中强度铝合金芯铝绞线在工程上的应用
中强度铝合金芯铝绞线在工程上的应用
施海峰
（江苏通光强能输电线科技有限公司 江苏海门 226100）
摘要:国家电网公司在2008年提出“两型三新”输电线路建设，近几年更是加大了节能型导线的推广使用，本文根据现有的节能导线的种类，选用了一种中强度铝合金芯铝绞线在安徽某工程上的应用，并对相关性能和原线路设计普通导线的性能进行了比较，为工程的使用提供参考。
关键词:中强度铝合金芯铝绞线、节能、容量、损耗
1 前言
近年来，随着国家电网公司开始大规模推广实施“两型三新”（即资源节约型、环境友好型，新技术、新材料、新工艺） 线路建设。输电线路材料的新技术、新材料、新工艺，不断被推广使用。2013年国家电网公司开始扩大试点新型节能导线的应用，铝合金芯铝绞线就是其中的一种优良线种。近几年铝合金芯铝绞线在工程中得到大量的推广使用，本文介绍了一种新型的中强度铝合金芯铝绞线，它比同规格的铝合金芯铝绞线电阻更小，更节能。
2018年在安徽某220kV线路中得到使用，公司在2018年9月完成供货，在2018年11月完成相关的施工，运行效果良好。本文通过和原设计采用的普通钢芯铝绞线做一个比较，以便为中强度铝合金芯铝绞线的推广使用提供参考。
2 中强度铝合金芯铝绞线的主要特性及结构性能指标
同原线路大量使用的钢芯铝绞线相比，中强度铝合金芯铝绞线具有重量轻、线损小、无磁滞损耗，无电化学腐蚀等优点。
某220kV线路工程原设计采用双回普通钢芯铝绞线型号为JL/G1A-400/35-48/7，最终采用的双回中强度铝合金芯铝绞线型号为JL1/LHA3-345/80-30/7，以下图是该导线结构图及结构构成：
图1：中强度铝合金芯铝绞线JL1/LHA3-345/80-30/7结构图
中强度铝合金芯：1+6/3.83mm
高导电率硬铝线：12+18/3.83mm
以下表1为中强度铝合金芯铝绞线和钢芯铝绞线的性能参数表，表2为中强度铝合金芯铝绞线单线的性能参数：
表1成品主要性能参数表
项 目 |
技术参数
|
||
JL1/LHA3-345/80-30/7 |
JL/G1A-400/35-48/7 |
||
计算截面积 |
合计（mm2） |
426.28 |
425.24 |
铝（mm2） |
345.63 |
390.88 |
|
中强度铝合金或钢芯（mm2） （mm2） |
80.65 |
34.36 |
|
外径（mm） |
26.8 |
26.8 |
|
单位长度质量（kg/km） |
1178.1 |
1347.5 |
|
20℃时直流电阻（Ω/km） |
≤0.0679 |
≤0.0739 |
|
额定拉断力（kN） |
≥73.7 |
≥103.67 |
|
弹性模量（GPa） |
55.0 |
65.9 |
|
线膨胀系数（1/℃） |
23.0×10－6 |
20.3×10－6 |
|
表2中强度铝合金芯铝绞线单线主要性能
项 目 |
技术参数 |
||
型号 |
LHA3 |
L1 |
|
外观及表面质量 |
表面应光洁，并不得有与良好的商品不相称的任何缺陷。 |
表面应光洁，并不得有与良好的商品不相称的任何缺陷。 |
|
直径(mm) |
3.83（+0.038 ,-0.038） |
3.83（+0.038 ,-0.038） |
|
20℃时的电阻率(nΩ·m) |
≤29.472(≥58.5%IACS) |
≤28.034(≥61.5%IACS) |
|
抗拉强度(MPa) |
绞前 |
≥240 |
≥160 |
绞后 |
≥228 |
≥152 |
|
伸长率(标距250mm) (%) |
≥3.5 |
— |
|
卷绕 |
1d卷绕8圈，铝合金线不得断裂 |
1d卷绕8圈，退6圈，重新紧密卷绕，铝线不得断裂。 |
|
3导线传输容量及线路损耗的比较
3.1导线的传输容量的比较
