间隙型钢芯超耐热铝合金绞线在输电线路工程中的应用

赵春明，艾 威，孙 勇，康炳杰，崔铁刚

（1.国网吉林省电力有限公司电力科学研究院，长春 130021；2.吉林省电力勘测设计院，长春 130022；3.国网吉林省电力有限公司培训中心，长春 130022）

随着电网建设的发展和线路输送容量的需要，利用原有线路更换耐热导线来提高输送能力，无须重新征用线路走廊，在原有铁塔基础上，仅更换导线，既节约了大量土地征用，又缩短了建设工期，能够取得明显的技术效果和经济效益，已成为提高导线载流量的有效手段之一，并越来越多地应用在输电线路建设中。某热电厂现有2回220kV 线路接入220kV 某变电站，已经明显不能满足电厂的输送容量需求。若采取新建线路，造价将显著上升，因此采用耐热导线增加电厂的输送容量。该工程线路沿线较复杂，跨越多处66kV 线路和公路，在更换耐热导线后必须考虑耐热导线的弧垂随温度升高而增大的情况，否则不满足导线对地距离及交叉跨越的要求，因此需要采用一种既能够满足大的输送容量又能够保持低弧垂的导线。

1 间隙型钢芯超耐热铝合金绞线简介

1.1 性能

普通的耐热导线在输送容量加大的情况下，随着温度的升高，其机械性能会有一定的下降，从而弧垂会增大，对线下的跨越物间距不能满足GB 50545—2010《110kV～500kV 架空输电线路设计技术规范》要求。耐热铝合金线是在铝材中添加了金属锆，使得耐热铝合金线的软化性得到了提高，也就提高了导线的耐热性能。普通导线的发热允许温度为70℃，间隙型钢芯超耐热铝合金绞线的发热允许温度可以达到200℃以上，显著提高了导线的载流量。

1.2 结构

图1 间隙型钢芯超耐热铝合金绞线GZTACSR410SQ

该工程所采用的导线为间隙型钢芯超耐热铝合金绞线GZTACSR 410SQ，结构如图1所示。此种导线是耐热铝合金绞线中结构较为特殊的品种。钢芯和铝线层之间存在一定的间隙。钢芯为特强钢芯，铝线为超耐热铝合金线，钢芯与内层铝合金线能各自独立移动，在间隙中填满耐热润滑油脂，以便减少钢芯与内层铝合金线之间的摩擦。这种导线在安装时需要用一种特殊架线方法使导线的所有张力均落在钢芯上，这样，导线带电运行时的弧垂变化即取决于钢芯的线膨胀，铝线的线膨胀对导线的弧垂变化不起作用；钢芯的线膨胀系数为11.5×10－6／℃，约为一般钢芯耐热铝合金绞线的线膨胀系数（约为19×10－6～21×10－6／℃）的1／2，因此，GZTACSR能在高温下维持低弧垂。另一种能够维持低弧垂的耐热导线为殷钢芯耐热铝合金绞线（ZTACIR／AS 410SQ），它利用了导线中殷钢芯和铝合金线线膨胀系数差异较大的特点，随着运行温度的提高，导线的张力逐步向殷钢芯转移，当到达迁移点温度时，导线的张力全部转移到殷钢芯，达到了低弧垂的效果，这种张力转移是一种自然转移，而间隙型钢芯超耐热铝合金绞线是在架线时，采用机械方法强制实现导线内部张力的转移，因此是一种人工转移，弧垂变化较小，所以采用GZTACSR 间隙型钢芯超耐热铝合金绞线是经济合理的。

2 间隙型钢芯超耐热铝合金绞线的工程应用

2.1 机械及电气特性的比较

各种增容导线与钢芯铝绞线的导线性能比较见表1，其中：ACSR为钢芯铝绞线；ACSSR为钢芯软铝绞线；ACCR为铝基陶瓷纤维芯铝绞线；ACCC／TW为碳纤维芯软铝绞线；ZTACIR为殷钢芯超耐热铝合金绞线。本工程采用耐热导线主要机械及电气特性见表2。

