關于3類節(jié)能導線性能對比與適用范圍的研究
作者；鄭曉敏
目前，比較具備推廣應用條件的節(jié)能類導線主要包括鋼芯高導電率硬鋁絞線、鋁合金芯高導電率鋁絞線和巾強度鋁合金絞線3類。與鋼芯鋁絞線相比，節(jié)能導線的電氣和機械性能基本相同，只是導電性能都得到了提高。節(jié)能導線的開發(fā)為電力建設、設計部門提供了充分的選擇余地。
本文基于3類節(jié)能導線的技術特性．對3類節(jié)能導線的電氣性能、機械性能、配套金具、對桿塔的影響、施工技術等方面開展了技術對比分析，并進行了成果優(yōu)化和經(jīng)驗總結．給出了3類節(jié)能導線應用的指導意見。
1 3類節(jié)能導線的研究及應用情況
1.1 節(jié)能導線的研究情況
中國對鋼芯高導電率硬鋁絞線、鋁合金芯高導電率鋁絞線和中強度鋁合金絞線的材料和制造技術開展了一些研究，具備了一定的制造能力，但未從應用的角度系統(tǒng)地開展研究。國外對鋁合金芯高導電率鋁絞線和中強度全鋁合金絞線已開展了大規(guī)模的應用，但中國在此方面缺乏經(jīng)驗。
因此．國網(wǎng)公司堅持理論與實踐相結合的原則，從節(jié)能導線機械性能參數(shù)、導線空氣動力學特性、型線節(jié)能導線設計、節(jié)能導線覆冰特性、多股或少股結構影響方面開展理論及試驗研究．系統(tǒng)分析上述研究成果，完成了導線系列化型譜化研究；從節(jié)能導線交直流性能、電阻溫度性能、電氣特性方面開展理論及試驗研究：以系列化研究及電氣特性研究成果為依據(jù)開展節(jié)能導線選型設計研究，并完成了節(jié)能導線的工程應用。
1.2 節(jié)能導線的應用情況
國網(wǎng)公司于2012年統(tǒng)一組織開展了鋼芯高導電率硬鋁絞線、鋁合金芯高導電率鋁絞線和中強度鋁合金絞線等3類節(jié)能導線的試點應用．選取了30條110～500 kV電壓等級線路工程進行試點。2013年．綜合考慮節(jié)能導線產(chǎn)能和質量等因素．進一步擴大試點應用范圍，選取了輸送功率較大、最大負荷利用小時數(shù)較高的450項66～1 000 kV電壓等級工程進行試點應用。其中，淮南一南京一上海1 000 kV特高壓交流工程在泰州一上海段的線路、哈密一鄭州+800 kV特高壓直流輸電線路的部分線路段對鋁合金芯高導電率鋁絞線開展了試點應用。
經(jīng)統(tǒng)計．2012年的30項試點工程線路折單總長度為1023 km,節(jié)能導線總用量約9 055 t。
其中，鋼芯高導電率鋁絞線用量約為3 277 t．鋁合金芯高導電率鍋絞線用量約為3 309 t，中強度鋁合金絞線用量約為2 469 t。2013年的450項試點工程線路折單長度為1.57萬km，節(jié)能導線總用量約14.7萬t。其中，鋼芯高導電率鋁絞線用量約3.98萬t．鋁合金芯高導電率鋁絞線用量約6.99萬t．中強度鋁合金絞線用量約3.73萬t。
2性能對比
本文針對3種節(jié)能導線結構和技術參數(shù)，分別選取JLA/GIA -630/45鋼芯高導電率鋁絞線、JLl/LHAl-465/210 -42/19鋁合金芯高導電率鋁絞線和JLHA3 -675—61中強度鋁合金絞線3種等截面的絞線進行了電氣、機械性能對比分析。
2.1 電氣性能
圖1~3分別給出了3類節(jié)能導線直流、交流電阻值及交直流電阻比。
由圖l可見．3類節(jié)能導線中，JJA/GIA-630/45鋼芯高導電率鋁絞線直流電阻最小，JLHA3-
675 -61中強度鋁合金絞線直流電阻次之，JLl/LHAl-465/210-42/19鋁合金芯高導電率鋁絞線直流電阻最大，但相差不大，差值比例在0.2%以內。
