低温环境下导线机械性能变化对断线、断股等的影响。

2 试验及结果分析

选用黑龙江省内常用的几种导线型号为研究对象，如表1所示。试验用单钢线及单铝线尺寸与上述导线相对应。分别在 －10～－40℃，每隔10℃测量一组数据。

表1 导线型号Tab.1 Wire type

2.1 单钢线低温下拉断试验

试验用单钢线线径尺寸分别为2.22、2.32、2.50、2.66、2.80 mm。

在外观检查合格的每种单钢线样品的一端截取12根试样，每3根分为一组，将单钢线试样两头用夹具固定牢固后，保证试验原始标距为250 mm。

分别取每种试样在－10、－20、－30、－40℃下的试验平均值。5种单钢线低温下拉断力变化曲线如图2所示。从图2中可以看出，随着温度的降低，单钢线的拉断力有所增加，5种试样的变化趋势总体相同，符合金属随着温度降低材料变脆的现象。为了进一步分析钢丝拉断力在不同温度下的差异情况，需求取各种试样4种温度下的平均拉断力，然后再计算不同温度下拉断力与平均拉断力的不一致系数 (不一致系数 =(Ft－ F¯N)/F¯N× 100%)。5种试样差异曲线如图3所示。

图2 单钢线低温下拉断力变化曲线Fig.2 Curve of single steel wire temperature drop off force

图3 单钢线不同低温下拉断力不一致系数曲线Fig.3 Different temperature drop off force inconsistent coefficient curve of single steel wire

2.2 绞制前单铝线低温下扭转试验

试验用绞制前的单铝线共有4种尺寸，分别为2.98、3.22、3.60、3.99 mm。

分别将每种试样在－10、－20、－30、－40℃下进行扭转试验，扭转速度保持为60 r/min，导线扭断情况如图4所示。

图4 单铝线扭转断裂Fig.4 Single aluminum wire torsion fracture

图5 单铝线低温下扭转特性曲线Fig.5 Torsion characteristic curve of single wire under low temperature

4种单铝线丝在低温情况下的扭转特性变化曲线如图5所示。从图5可以看出，单铝线的扭转特性随着温度的降低而降低，温度从－10℃降低到－40℃时，直径为4.00 mm的导线扭转特性降低11.1%，直径为3.60 mm的导线降低2.4%，直径为3.24 mm的导线降低4.3%，直径为2.98 mm的导线降低8.0%。

2.3 绞制前单铝线低温下卷绕试验

卷绕试验用单铝线与扭转试验用的相同，试验要求为:在试样的自由端施加不超过额定拉断力5%的拉力，卡具头侧以不超过10 r/min的转速转动，紧密卷绕8圈，退绕6圈后，再重新紧密卷绕。在上述过程中，导线没发生断裂，视为合格，卷绕后的试样如图6所示。

图6 卷绕后试样Fig.6 Single aluminum wire sample after winding

3 结论

1)单钢线的拉断力随着温度的降低有所增加;铝线的扭转性能随着温度的下降而降低;它们的卷绕特性符合标准要求。

2)由于铝线扭转特性随着温度的降低而下降，在低温气候下，对大跨越线路及海拔较高的山上架设的线路，宜加强线路的巡视工作和采取相应措施，防止导线断股，必要时增加导线温度及微风振动等在线监测装置。

3)导线在低温下抗拉性能有所增加，温度的降低会引起导线纵向尺寸减小，导致导线纵向张力增大。但两者综合作用对导线抗拉强度的影响，还有待进一步论证。

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［7］ 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.GB/T 4909.3 2009裸电线试验方法第3部分:拉力试验［S］.北京:中国标准出版社，2009.AQSIQ.GB/T 4909.3 2009 Test methods for bare wires—Part 3:Tensile Test［S］.Beijing:China Standards Press，2009.

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［9］ 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.GB/T 4909.7 2009裸电线试验方法第4部分:卷绕试验［S］.北京:中国标准出版社，2009.AQSIQ.GB/T 4909.7 2009Test methods for bare wires—Part 4:Mandrel Winding Test［S］.Beijing:China Standards Press，2009.