特强钢芯高强耐热铝合金绞线在大跨越输电工程中的应用

谢荣坤，潘春平，桂重

(广东省电力设计研究院，广州市，510663)

0 引言

当架空输电线路跨越通航大河流、湖泊或海峡时，因档距较大(1 000 m以上)或塔高较高(100 m以上)，导线选型或塔的设计需特殊考虑，且发生故障时严重影响航运或修复特别困难的耐张段即为大跨越输电工程。我国江湖河海众多，随着电网建设的快速发展以及路径走廊的日益紧张，大跨越输电工程的建设势必逐渐增多。导线选型是大跨越输电工程设计的重要环节，既影响工程建设的一次性投资，又决定着线路建成后长期运行的技术经济指标［1］。

特强钢芯高强耐热铝合金绞线(KTACSR/EST)由于其弧垂特性好、输送容量大等特点，非常适用于大跨越输电工程［2］。本文对该种导线在大跨越输电工程中的应用情况进行介绍，并以广东某新建输电工程为例，对各种导线型式进行了经济、技术比较。比较结果表明，该导线能够有效减小杆塔风荷载，降低工程造价;对于设计风速较高、跨距不是很大的大跨越输电工程，该种线型更具优势。

1 特强钢芯高强耐热铝合金绞线的应用现状

为减小大跨越输电线路的跨越档弧垂，最直观的方法就是选用强度比普通导线更大的特殊线型以提高导线的拉重比。随着导线生产制造技术的不断提升，适用于大跨越输电工程的导线种类也越来越多。根据我国几十年来的大跨越输电设计经验，目前仍被广泛应用于大跨越输电工程的导线主要有: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［3］。

早在1980年，特强钢芯高强耐热铝合金绞线就被应用于220 kV三西线松花江大跨越输电工程［4］。1988年建成的广东沙江线狮子洋珠江大跨越输电工程中，KTACSR/EST-720/300导线被首次应用于国内500 kV输电线路［5］。此后，特强钢芯高强耐热铝合金绞线在国内多项大跨越输电工程中得到了应用，其中在广东地区应用尤为广泛。

广东省河网纵横交错，尤其是在用电负荷大、高压线路密集的珠三角地区，架空输电线路势必要跨越一条条宽阔的江河而形成大跨越。自1979年起，广东地区先后建成大跨越输电工程33项，其中19项采用特强钢芯高强耐热铝合金绞线，多年来这些工程运行情况良好。表1列出了广东地区部分大跨越输电工程中特强钢芯高强耐热铝合金绞线的使用情况。

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2 特强钢芯高强耐热铝合金绞线的特点

(1)强度高。特强钢芯高强耐热铝合金绞线的钢芯采用抗拉强度≥1 770 MPa、1%伸长应力≥1 550 MPa、镀锌层质量≥260 g/m2的特高强度镀锌钢线(EST)，保证了绞线的拉重比。在21世纪初，以三峡输电工程芜湖长江大跨越为依托，国内导线制造厂家对EST线进行了相关的攻关研究，该大跨越输电工程最终采用AACSR/EST-450/200型特强钢芯高强铝合金绞线［6］。随着电网建设的日益发展、导线生产技术的逐步成熟，EST线后来在国内又和(高强)耐热铝合金绞线和软铝绞线等相互配合形成了一系列特种导线。目前，EST线作为一种特强钢芯在国内输电线路中的使用日趋广泛。

(2)高强度耐热铝合金是耐热性能好，而又具有高强度双重特性的电工用铝合金导体材料。该铝合金制成导线具有使用温度高、耐热性好、载流量大的特点。其抗拉强度接近高强度铝-镁-硅合金，比普通铝导线高出50%［7］。早在20世纪80年代，上海电缆研究所曾自主研制出高强度耐热铝合金，其合金线的技术性能指标与日本研发的相同，合金单线(线径为2.30～4.50 mm)的抗拉强度为225～248 MPa、伸长率为2.0%、导电率为55%IACS、导线的长期运行允许温度为150℃，如果牺牲2% ～3%的导电率，耐热铝合金线的抗拉强度还可以提高15%左右［8］。

(3)由特强钢芯和高强耐热铝合金组合制成的绞线无疑在强度和输送容量上有着巨大的优势，因此该种导线适合于大跨越输电工程。广东沿海地带大多处于台风区，其设计风速普遍较高，大跨越的基本设计风速最高达45 m/s［9］，采用耐热铝合金线可以提高导线的运行温度，从而减少每相导线的分裂根数，极大降低导线的水平风荷载。例如，普通线路每相采用4×ACSR-720/50钢芯铝绞线(最高运行温度70℃)时，大跨越输电段采用2×KTACSR/EST-720/300即可与其输送容量相配合，若不采用耐热铝合金绞线，大跨越输电段需采用四分裂特强钢芯铝合金绞线或铝包钢绞线，二分裂导线和四分裂导线在风荷载上的差异是显而易见的，尤其对于大风区更为明显。据统计，二分裂导线比四分裂导线的风荷载小30% ～40%，而杆塔主材主要由风荷载控制，减小导线风荷载，可以有效降低杆塔主材的规格，节省杆塔材料量，显著降低工程造价。由于耐热铝合金线的导电率比高强铝合金线略低，线损会增加少许，但大跨越输电段占整条输电线路长度的比例很小，从整个工程来看，增加的线损所占的比例极小。

