間隙型鋼芯超耐熱鋁合金絞線在輸電線路工程中的應(yīng)用

趙春明，艾 威，孫 勇，康炳杰，崔鐵剛

（1.國網(wǎng)吉林省電力有限公司電力科學(xué)研究院，長春 130021；2.吉林省電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院，長春 130022；3.國網(wǎng)吉林省電力有限公司培訓(xùn)中心，長春 130022）

隨著電網(wǎng)建設(shè)的發(fā)展和線路輸送容量的需要，利用原有線路更換耐熱導(dǎo)線來提高輸送能力，無須重新征用線路走廊，在原有鐵塔基礎(chǔ)上，僅更換導(dǎo)線，既節(jié)約了大量土地征用，又縮短了建設(shè)工期，能夠取得明顯的技術(shù)效果和經(jīng)濟(jì)效益，已成為提高導(dǎo)線載流量的有效手段之一，并越來越多地應(yīng)用在輸電線路建設(shè)中。某熱電廠現(xiàn)有2回220kV 線路接入220kV 某變電站，已經(jīng)明顯不能滿足電廠的輸送容量需求。若采取新建線路，造價(jià)將顯著上升，因此采用耐熱導(dǎo)線增加電廠的輸送容量。該工程線路沿線較復(fù)雜，跨越多處66kV 線路和公路，在更換耐熱導(dǎo)線后必須考慮耐熱導(dǎo)線的弧垂隨溫度升高而增大的情況，否則不滿足導(dǎo)線對(duì)地距離及交叉跨越的要求，因此需要采用一種既能夠滿足大的輸送容量又能夠保持低弧垂的導(dǎo)線。

1 間隙型鋼芯超耐熱鋁合金絞線簡介

1.1 性能

普通的耐熱導(dǎo)線在輸送容量加大的情況下，隨著溫度的升高，其機(jī)械性能會(huì)有一定的下降，從而弧垂會(huì)增大，對(duì)線下的跨越物間距不能滿足GB 50545—2010《110kV～500kV 架空輸電線路設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)范》要求。耐熱鋁合金線是在鋁材中添加了金屬鋯，使得耐熱鋁合金線的軟化性得到了提高，也就提高了導(dǎo)線的耐熱性能。普通導(dǎo)線的發(fā)熱允許溫度為70℃，間隙型鋼芯超耐熱鋁合金絞線的發(fā)熱允許溫度可以達(dá)到200℃以上，顯著提高了導(dǎo)線的載流量。

1.2 結(jié)構(gòu)

圖1 間隙型鋼芯超耐熱鋁合金絞線GZTACSR410SQ

該工程所采用的導(dǎo)線為間隙型鋼芯超耐熱鋁合金絞線GZTACSR 410SQ，結(jié)構(gòu)如圖1所示。此種導(dǎo)線是耐熱鋁合金絞線中結(jié)構(gòu)較為特殊的品種。鋼芯和鋁線層之間存在一定的間隙。鋼芯為特強(qiáng)鋼芯，鋁線為超耐熱鋁合金線，鋼芯與內(nèi)層鋁合金線能各自獨(dú)立移動(dòng)，在間隙中填滿耐熱潤滑油脂，以便減少鋼芯與內(nèi)層鋁合金線之間的摩擦。這種導(dǎo)線在安裝時(shí)需要用一種特殊架線方法使導(dǎo)線的所有張力均落在鋼芯上，這樣，導(dǎo)線帶電運(yùn)行時(shí)的弧垂變化即取決于鋼芯的線膨脹，鋁線的線膨脹對(duì)導(dǎo)線的弧垂變化不起作用；鋼芯的線膨脹系數(shù)為11.5×10－6／℃，約為一般鋼芯耐熱鋁合金絞線的線膨脹系數(shù)（約為19×10－6～21×10－6／℃）的1／2，因此，GZTACSR能在高溫下維持低弧垂。另一種能夠維持低弧垂的耐熱導(dǎo)線為殷鋼芯耐熱鋁合金絞線（ZTACIR／AS 410SQ），它利用了導(dǎo)線中殷鋼芯和鋁合金線線膨脹系數(shù)差異較大的特點(diǎn)，隨著運(yùn)行溫度的提高，導(dǎo)線的張力逐步向殷鋼芯轉(zhuǎn)移，當(dāng)?shù)竭_(dá)遷移點(diǎn)溫度時(shí)，導(dǎo)線的張力全部轉(zhuǎn)移到殷鋼芯，達(dá)到了低弧垂的效果，這種張力轉(zhuǎn)移是一種自然轉(zhuǎn)移，而間隙型鋼芯超耐熱鋁合金絞線是在架線時(shí)，采用機(jī)械方法強(qiáng)制實(shí)現(xiàn)導(dǎo)線內(nèi)部張力的轉(zhuǎn)移，因此是一種人工轉(zhuǎn)移，弧垂變化較小，所以采用GZTACSR 間隙型鋼芯超耐熱鋁合金絞線是經(jīng)濟(jì)合理的。