由圖2和圖3可見，JIA/GIA -630/45不同溫度下交流電阻最大，JLHA3 -675 -61交流電阻次之，JLl/LHAl -465/210 -42/19交流電阻最小。JLA/GIA-630/45的交直流電阻比最大，主要是由于其交流電阻增量由磁滯、渦旋效應和集膚效應2個部分引起。而LHA3—675 -61和JLl/LHAl -465/210 -42/19的交流電阻增量只由集膚效應引起。因此，在3種等截面絞線的20℃直流電阻相差不大的情況下，鋁合金芯高導電率鋁絞線或中強度鋁合金絞線的交流電阻更小，因而更適用于交流輸電線路。
2.2機械性能
圖4~6分別給出了3類節(jié)能導線的額定拉斷力、線密度和拉重比（導線拉斷力與單位長度重量的比值，下同）。
由圖4可見，JLA/GIA -630/45額定拉斷力最大，JLHA3-675 -61額定拉斷力次之，JLl/LHAl-
465/210 -42/19額定拉斷力最小。對于675 mm2截面的絞線．鋼芯高導電率鋁絞線的額定拉斷力比鋁合金芯高導電率鋁絞線大26.6%。
南圖5可見．JLA/GIA -630/45線密度最大，JLHA3 -675 -61線密度次之，JLl/LHAl -465/210-
42/19線密度最小。
由圖6可見，JLHA3-675-61中強度鋁合金絞線拉重比最大．JIA/GIA -630/45和JLl/LHAl -465/210-42/19拉重比近似相等。
圖7和圖8為3類節(jié)能導線的10年蠕變量和等效降溫值（導線降溫法施工蠕變量設計參數(shù)，下同）。
由圖7可知．3類675 mm2等截面節(jié)能導線中，JLl/LHAl -465/210 -42/19的10年蠕變量最大，JLHA3 -675 -61 10年蠕變量次之，JLA/GIA-630/45 10年蠕變量最小。將之轉換為降溫值如圖8所示，JLl/LHAl-465/210 -42/19等效降溫值為26.10℃，JLHA3-675 -61等效降溫值為22.25℃．JIA/GIA-630/45等效降溫值為22.89℃。
2.3小結
根據(jù)導電截面為675 mm2的3種節(jié)能導線的電氣、機械性能對比可得：
(1)3類節(jié)能導線20℃直流電阻相差不大，差值比例在0.2%以內。(2)鋼芯高導電率鋁絞線交直流電阻比最大，交流輸電更宜采用鋁合金芯高導電率鋁絞線或中強度鋁合金絞線。(3)中強度鋁合金絞線的拉重比最大。(4)鋼芯高導電率鋁絞線的額定拉斷力最大、蠕變量最小、等效降溫值最大。
3節(jié)能導線配套金具
3種節(jié)能導線配套金具除耐張線夾、接續(xù)管與普通導線配套金具有所差異外，其余金具均一致。其中鋼芯高導電率鋁絞線的結構及機械力學性能與鋼芯鋁絞線一致，其配套耐張線夾、接續(xù)管與鋼芯鋁絞線配套耐張線夾、接續(xù)管可以共用。
鋁合金芯高導電率鋁絞線和中強度鋁合金絞線耐張線夾、接續(xù)管設計參考理論與實驗結果確定了壓接次數(shù)、鋁管內徑、鋁管外徑、鋁管有效壓接長度及拔梢長度、鋁合金管內徑、鋁合金管外徑及鋁合金管長度等參數(shù)。
3.1 耐張線夾
鋁合金芯高導電率鋁絞線配套耐張線夾如圖9所示，主要尺寸如表1所示。對于鋁合金芯高導電率鋁絞線配套耐張線夾分為一次壓接和兩次壓接2種，對于鋁股／鋁合金股為42/19結構的鋁合金芯高導鋁絞線配套耐張線夾，試驗中握力值與累加拉力值相差較大，導線強度保存率較低，因此采用兩次壓接；其余結構采用一次壓接。
中強度鋁合金絞線配套耐張線夾，如圖10所示，主要尺寸如表2所示。對于中強度鋁合金絞線耐張線夾全部采用一次壓接。
3.2接續(xù)管
鋁合金芯高導電率鋁絞線接續(xù)管如圖11所示，主要尺寸如表3所示。只有導線結構鋁股／鋁合金股為42/19的采用兩次壓接，其余結構采用一次壓接。
中強度鋁合金絞線接續(xù)管如圖12所示，主要尺寸如表4所示。對于中強度鋁合金絞線接續(xù)管全部采用一次壓接。
