架空电力线路用增容导线

2005年第2期NO22005电线电缆ELECTRICWIRE2江门市新会三新电工器材有限公司，广东江门529145摘要阐述了具有代表性的由耐热铭合金线、或退火铝线、或成型铝线的导体与碳钢、或“INVAR钢、或碳纤维聚合物复合加强材料组合的大容童导线的结构与材料，介绍了经改进后的型号为NRLH60IACSGJ400/35“钢芯耐热铝合金导线”的试验结果。为了推广应用和开发新颖的大容童导线，建议对大容量导线的选择应进行多方案考虑调研总结经使用后的耐热铝合金导线线路设计和运行的经验组织不同学科和行业的有关单位进行深入的研讨。关键词大容童导线架空线路中图分类号二TM2442文献标识码A文章编号16726901200502000905WITHIMPROVEDCAPACITYFOROVERHEADPOWERLINESSHANGHAIHUANGCHONGQI，ETALCABLERESEARCHINSTITUTE，SHANGHAI200093，CHINAABSTRACT二THISPAPERDESCRIBESTHEELECTRICALMATARIALANDCONSTRUCTIONOFTYPICALLARGECAPACITYALALLOYWIRESORARMSTRENGTHMEMBERITSTEELREINFORCEDINOEALEDAIWIRESIALWIREASOFIMPROVEDCONDUCTORANDCARBONSTEELCONDUCTORSCONSISTINGOFHEATRESISTANTORINVARORCARBONFIBERPOLYMERAS35HEATRESISTANTALALLOYCONDUCTORSCAPACITYCONDUCTORSBEMADECONSIDERINGANUMBEROFCANDIDATES,OPERATIONOFHEATRESISTANTALALLOYCONDUCTORSANDTHATFURTHERTHATEXPERIENCESBESUMMEDUPCONCERNINGDESIGNANDSTUDYBEMADEBYPEOPLEFROMDIFFERENTINDUSTRIESANDKEYWORDSLARGECAPACITYCONDUCTOROVERHEADINSTALLATIONLINE1前宫大容量导线是在电力需求不断增长、新线路输电容量不断增大、老线路增容改造的推动下发展起来的。现在我国和世界经济发达国家的电力工业都对大容量导线给予非常的关注。因此，与大容量导线有关的国际电工委员会IEC标准，如型线同心绞架空导线IIEC62219已经公布，耐热铝合金线和钢芯软退火铝绞线ACSS已由IEC/TC7作为项目建议提出。大容量导线主要用于新建大容量架空输电线路、变电站内部的大电流母线、老线路增容改造和特殊需要的大跨越工程等场合。导线要传输大的容量，从导线而言有三种思路1采用耐热铝合金，提高导线的运行温度2采用退火的软铝线，提高导线的运行温度3改变导线的结构，采用由收稿日期作者简介，男，江苏常熟人，中国工程成型铝线，在等直径下，提高填充系数，增加导线的载流面积。大容量导线的制造，关键在于材料的选择导体和加强材料，通过不同材料的组合，各展材料之长，从而制造出具有不同特性的导线，故一般大容量导线均属组合导线COMPOSITECONDUCTOR。大容量导线的开发和应用，我国与日本、欧洲、北美等先进工业国相比有相当大的差距2。上世纪80年代，上海电缆研究所曾开发过58和60IACS的耐热铝合金线，但品种及其使用均少，所以线路的设计和运行经验也少也曾开发过钢芯软退火铝绞线和型线同心绞架空导线，但仅作为技术储备。大容量导线的开发的确需采用新材料和新技术，以及在生产中需要增添一点新装备，但也不全是，有的只属老树开新花而已。在应用中不仅有高温和超高温架空线路的设计，亦有配套金具、连接和施工等问题310在2020年以前，我国的电力事业将是一个超常发展的时期，大容量输电需要大容量导线，在这种大好形势下，电力、电缆、冶金和化工行业的有关部门应互相交流和研讨是很有意义的。作者地址20040803黄崇棋1934院院士上海市军工路1001号200093万方数据2005年第2期NO22005电线电缆ELECTRICWIRE固溶析出型耐热铝合金。超耐热铝合金就属这种类型。