2 間隙型鋼芯超耐熱鋁合金絞線的工程應(yīng)用

2.1 機(jī)械及電氣特性的比較

各種增容導(dǎo)線與鋼芯鋁絞線的導(dǎo)線性能比較見表1，其中：ACSR為鋼芯鋁絞線；ACSSR為鋼芯軟鋁絞線；ACCR為鋁基陶瓷纖維芯鋁絞線；ACCC／TW為碳纖維芯軟鋁絞線；ZTACIR為殷鋼芯超耐熱鋁合金絞線。本工程采用耐熱導(dǎo)線主要機(jī)械及電氣特性見表2。

從表1可以看出，間隙型鋼芯超耐熱鋁合金絞線GZTACSR 遷移點(diǎn)溫度不受限制，應(yīng)用更方便靈活且造價(jià)適中，輸送容量滿足工程要求。在使用各種增容導(dǎo)線時(shí)，導(dǎo)線弧垂隨溫度的變化情況是設(shè)計(jì)線路時(shí)特別關(guān)注的要點(diǎn)之一。由于材料和結(jié)構(gòu)上的差異，不同的增容導(dǎo)線，其弧垂隨溫度升高的變化量差別也較大。殷鋼芯超耐熱鋁合金絞線ZTACIR和間隙型鋼芯超耐熱鋁合金絞線GZTACSR、碳纖維芯軟鋁絞線ACCC、鋁基陶瓷纖維芯鋁絞線ACCR 等增容導(dǎo)線，由于其弧垂隨溫度的變化相對(duì)于普通的鋼芯鋁絞線ACSR 及其他增容導(dǎo)線較小，具有較好的低弧垂特性，因此又可以稱之為低弧垂導(dǎo)線。國際上有的學(xué)者把這一類低弧垂導(dǎo)線稱之為高溫低弧垂導(dǎo)線（縮寫為HTLS）。

在該工程項(xiàng)目中對(duì)于金具的選擇：常規(guī)金具不能滿足耐熱導(dǎo)線提高的載流量而引起的導(dǎo)線發(fā)熱，需要配套的金具。通過加大金具與耐熱導(dǎo)線的直接接觸面積，來降低金具的運(yùn)行溫度；采用鋁鋯合金作為金具的導(dǎo)電部分。因?yàn)殇X鋯合金可以有效地抵抗高溫退火的影響，能夠在高達(dá)230℃的溫度保持其強(qiáng)度。

設(shè)210℃時(shí)檔距／弧垂為lc210／fd210，180℃時(shí)檔距／弧垂為lc180／fd180，150℃時(shí)檔距／弧垂為lc150／fd150，已知塔地面高程為ht0為208.1m，下導(dǎo)線對(duì)地高度hxdd0為27m；地線地面高程hdx0為201.9m，地線對(duì)地高度hdx0′為18.1 m；3 號(hào)塔地面高程h3t0為196m，下橫擔(dān)對(duì)地高度hxhd0為36m，下橫擔(dān)絕緣子長度hxhdj為2.6m，實(shí)際檔距l(xiāng)d1為249m；66kV遼西線距3號(hào)塔h66－3t為118m。

