陈培青

（广东省电力设计研究院有限公司，广东 广州510663）

0 引言

近年来，国家大力提倡节能减排。对电力工业而言，如何减少电能输送环节中的输电损耗，始终是我们高度关注的热点。新型节能导线作为输电线路最有效的节能降耗工具之一，近年来被逐步推广应用。其中，铝合金芯铝绞线具有直流电阻较小、可避免磁滞损耗和涡流损耗等特点，其应用对输电线路的节能降耗具有积极意义。

铝合金芯铝绞线采用53%IACS的高强度铝镁硅铝合金替代普通钢芯铝绞线中基本无导电能力的9%IACS钢芯和部分铝线，导线外层铝线可与普通钢芯铝绞线的铝线相同。为进一步减小导线电阻，提高节能效益，铝合金芯铝绞线的外层铝线可根据需要采用61.5%～63%IACS导电率硬铝。

在等总截面应用条件下，铝合金芯铝绞线的直流电阻比钢芯铝绞线小。同时铝合金芯铝绞线是单一铝基体材质，可避免由于磁滞损耗和涡流损耗带来的电能损失，亦没有多金属的电化学腐蚀，耐腐蚀性与钢芯铝铰线相比有所提高。

1 技术性能比较

为便于分析，本文选取和铝合金芯铝绞线外径相近的普通钢芯铝绞线作为比较对象，具体的铝合金芯铝绞线型号为JL1／LHA1－165／175，钢芯铝绞线型号为JL／G1A－300／40。

1.1 机械性能比较

（1）参数对比。由表1可见，铝合金芯铝绞线和钢芯铝绞线外径和总截面相近，但铝合金芯铝绞线的有效导电面积约是钢芯铝绞线的1.13倍，载流量较大；20℃直流电阻是钢芯铝绞线的0.95倍，电阻损耗较小。但主要承力的铝合金芯线抗拉强度不及镀锌钢线，因此铝合金芯铝绞线的额定抗拉强度小于钢芯铝绞线。

表1 导线参数表

（2）荷载对比。因铝合金芯铝绞线单位质量较小，其无冰垂直荷载和覆冰荷载均较小。因外径相近，在相同风速下，两种导线的大风水平荷载相近。而在代表档距相同时，钢芯铝绞线的纵向拉力要大于铝合金芯铝绞线的纵向拉力。

（3）弧垂对比。与钢芯铝绞线相比，使用铝合金芯铝绞线需增加直线塔呼高约0.3～0.4m。需要指出，虽然铝合金芯铝绞线的拉重比略大于钢芯铝绞线，但主要承力的铝合金芯线抗拉强度不及镀锌钢线，因此在安全系数一致的情况下，铝合金芯铝绞线的运行张力一般是小于钢芯铝绞线的，大约只有后者的88%，这就削弱了铝合金芯铝绞线拉重比较大的优势，导致其弧垂特性劣于钢芯铝绞线，且差距随档距的增加而增大。

（4）摇摆角对比。由表2可见，铝合金芯铝绞线的外径与钢芯铝绞线相当，但因垂直荷载较小，故导线摇摆角增大约5.97°，使用时需注意校核定位条件和检查空气间隙是否满足要求。

表2 导线摇摆角 单位：°

（5）防振性能对比。输电线路不可避免要发生微风振动，严重的振动会导致导线疲劳断股或断线，且随着导线应力的提高，振动断股发生的可能性也会增大。故在导线上必须采取防振措施来抑制微风振动强度，但防振措施应结合导线的应力进行综合考虑。国际大电网会议于1960年提出导线平均运行应力EDS的概念来表征导线在平均气温状态下的综合应力。一般而言，选择EDS时，应按不同的导线材料的应力分配，使铝股或铝合金股的应力不大于它们各自的疲劳极限。由表3可知，铝合金芯铝绞线的年平均运行张力占拉断力的百分比不宜过大，否则会使最外层铝股的应力接近铝线的疲劳 极 限 （JL1／LHA1－165／175 导 线 的 年 平 张 力 为 拉 断 力 的25%时，最外层铝股的应力／疲劳极限比值已达92%），长期运行时极有可能造成铝线断股，因此需根据实际情况选择合适的年平张力。经计算，JL1／LHA1－165／175导线的年平张力为拉断力的21%时，最外层铝股的应力／疲劳极限比值为77%，与常规钢芯铝绞线的水平接近，是较为合理的。

1.2 电气性能比较

（1）载流量对比。计算得80℃时钢芯铝绞线的载流量约为729A，铝合金芯铝绞线的载流量为751A，比钢芯铝绞线高出约3%。

表3 导线外层铝／铝合金股的单股应力及安全系数

（2）交流电阻对比。提高交流架空输电线路输送容量和降低电阻损耗都与导线交流电阻相关。随着节能导线的推广应用，各类导线交流电阻的差异成为值得关心的问题。目前工程上求取交流电阻最常用JCS－0374算法，此外还有Morgan交直流电阻比法。两种算法在计算集肤效应时差异不大，但对于磁滞涡流损耗，由于JCS－0374算法在计算磁滞涡流损耗电阻增加值时仅考虑了电流密度的影响，计算结果相对偏大；而Morgan算法考虑了多种敏感因素，有坚实的理论和实验基础，其计算结果与经典电磁场理论相符，因此推荐采用Morgan算法。由计算可知JL／G1A－300／40导线交流电阻为0.101 87Ω／km，JL1／LHA1－165／175导线的交流电阻为0.096 74Ω／km，是钢芯铝绞线的95%。

（3）电阻损耗。根据Morgan算法求取的交流电阻值，计算得到双回线路单公里电阻损耗功率和年电阻损耗电能（表4）。

表4 各导线电阻损耗功率和年损耗电能

1.3 经济特性比较

通过对各导线方案的年费用进行计算（表5），可知铝合金芯铝绞线的年费用低于钢芯铝绞线，且随着负荷小时数及电价的增加，铝合金芯铝绞线的优势更加明显。

表5 各导线方案年费用 单位：万元／km

2 施工及配套金具分析

铝合金芯铝绞线表面硬度与普通钢芯铝绞线完全一致，施工过程中无需特殊保护措施，常规施工方法和器具都能直接应用。铝合金芯铝绞线配用的悬垂线夹和防振金具与普通钢芯铝绞线一致；液压型耐张金具和接续管的结构与普通钢芯铝绞线不同，但目前均已有鉴定过的产品，价格和施工工艺都与普通金具相差不大。

3 应用标准

目前国家电网公司已发布Q／GDW1815—2012《铝合金芯高导电率铝绞线》，用于指导该型导线的生产、设计和应用。

4 生产和应用情况

目前国内主要的导线生产厂家都可以批量生产铝合金芯铝绞线，2014年度国内已有近百项输变电工程的导线采用铝合金芯铝绞线。可见该类型导线的生产、设计和应用经验正在迅速积累，大规模应用的条件正在成熟。

5 结语

与钢芯铝绞线相比，铝合金芯铝绞线的弧垂特性较差，风偏摇摆角较大，导致杆塔使用条件受到一定的限制；但另一方面，铝合金芯铝绞线的防腐性能和电气性能良好，线损较小，且生产工艺成熟，价格可进一步降低。总体而言，铝合金芯铝绞线年费用低，可替代同外径的钢芯铝绞线用于标准化设计的杆塔，其应用对输电线路的节能降耗具有积极的意义。在对导线价格比较敏感、交流输送功率大、利用小时数高的情况下，建议优先选用铝合金芯铝绞线。