首先使错在铝中强制过饱和固溶，然后进行冷加工和长时间的热处理，如果通过连铸连轧得不到应有的组织，甚至要进行二次热处理，这样制造厂不仅要增添必要的大型热处理装备，且生产效率下降，成为制约生产的瓶颈，故这种线的价格必然会有大幅度的增加。高强度耐热铝合金线的强度与5005或KAL中强度铝合金相当，约为250MPA。但其导电率55IACS较低，适用于大跨越或大高差等线路。2退火软铝线见表1它的特点是导电率高63IACS以上、柔软伸长率约20，远比钢高得多、弹性模量低、应力应变曲线没有明显的屈服极限转变点、强度低约84MPA，但制造方便，价格比耐热铝合金线低得多。22加强材料加强材料可分两类，即金属钢加强材料、碳纤维或碳纤维与聚合物复合的非金属加强材料见表10表1大容F导线用的导体、加强材料及它们的组合导线导线线种代号导电率不小于/IACS抗拉强度不小于/MPA允许温度/耐热性加强材料线种大容量组合导线名称举例代号举例连续短时强度残存率，不小于1试验条件超耐热铝合金057巧8817502002301热镀锌钢线镀纯锌或锌一5铝一稀土的GALFAN合金2热镀GALFAN合金高强度殷钢INVARFE36ANI线或铝包殷钢线3碳纤维加强线4碳纤维和聚合物复合的加强线5铝包钢线6热镀铝钢线7BEZINAL镀锌钢线1211钢芯耐热铝合金绞线58或60TACSR58UTAL5815881750叩270CX1H2钢芯超耐热铝合金纹线58或60UTACSRZTACSHXTACSRXTAL58巧881750230290叩280CX1H印158817502102403铝包钢芯耐热铝合金绞线58或6ITACSRTACSR/ACSI川印UTAL印15881750叩270CXLHZTAL61印1588一1750210240902800X1H4钢芯高强度耐热铝合金绞线KTA,SR印158817502809028090X1H特别耐热铝合金5F巧8817502303105铝包钢芯高强度耐热铝合金纹线KTACSR/AC耐热铝合金58TAL581588一175015018090230CXIH60TAL60巧88一1750150180卯23090XIH6殷钢芯低弧垂超耐热铝合金绞线XT或2TACIR高强度耐热铝合金KTAL552250一25201501SO9023090XIH502744相当于15090下加热36年180OO18090X400H59235215018087400X4H7碳纤维芯超耐热铝合金绞线ZTACFR8碳纤维和聚合物复合芯耐热铝合金绞线ACFRTACFR9钢芯软退火铝绞线ACSS电工铝圆线或电工铝型线硬线61巧88175090120软线63约840伸长率约202以】10型线同心绞架空导线TVAXF/SXYAXF/AYF250本产品的技术参数摘自于日本电气共同研究第43卷第3号第7页。抗拉强度值系指导线直径为23一48MM时的测量值。连续允许温度系指连续运行温度下导线允许最高温度短时允许温度系指由于事故等原因，要求在30MIN内短时的条件下，导线允许短时的最高温度。据JEC3406日本电工委员会标准JCS1405和1404日本电线电缆制造厂协会标准，短时允许温度是指持续时间为400H，而且强度残存率不小于90时的允许温度值。根据ALCAN公司ACSS导线信息报道，与镀铝钢线或铝包钢线组合后，导线连续允许温度可达2509CO10万方数据2005年第2期NO22005电线电缆ELECTRICWIRE由于耐蚀要求的不同，钢丝的镀层可采用热镀纯锌、锌一5铝一稀土即GALFAN耐蚀合金、热镀铝或铝包钢如既要增强，又要兼顾组合导线的导电率和耐热性，可用铝包钢线为减小导线的弧垂，以降低钢线的热膨胀系数的特殊需要，可用殷钢INVAR线。2非金属加强材料这种材料与组合导线中的钢绞线相比5具有重量轻、强度高、热膨胀系数小1OX106/9C、耐热允许的连续温度为1509C,短时温度为1809C等特点，重量和热膨胀系数分别仅为钢绞线的1/5的1/12，而两者的拉断力几乎相等，因此开发和应用于大容量低弧垂组合导线的前景看好。3大容量组合导线如上所述，经不同导体材料和加强材料的绞合可制造出符合不同特性要求的组合导线，现将具有代表性的大容量组合导线见表1举例如下。31耐热铝合金一碳钢加强的大容F组合导线由于耐热铝合金线种较多，与碳钢加强材料组合，可组合出许多不同特性的组合导线，此类导线与钢芯铝绞线相比，其容量约可增加到15一20倍71。