表1 各種增容導(dǎo)線與鋼芯鋁絞線的導(dǎo)線性能比較

表2 本工程所采用的耐熱導(dǎo)線的機(jī)械及電氣特性

本工程換線后N－1（150℃），3號(hào)到4號(hào)導(dǎo)線對(duì)66kV LX 線距離Δh計(jì)算如下。

4號(hào)塔下導(dǎo)線高程：

h4txdx＝ht0＋hxdd0＝235.1m

66kV 遼西線地線高程：

h66dx0＝hdx0＋hdx0′＝220m

3號(hào)塔下導(dǎo)線高程：

h3txdx＝h3t0＋（hxhd0－h(huán)xhdj）＝229.4m

3號(hào)塔與4號(hào)塔下導(dǎo)線高程差：

Δh3t－4t＝h4txdx－h(huán)3txdx＝5.7m

66kV 遼西線3號(hào)塔與4號(hào)塔高程差：

Δh66＝（Δh3t－4t／ld1）×（ld1－h(huán)66－3t）＝3m

150℃實(shí)際弧垂：fc1＝fd150×（ld1／h2）2＝6.9m

66kV 遼西線地線距導(dǎo)線距離：

Δh66dd＝h4txdx－h(huán)66dx0－Δh66－fc1＝5.2m。

66kV LX 線地線距導(dǎo)線高5.2 m，大于GB 50545—2010要求的4 m，滿足要求。線路跨越66 kV L－RJY 線、66kV L－SJY 線、66kV LX 線 時(shí)，220 kV 導(dǎo)線換導(dǎo)線前、換導(dǎo)線后（正常）、換導(dǎo)線后N－1（150℃）工況下，導(dǎo)線對(duì)66kV 地線交叉跨越距離都大于4m，滿足工程要求。

2.2 經(jīng)濟(jì)性比較

為滿足輸送容量要求，線路的增容改造若采用新建線路方案，原線雙回路1×LGJ－400 導(dǎo)線則需要換為雙回路2×LGJ－400 導(dǎo)線；需新建鐵塔、基礎(chǔ)、更換導(dǎo)線；發(fā)生征地補(bǔ)償、青苗補(bǔ)償、林木補(bǔ)償?shù)荣M(fèi)用；相關(guān)的審批、環(huán)保測(cè)評(píng)等費(fèi)用。

采用更換耐熱導(dǎo)線的方案，利用原線路，不用新建鐵塔及基礎(chǔ)、辦理征地、相關(guān)審批手續(xù)，也不會(huì)對(duì)環(huán)境造成二次破壞，但其發(fā)熱引起的線損要高于普通導(dǎo)線。以該熱電廠送出工程為例，對(duì)兩種方案的經(jīng)濟(jì)性做了分析，見表3，其中線損年費(fèi)用是指雙回導(dǎo)線發(fā)熱。從表3看出，新建線路需新建7基鐵塔，按照0.7km 線路剩余使用年限25年計(jì)算，鐵塔、基礎(chǔ)、導(dǎo)線、征地費(fèi)用共計(jì)365.6萬元，而更換耐熱導(dǎo)線時(shí)以上各項(xiàng)費(fèi)用共計(jì)106.9萬元，更換耐熱導(dǎo)線可比新建線路節(jié)省258.7萬元，既達(dá)到增容目的又比較經(jīng)濟(jì)，線路越短經(jīng)濟(jì)效益越明顯。

表3 某熱電廠送出工程為例對(duì)兩種方案的經(jīng)濟(jì)性比較

3 結(jié)束語

目前線路上應(yīng)用耐熱導(dǎo)線提高輸送容量的技術(shù)逐漸成熟，在各地也有一定的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。在城區(qū)線路改造和線路走廊擁擠地區(qū)應(yīng)積極采用耐熱導(dǎo)線，既可以大幅提高線路的輸送容量，節(jié)省工程投資，縮短建設(shè)工期，又能節(jié)約日益緊張的土地資源，符合國家電網(wǎng)公司“兩型三新”建設(shè)理念。吉林省電力建設(shè)工程首次應(yīng)用間隙型鋼芯超耐熱鋁合金絞線，此種新型材料將在吉林省的推廣起到示范作用，也為今后吉林省的電網(wǎng)建設(shè)積累了經(jīng)驗(yàn)。