根据国标GB 50545《110kV~750kV架空输电线路设计规范》中的规定，常规的导线验算载流量时，导线的允许使用温度宜采用70℃,必要时刻采用80℃。一般情况下，设计验算常规的钢芯铝绞线、铝合金芯铝绞线的载流量时连续使用温度为70~80℃。常用的设计计算条件：风速0.5 m/s；环境温度35 ℃；日照强度1 000 w/ m2；表面吸收系数0.9；辐射系数0.9；工作温度70~80 ℃。两种到导线的在不同温度下的允许电流及输送容量见表3。
表3 两种导线在不同允许温度下的载流量及输送容量
导线型号 |
70℃允许载流量 (A) |
70℃允许载流量 (MW) |
80℃允许载流量 (A) |
80℃允许载流量 (MW) |
JL/G1A-400/35-48/7 |
668 |
242 |
797 |
289 |
JL1/LHA3-345/80-30/7 |
697 |
252 |
831 |
301 |
注：以上为单回线路的载流量及输送容量
通过以上表格计算所知，采用中强度铝合金芯铝绞线（JL1/LHA3-345/80-30/7）比钢芯铝绞线（JL/G1A-400/35-48/7）的载流量和输送容量能提高4%以上。
3.2导线线路损耗的比较
本工程双回220kV线路,原设计采用普通钢芯铝绞线和最终使用的中强度铝合金芯铝绞线在不同输送容量下的线路损耗见表4。
线路电阻损耗按如下公式计算：
Q=3nI2RACτ×10-7 万度/km
Q--全年的导线电能损耗 万度/km
n--导线的线路回数
I --达到额定容量时的载流量A
RAC--在达到额定容量时线路的交流电阻Ω/km
τ--最大损耗小时取3200h每年
表4 两种导线在不同输送容量下的线路损耗
导线型号 |
2×JL/G1A-400/35-48/7 |
2×JL1/LHA3-345/80-30/7 |
|
全年电能损耗（ 万度/km） |
2×150MW |
28.13 |
25.75 |
2×200MW |
51.23 |
46.75 |
|
2×250MW |
82.53 |
75.07 |
|
通过以上表格计算所知，采用中强度铝合金芯铝绞线（JL1/LHA3-345/80-30/7）比钢芯铝绞线（JL/G1A-400/35-48/7）在每年的线路损耗减小8%以上，具有显著的节能效果。
3.3小结
通过以上两种导线在电气性能方面的比较，中强度铝合金芯铝绞线比常规的钢芯铝绞线电阻更小，线路损耗更小，具有节能的效果，同时能满足相应的载流量要求，可以作为替代常规导线的一种新的线种。
在机械性能方面，由于采用了中强度铝合金芯铝绞线的结构，额定拉断力较普通的钢芯铝绞线要小，重量更轻。需进行校核弧垂、覆冰等机械特性后使用，特别是在重冰区等对拉重比要求高的线路段不适合使用。
以上在电气方面进行了比较，在最终的各项的指标比选后，在本工程选用了中强度铝合金芯铝绞线JL1/LHA3-345/80-30/7，满足工程的使用要求。
4施工现场跟踪情况
优质的导线必需有优质的施工作为保证，为确保导线的施工顺利进行，我们在2018年9月在施工现场举行了施工交底会议，重点沟通了该导线与普通的导线的性能差异，施工注意事项等事宜。在后期进一个月的施工过程中，导线表面良好，无起股散股等不良现象。截止2018年11月，该工程施工完成，与当年年底正式通电运行，所供导线达到了预期的良好效果。该工程是国内中强度铝合金芯铝绞线的试点使用，为后面该种导线的规模使用提供一定的借鉴意义，为电网的节能减排，新产品推广起到一定的示范工程作用。
参考文献
［1］ GB/T 1179-2008. 圆线同心绞架空导线［S］.2009
［2］ 国家电网公司.铝合金芯高导电率铝绞线:Q/GDW 1815—2012[S].北京:中国电力出版社,2012.
［3］ 黄豪士.超高压输电工程用铝合金材料的现状与发展［J］.上海电缆研究所成立五十周年架空导线论文集上册，2008，90-112
［4］徐静、夏霏霏等.一种中强度铝合金芯高导电率铝绞线的研发与应用［J］.电线电缆，2018，4：10-14
［5］李钊、李春燕等.节能导线在输电线路中节能效果分析［J］电力科学与工程，2016，32（10）：28-33
作者简介
施海峰(1981年-)，男，江苏海门人，工程师，副总工程师，长期从事架空导线的设计研发、工艺制造、检验等方面工作。