32耐热铝合金非金属加强的大容量组合导线这类组合导线571可设计得与钢芯耐热铝合金绞线具有相同的综合拉断力，但导线的重量大大减轻，并在150的连续允许温度下运行，弧垂明显改小，且不需更多地关注线路的热膨胀。另外，不需改变通常输电线路的铁塔和支持物。这种导线已于2002年10月在日本“TOHOKU”公司管辖区的输电线路上投人试运行。33超耐热铝合金一殷钢加强的低弧垂大容T组合导线这类组合导线48LO现以超耐热铝合金一高强度热镀GALFAN合金殷钢线加强的大容量导线ZTACIR为例，它可在连续210CC,短时240下工作，从而使输电容量为钢芯铝绞线的2倍由于殷钢的热膨胀系数小，在20一100为小于28X106/CC,100一240为小于36X106/9C，所以铁塔间导线的弧垂可减小由于GALFAN合金镀层的耐蚀性好，所以组合导线具有良好的耐蚀性。34钢芯软退火铝线大容F组合导线ACSS和ACSS/TW”这种导线的制造基本上与钢芯铝绞线相同，只增加了退火工序，因此价格只是稍有提高而已，它具有下列特点1可提高线路输电容量。由于电工软退火铝股线具有第21节2所述的特性，当导线在高温下运行时，根据软铝线和钢线的应力应变曲线可以看出，导线上所受的力将绝大部分转向钢芯，实际上软铝线已和导线的强度损失无关，所以导线可在200和250OC软铝线和镀铝钢线或铝包钢线组合下运行，从而线路容量可增加到15一20倍。2可提高阻尼能力、允许的每日应力，和减少蠕变。由于导线中软铝线所受的应力很低，且蠕变伸长减少，故阻尼能力提高，可提高每日应力和少考虑或不考虑消振措施。由于软铝线伸长率很高，导线的蠕变主要取决于钢芯，而钢芯的蠕变是非常低的。ACSS导线亦可用梯形等型线制造，这种紧密的导线，因载流面积增加而使载流量增加约20这种导线在重冰区使用，由于其拉断力相对于标准的钢芯铝绞线而言降低了，所以在导线的强度上可能不应有太多的苛求。此外，由于软铝股线柔软，因此在紧线和控制弧垂以前可能需要预应力。35型线同心绞架空导线TW和AEROZI01这种导线具有下列特点1由梯形或Z形铝股线与加强材料同心绞合，与自阻尼导线相类似，这种结构在长期试验和应用中已得到证实是可靠的。2可增加载流量，与标准的钢芯铝绞线相比，在等直径下，可增加载流面积20，由此，电阻可减小17，如果以等面积相比，直径可减小1003有较低的径向温度梯度，这是由于梯形股线间接触面的增加，传热改善所致，从而具有较低的运行温度有较低的ACDC电阻比，这是由于梯形股线尺寸大，导线一般只需2层股线，从而排除了钢芯的磁效应而使电阻降低。也因股线尺寸大，加工中冷加工率低，所以导电率较高可改善电流的分布和耐蚀性，因为股线间接触面的增加，改善了圆周上和层间的电流分布，使电流更趋向于按直线流动，从而减小了不平衡的磁化力。梯型股线绞合密集性好，减少了有盐分的潮气和污染气体向导线中渗透，从而改善了耐蚀性。4安装、金具和设备与钢芯铝绞线相同。综上所述，如果集上述大容量组合导线结构、导体材料和加强材料之长，可以预计将可进一步开发出性能更好的新颖大容量导线。万方数据2005年第2期NO22005电线电缆ELECTRICWIRE4D卷绕试验弯曲直径为4D,D为导线的标称直径MM，以下相同。扭转试验的试样的标距长度为100DE表3导线主要特性试验结果项目结果条件项目结果条件1常温综合拉断力1095,1008和1的6KN,平均1096KN试样长12M，环氧树脂端头，500KN卧式拉力机一“流导体温度/载流量/A无风、无日照自然对流，试样张力2598KN25RTS，加热区长13M，热电偶测温，环境温度105一10890454610831104412611479157716865印6608009如106011印119012382高温综合拉断力15090X3HR1095,1089,1093KN加热区长10M，热电偶测温，其它同上3弹性模量及应力应变曲线最终弹性模量为664GPA标距长2M,测试精度应力为土1，应变为T001MM/2M,其它同上7在209V“的直流电一理论值鉴0075140/KM实验值0074250/KM试样长度为12M,测试有效长度为10M4振动疲劳性能301X10302X10301X10次振动后，未见有任何开裂断股现象振动角25，一30，张力25计算拉断力，试样塔距56M5热膨胀性能热膨胀系数1室温一10