3.3小結
針對3種節(jié)能導線配套金具的結構分析可得：(1)采用鋼芯高導電率鋁絞線可直接選用通用設計金具串型進行設計：采用鋁合金芯高導電率鋁絞線或中強度鋁合金絞線時，可參照通用設計金具串型設計，僅需將耐張線夾和接續(xù)管更換為與節(jié)能導線配套的即可。(2)鋁合金芯高導電率鋁絞線配套耐張線夾和接續(xù)管采取一次壓接還是兩次壓接取決于導線結構，只有導線結構鋁股／鋁合金股為42/19的采用兩次壓接．其余結構采用一次壓接。(3)中強度鋁合金絞線的耐張線夾與接續(xù)管全部采用一次壓接。
4節(jié)能導線對桿塔的影響
4.1 節(jié)能導線對桿塔塔頭間隙的影響分析
桿塔塔頭間隙主要由絕緣子串的風偏角決定。目前，在線路工程中，常用Kv值（懸垂絕緣子串風偏角計算用桿塔垂直檔距與水平檔距的比值．下同）來確定風偏角。其中，平地K。一般取0.75左右，丘陵及低山地一般取0.65—0.75．山地及大山地一般取0.55～0.65。在通用設計桿塔中，每一個模塊的Kv值均已給定。在選用節(jié)能導線后，Kv值將發(fā)生改變。因此，可通過修正桿塔的Kv值，滿足桿塔風偏校驗的要求。Kv值修正系數(shù)如表5所示。
從桿塔定位校驗風偏角來看．可以采取2種措施：(1)桿塔定位后，水平檔距、垂直檔距均不變化。加掛重錘片即可。(2)桿塔定位后，水平檔距不變化，調整垂直檔距值即可。
規(guī)格為240/30，240/40，300/40，400/35系列導線，可同時采用以上措施使桿塔滿足安全使用要求。對于其余規(guī)格的導線．工程設計校驗時只需采取其中任何一種措施．即可使桿塔滿足安全使用要求。
4.2導線對桿塔荷載的影響分析
按照導線截面的不同．本文對比了10種不同規(guī)格導線的線條荷載變化，具體如表6所示。
從上述10種不同截面導線線條荷載的對比結果可以得出如下結論：
(1)規(guī)格在500/45以下（含500/45），節(jié)能導線的線條荷載均不超過或等同于普通鋼芯鋁絞線；原對應桿塔可繼續(xù)使用。
(2)規(guī)格在720/50以上（含720/50），節(jié)能導線的線條荷載中線條水平荷載及垂直荷載均不超過或等同于普通鋼芯鋁絞線，僅中強度鋁合金絞線最大使用張力比普通鋼芯鋁絞線大3%～4%；可以采取放松張力的方法以滿足原設計模塊的使用條件。在采用中強度鋁合金絞線情況下，原對應的桿塔結構也可繼續(xù)使用。
(3)規(guī)格為630/45節(jié)能導線的線條荷載中線條水平荷載及垂直荷載均不超過或等同于普通鋼芯鋁絞線，僅中強度鋁合金絞線最大使用張力比普通鋼芯鋁絞線大8%左右。如采用中強度鋁合金絞線，需對原桿塔結構進行驗算甚至全新設計。
4.3氣象影響
(1)由于鋁合金芯高導電率鋁絞線和中強度鋁合金絞線不存在不同金屬之間的電位腐蝕問題，推薦在沿海、重工業(yè)區(qū)等大氣腐蝕嚴重地區(qū)使用。
(2)由于鋼芯高導電率鋁絞線的鋼芯強度裕度大．對于持續(xù)微風、大高差、大檔距、重冰區(qū)等線路區(qū)段，設計單位應充分考慮工程安全運行要求，原則上推薦采用。
(3)對于中冰區(qū)的輸電線路，設計單位在導線選型中．應對導線外層應力及覆冰過載能力進行論證，具備條件的可選用鋁合金芯高導電率鋁絞線和中強度鋁合金絞線。
4.4小結
綜上所述，得到以下結論：
(1)考慮到鋁合金芯高導電率鋁絞線和中強度鋁合金絞線自重輕、弧垂小的特點，在與通用設計桿塔匹配時，主要通過優(yōu)化排位的方法，實現(xiàn)工程綜合指標的優(yōu)化。
(2)在地形條件較差、重冰區(qū)，優(yōu)先采用鋼芯高導電率鋁絞線：在大氣腐蝕嚴重地區(qū)，優(yōu)先選用鋁合金芯高導電率鋁絞線或中強度鋁合金絞線。