3 应用于大跨越输电工程的导线比较

以广东省某新建500 kV大跨越输电工程为例，对各种导线型式进行比较。该大跨越输电工程基本条件为:跨越档距1 250 m;耐张段长1 950 m;基本设计风速37 m/s(水面10 m高)。系统要求该线路在N-1情况下每回线路的输送容量不低于3 568 MVA(环境温度40℃)。根据以往大跨越输电导线选择经验，对跨距小于1 000 m的大跨越，导线拉重比不宜小于8;对档距处于1 000～1 500 m的，拉重比不宜小于12;对跨越超过1 500 m的，拉重比不宜小于15。根据以上经验值，再结合系统输送容量要求，选择了拉重比处于11.9～15.9的5种导线进行比选，根据其载流量的要求，组成二分裂、三分裂和四分裂相导线，其参数见表2。采用5种不同导线的工程投资比较见表3。

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由表3可知:

(1)方案5的直线跨越塔高度最高，铁塔和基础的费用较大，工程造价相对较高。

(2)方案4使用了特强型钢芯铝合金绞线使得直线跨越塔高度降低，但存在杆塔负荷大、铁塔和基础费用高、年运行费用高等问题，经济性不佳。

(3)方案3采用3×KTACSR/EST-530特强型钢芯耐热铝合金绞线，三分裂导线布置型式国内相对较少采用，目前仅有500 kV平武线大军山长江大跨越、±500 kV葛上直流吉阳长江大跨越等少数几个大跨越输电工程采用，运行经验少;且特殊布置使得导线失稳现象较难解决，运行经验不理想，其经济性能也不如方案1、2。

(4)从1995年起，双分裂导线型式在广东省500 kV沙江II回、罗江II回、肇西线、惠横线、台香线等多处大跨越输电线路中使用，有丰富的施工运行经验，效果良好。本工程选用的方案1(2×KTACSR/EST-910)和方案2(2×KTACSR/EST-1000)各方面相差不大，虽然方案2综合投资略高于方案1，但综合考虑线损、导线电气性能、导线运行温度，并为系统发展留有一定裕度，方案2应优于方案1。

(5)年运行费用包括维护费用和线损，其中维护费用按设备运行维护费率1.4%、基准贴现率8%、建设周期2年、使用寿命50年计算，线损按正常输送容量、年损耗小时数3 750 h、电价0.40元/(kW·h)计算。结果表明，方案5的年费用最低，方案2略高于方案5，其次是方案3和方案1，方案4的年费用最高。方案2采用耐热铝合金线，其过流能力相对方案5有较大优势，考虑到珠三角地区经济的迅速发展，方案2能为系统发展留有一定裕度。

根据以上分析，该大跨越输电导线最终采用每相2×KTACSR/EST-1000特强钢芯高强耐热铝合金绞线，分裂间距为700 mm。

4 结论

相对AACSR/EST绞线，KTACSR/EST绞线靠牺牲铝合金的部分强度来实现导线的输送容量增加(高强铝合金比高强耐热铝合金抗拉强度高15%左右)，由于大跨越输电导线的张力主要由钢芯承担，KTACSR/EST绞线相对AACSR/EST绞线在破断张力上的下降并不显著，对于跨距处于1 000～1500 m的大跨越而言，这种拉重比的减小对大跨越输电杆塔高度的增加影响甚小。但若采用KTACSR/EST绞线，可以使分裂根数减少或导线外径减小，这对于降低工程投资很有成效，采用高强铝合金导线比采用高强耐热铝合金导线在风荷载上增加了32% ～72%。本文中大跨越输电案例的基准风速相对较小(37 m/s)，对于设计风速大的大跨越输电，风荷载上的差值更加明显，从而直接影响工程投资。

由于广东地区大多处于台风区，大跨越输电的设计风速普遍较大，因此工程投资受风荷载影响较为敏感;广东地区大跨越输电线路的跨距在1 000～1 500 m的占绝大多数，这种跨距使得其对导线的拉重比的要求不是特别高;特强钢芯高强耐热铝合金绞线从1988年起在广东地区使用，积累了一定的运行、施工和设计经验。

［1］桂重，潘春平.500 kV同塔四回路西江大跨越输电导线选型研究［J］.广东输电与变电技术，2010，12(56):1-4.

［2］尤伟任.我国电力市场特种(增容)导线的发展和应用［C］//架空输电线路导线新技术研讨会.海南，中国:中国电力企业联合会，2008:82-89.

［3］广东省电力设计研究院.500 kV狮洋至五邑输电线路工程初步设计第一卷第三册西江大跨越设计说明书［R］.广州:广东省电力设计研究院，2009.

［4］王钢，郑永平.在吉阳长江大跨越输电上续建三峡右岸直流线路的研究［J］.中国电力，2003，36(1):55-59.

［5］王钢.架空输电线路大跨越导线的应用研究［C］//架空输电线路导线新技术研讨会.海南，中国:中国电力企业联合会，2008:27-40.

［6］朱正东，胡建明.三峡工程用特高强度钢芯铝合金大跨越导线的研制［J］.电线电缆，2002(6):17-19.

［7］徐睿，党朋，沈建华，等.三沪Ⅱ回直流工程吉阳大跨越用特高强度钢芯高强度耐热铝合金导线的选型设计与研究［C］//新型架空输电线技术与应用研讨会.清远，中国:中国电力企业联合会，2010:228-244.

［8］李文浩，徐睿，刘斌.用于大跨越输电的高强度耐热铝合金导线的研制［J］.电线电缆，2008(1):21-25.

［9］广东省电力设计研究院.500 kV台山电厂至香山送电线路工程初步设计第一卷第二册崖门大跨越设计说明书［R］.广州:广东省电力设计研究院，2004.