特高强度钢芯软铝绞线在实际工程中的应用研究

柯定芳

（国家电网公司电力器材安全性能检测技术实验室，杭州 310015）

电力部门常采用导线增容来解决通道问题。目前各种增容导线在机械性能上逐渐成熟，能满足实际生产需要，因此，本文主要从电气性能角度考虑特高强度钢芯软铝绞线在实际中大规模应用的可行性[1]。

1 增容导线概述

目前常用的增容导线有碳纤维复合材料芯软铝绞线、耐热铝合金导线、钢芯软铝绞线等，这几种导线各有优缺点。

（1）碳纤维复合材料芯软铝绞线可增加100%载流量[2]，并能在150℃稳定运行，但造价是普通导线的3～4倍。

（2）耐热铝合金导线是在铝重熔过程中添加一定数量的锆，可在提高运行温度的同时保持导线的机械性能基本不变，添加的锆导致其导电率仅为60%IACS，因此会增加输电线路损耗，从而增加运行成本。

（3）钢芯软铝绞线是一种以软态型材铝单线绞合作为导体、以特高强度钢芯作为加强芯的节能导线。铝线经全软化退火处理，导线运行温度不会因铝的软化特性而受到限制，完全由钢的软化特性所决定，而钢的再结晶温度较高，可以在较高的温度下保持正常的机械强度，因此，该导线的允许工作温度较普通架空导线高。

2 特高强度钢芯软铝绞线

特高强度钢芯软铝绞线的设计理念是铝仅起导电作用，钢芯起整根导线的承力作用，因此充分发挥了铝材和钢材各自的性能优势，是节能增容型导线，具有弛度低、自阻尼特性好、制造成本低、适用性强等特点。

铝的热膨胀系数为23×10-6/℃，而钢的热膨胀系数只有铝的1/2，仅11.5×10-6/℃，当导线运行温度上升时，由于热膨胀系数的差异，软铝线股将产生不可恢复的永久变形，应力转移特性使导线所受张力转移到特强钢芯上，这时导线的热膨胀系数就是钢的热膨胀系数。因此，工作温度上升后，钢芯软铝绞线的弛度远比普通钢芯铝绞线小[3]。

3 导线试验

沥汇—展望220 kV双回输电线路工程中使用了JLRZ/EST-400/50特高强度钢芯软铝绞线，国家电网公司电力器材安全性能检测技术实验室对线路的直流电阻、载流量、倍容、能耗等主要电气指标进行了相关试验，并与普遍使用的钢芯铝绞线JL/GIA-400/35进行了对比。

3.1 导线直流电阻

根据GB/T 3048.4-2007的要求对导线进行了直流电阻试验，被试导线通过配套耐张线夹安装在拉力试验机上，施加一定的载荷使导线处于笔直状态。用直流电阻测试仪测量导线电阻，并计算导线在20℃时的电阻值，再换算成单位长度电阻。

试验结果表明：导线在20℃时的单位长度电阻为0.068 5 Ω/km，小于普通钢芯铝绞线JL/G1A-400/35的标准电阻值0.073 9 Ω/km。

3.2 导线载流量

参照GB/T 2317.3-2008中的有关试验条件和温度测量方法，控制环境温度在20±5℃，消除热扰动影响，将被试导线JLRZ/EST-400/50通过配套耐张线夹安装在拉力试验机上，施加载荷达到导线计算拉断力的20%作为预张力；导线两端的耐张线夹通过引流导线与大电流发生装置相连组成试验回路；向试验回路注入一定的电流，使导线温度分别达到 70℃，80℃，90℃，100℃，110℃，120℃，130℃，140℃和150℃，记录各个温度下的电流值，并循环3次。各温度点的平均载流量数值见表1。

表1 不同试验温度下的导线载流量

由表1可知，在约90℃时，特高强度钢芯软铝绞线的载流量比普通钢芯铝绞线低，但是因为能在150℃稳定运行，因此其通流能力要比普通钢芯铝绞线在最高温度运行时高约30%。

3.3 倍容试验

根据GB/T 2317.3-2008，将被试导线JLRZ/EST-400/50通过配套耐张线夹安装在拉力试验机上，施加载荷达到导线计算拉断力的20%作为预张力；将导线两端的耐张线夹通过引流导线与大电流发生装置相连组成试验回路；向试验回路注入一定的电流，使导线温度稳定在50℃，60℃，70℃，80℃和 90℃，再分别将电流增至 1.5I和2.0I；每2 min记录1次导线温度，得到30 min内的导线温度与时间的变化关系，见表2、表3。

表2 LRZ/EST-400/50导线在1.5倍容量时的温度-时间关系

从表2可知，当导线起始运行温度为90℃时，对应当时的导线运行电流，可短时（28 min）增加电流至运行电流的1.5倍，确保导线运行温度不超过设计最高运行温度150℃。

从表3可知，当导线起始运行温度为90℃时，极限情况下，可短时（8 min）增加电流至运行电流的2倍，此时导线最高温度为153℃。

3.4 能耗试验

参照GB/T 2317.3-2008中“5.1试验条件”，控制环境温度在20±5℃，消除热扰动影响，将被试导线JLRZ/EST-400/50及JL/G1A-400/35分别通过配套耐张线夹安装在拉力试验机上，施加载荷达到导线计算拉断力的20%作为预张力。使用导线两端的耐张线夹，通过引流导线与大电流发生装置相连组成试验回路。在试验回路里通入一定的电流，分别测量JLRZ/EST-400/50和JL/G1A-400/35型导线的能耗并转换为单位能耗。表4是2种型号导线的单位能耗对比。

表3 LRZ/EST-400/50导线在2倍容量时的温度-时间关系

表4 能耗对比表

由表4可知，在电流相同的情况下，特高强度钢芯软铝绞线比普通钢芯铝绞线降低能耗均在4.5%以上。

4 经济效益分析

目前，特高强度钢芯软铝绞线已逐步应用于实际工程，造价也明显降低。以1 km计算，与普通钢芯铝绞线的经济效益比较如表5所示。

表5 经济效益对比表

经过计算，当导线电流为842 A、运行温度约90℃时，每1 km特高强度钢芯软铝绞线的年输电能损耗比普通钢芯铝绞线低2.6万kWh，按0.45元/kWh上网电价计算，是2种导线价格差的1.7倍；若运行温度为50℃，则1年节约的电费支出与2种导线价格差基本相近。

特高强度钢芯软铝绞线在运行温度为150℃时的输电能力是普通钢芯铝绞线的1.3倍，但此时的能耗比90℃时高出1倍，说明特高强度钢芯软铝绞线应用也有一定的局限性。

5 结论

试验证明，特高强度钢芯软铝绞线（JLRZ/EST-400/50）的输电能力可达普通钢芯铝绞线（JL/G1A-400/35）1.3倍以上，能耗降低4.5%以上，工程中导线所增加费用通过节能方式可在短期内弥补。在施工工艺日益成熟的今天，选择特高强度钢芯软铝绞线作为线路改造中的扩容导线是完全可行的。

[1]黄豪士.输电线路节能型增扩容导线的特性[J].电力建设，2010，31（2）:29-34.

[2]黄豪士.用于资源节约型输电线路的导线之二-节能型系列导线的主要品种及特性[J].电线电缆，2011（2）:16-21.

[3]谢东升.浅析特强钢芯软铝绞线在输电线路中的应用[J].科技情报开发与经济，2010，20（4）:217-218.