从表1可以看出，间隙型钢芯超耐热铝合金绞线GZTACSR 迁移点温度不受限制，应用更方便灵活且造价适中，输送容量满足工程要求。在使用各种增容导线时，导线弧垂随温度的变化情况是设计线路时特别关注的要点之一。由于材料和结构上的差异，不同的增容导线，其弧垂随温度升高的变化量差别也较大。殷钢芯超耐热铝合金绞线ZTACIR和间隙型钢芯超耐热铝合金绞线GZTACSR、碳纤维芯软铝绞线ACCC、铝基陶瓷纤维芯铝绞线ACCR 等增容导线，由于其弧垂随温度的变化相对于普通的钢芯铝绞线ACSR 及其他增容导线较小，具有较好的低弧垂特性，因此又可以称之为低弧垂导线。国际上有的学者把这一类低弧垂导线称之为高温低弧垂导线（缩写为HTLS）。

在该工程项目中对于金具的选择：常规金具不能满足耐热导线提高的载流量而引起的导线发热，需要配套的金具。通过加大金具与耐热导线的直接接触面积，来降低金具的运行温度；采用铝锆合金作为金具的导电部分。因为铝锆合金可以有效地抵抗高温退火的影响，能够在高达230℃的温度保持其强度。

设210℃时档距／弧垂为lc210／fd210，180℃时档距／弧垂为lc180／fd180，150℃时档距／弧垂为lc150／fd150，已知塔地面高程为ht0为208.1m，下导线对地高度hxdd0为27m；地线地面高程hdx0为201.9m，地线对地高度hdx0′为18.1 m；3 号塔地面高程h3t0为196m，下横担对地高度hxhd0为36m，下横担绝缘子长度hxhdj为2.6m，实际档距ld1为249m；66kV辽西线距3号塔h66－3t为118m。

表1 各种增容导线与钢芯铝绞线的导线性能比较

表2 本工程所采用的耐热导线的机械及电气特性

本工程换线后N－1（150℃），3号到4号导线对66kV LX 线距离Δh计算如下。

4号塔下导线高程：

h4txdx＝ht0＋hxdd0＝235.1m

66kV 辽西线地线高程：

h66dx0＝hdx0＋hdx0′＝220m

3号塔下导线高程：

h3txdx＝h3t0＋（hxhd0－hxhdj）＝229.4m

3号塔与4号塔下导线高程差：

Δh3t－4t＝h4txdx－h3txdx＝5.7m

66kV 辽西线3号塔与4号塔高程差：

Δh66＝（Δh3t－4t／ld1）×（ld1－h66－3t）＝3m

150℃实际弧垂：fc1＝fd150×（ld1／h2）2＝6.9m

66kV 辽西线地线距导线距离：

Δh66dd＝h4txdx－h66dx0－Δh66－fc1＝5.2m。

66kV LX 线地线距导线高5.2 m，大于GB 50545—2010要求的4 m，满足要求。线路跨越66 kV L－RJY 线、66kV L－SJY 线、66kV LX 线 时，220 kV 导线换导线前、换导线后（正常）、换导线后N－1（150℃）工况下，导线对66kV 地线交叉跨越距离都大于4m，满足工程要求。

2.2 经济性比较

为满足输送容量要求，线路的增容改造若采用新建线路方案，原线双回路1×LGJ－400 导线则需要换为双回路2×LGJ－400 导线；需新建铁塔、基础、更换导线；发生征地补偿、青苗补偿、林木补偿等费用；相关的审批、环保测评等费用。

采用更换耐热导线的方案，利用原线路，不用新建铁塔及基础、办理征地、相关审批手续，也不会对环境造成二次破坏，但其发热引起的线损要高于普通导线。以该热电厂送出工程为例，对两种方案的经济性做了分析，见表3，其中线损年费用是指双回导线发热。从表3看出，新建线路需新建7基铁塔，按照0.7km 线路剩余使用年限25年计算，铁塔、基础、导线、征地费用共计365.6万元，而更换耐热导线时以上各项费用共计106.9万元，更换耐热导线可比新建线路节省258.7万元，既达到增容目的又比较经济，线路越短经济效益越明显。

表3 某热电厂送出工程为例对两种方案的经济性比较

3 结束语

目前线路上应用耐热导线提高输送容量的技术逐渐成熟，在各地也有一定的运行经验。在城区线路改造和线路走廊拥挤地区应积极采用耐热导线，既可以大幅提高线路的输送容量，节省工程投资，缩短建设工期，又能节约日益紧张的土地资源，符合国家电网公司“两型三新”建设理念。吉林省电力建设工程首次应用间隙型钢芯超耐热铝合金绞线，此种新型材料将在吉林省的推广起到示范作用，也为今后吉林省的电网建设积累了经验。