5節(jié)能導線施工技術要求
5.1 主要機具
普通鋼芯鋁絞線采用的施工機具對3類節(jié)能導線均能適用。
張力機輪槽尺寸應與節(jié)能導線的外徑相適應。
導線放線滑車輪槽底部的輪徑應與節(jié)能導線的外徑相適應。
導線外徑應處于卡線器、網(wǎng)套等卡具的適用范圍之內，以免損傷、滑脫導線。
導線在施工作業(yè)前應開展卡線器配合試驗，以驗證卡線器與導線的配合緊線效果�？ň�器在夾持導線模擬緊線作業(yè)時，應在承受不小于40%導線的額定拉斷力時導線不滑移、無破損。
5.2放線
3類節(jié)能導線的放線技術要求與普通鋼芯鋁絞線相同。為使牽引順利，放線速度應該保持在1.2～3.0 km/h。放線張力應通過安裝在張力機上的張力儀進行檢測．張力放線區(qū)段長度不宜超過20個放線滑輪的線路長度，且必須采用有效施工措施，以防止導線在展放中受壓損傷及接續(xù)管出口處導線損傷。張力放線通過重要跨越地段時．宜適當縮短張力放線區(qū)段長度。張力放線時，直線接續(xù)管應加裝保護套，以防通過滑車時接續(xù)管彎曲超過規(guī)定。
5.3導線壓接
對于鋁合金芯高導電率鋁絞線，高導電率鋁線／鋁合金線的結構為18/19，采用一次壓接；高導電率鋁線／鋁合金線的結構為42/19．采用二次壓接。對于中強度鋁合金絞線，采用一次壓接。
應對鋼模尺寸進行適用性檢查，其規(guī)格應與壓接部件的外徑匹配。
對于鋁合金芯高導電率鋁絞線和中強度鋁合金絞線，耐張管鋁管采用倒壓工序，接續(xù)管鋁管采用順壓工序。
5.4試壓接試驗
依據(jù)《110—500 kV架空送電線路施T及驗收規(guī)范>( GB 50233-2005)，展放前現(xiàn)場的試壓接拉力試驗值大于設計破斷拉力的95%即額定拉斷力的90%即為合格。
6結論
本文基于3類節(jié)能導線的技術特性．對3類節(jié)能導線的電氣性能、機械性能、配套金具、對桿塔的影響、施工技術等方面開展了技術對比分析，得到主要結論如下。
(1)鋼芯高導電率鋁絞線交直流電阻比最大，額定拉斷力最大、蠕變量最小、等效降溫值最大，其配套耐張線夾、接續(xù)管、施工機具、放線技術與普通鋼芯鋁絞線可以共用，相較于普通鋼芯鋁絞線對桿塔無影響。
(2)鋁合金芯高導電率鋁絞線更適用于交流輸電；高導電率鋁線／鋁合金線的結構為18/19．采用一次壓接：高導電率鋁線／鋁合金線的結構為42/19，采用二次壓接：其耐張管鋁管采用倒壓工序，接續(xù)管鋁管采用順壓工序；施工機具、放線技術與普通鋼芯鋁絞線可以共用；對于通用桿塔，規(guī)格為240/30，240/40，300/40，400/35系列的鋁合金芯高導電率鋁絞線可通過加掛重錘片和調整垂直檔距值滿足塔頭間隙的要求，對于其余規(guī)格的導線，只需采取其中任何一種措施即可：在720/50以上(含720/50)可以采取放松張力的方法以滿足桿塔荷載要求。
(3)中強度鋁合金絞線拉重比最大：施工機具、放線技術與普通鋼芯鋁絞線可以共用：壓接采用一次壓接；其耐張管鋁管采用倒壓工序，接續(xù)管鋁管采用順壓工序：規(guī)格為630/45的中強度鋁合金絞線需對原桿塔結構進行重新驗算，其他型號與鋁合金芯高導電率鋁絞線采取的措施相同。
7摘要：近年來，隨著中國電網(wǎng)建設的發(fā)展，國內導線設計制造技術發(fā)展迅速。針對鋼芯高導電率硬鋁絞線、鋁合金芯高導電率鋁絞線和中強度鋁合金絞線3類新型節(jié)能導線的技術特性．開展了性能對比與適用范圍研究、結合導線電氣、機械性能開展了性能對比：結合導線耐張線夾、接續(xù)管方案開展了配套金具對比：結合桿塔塔頭間隙和桿塔荷載開展了桿塔影響研究：結合施工機具、放線和壓接開展了導線施工技術研究：綜合上述研究結論給出了3類新型節(jié)能導線的應用指導意見。
