鋼芯鋁型線絞線與鋼芯鋁絞線的主要性能對(duì)比

江建華

(江蘇通光強(qiáng)能輸電線科技有限公司，江蘇海門(mén)226100)

0 引言

雖然近年來(lái)有一些新型導(dǎo)線問(wèn)世和應(yīng)用，國(guó)內(nèi)外輸電系統(tǒng)中的相導(dǎo)線主要還是以圓線同心絞的鋼芯鋁絞線為主，鋼芯鋁絞線在國(guó)際上已有超過(guò)100年的應(yīng)用歷史和成熟經(jīng)驗(yàn)。國(guó)內(nèi)已形成了一整套從產(chǎn)品到工程設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)行維護(hù)的嚴(yán)密規(guī)范，最大截面達(dá)1 000 mm2，已應(yīng)用于交流1 000 kV和直流±800 kV特高壓輸電線路。

在產(chǎn)品方面，有與IEC 61089:1991對(duì)應(yīng)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 1179—2008《圓線同心絞架空導(dǎo)線》。該標(biāo)準(zhǔn)覆蓋了包括鋁絞線、鋁合金絞線、鋼芯鋁絞線、鋼芯鋁合金絞線、鋁合金芯鋁絞線、鋁包鋼芯鋁絞線、鋁包鋼芯鋁合金絞線、鋼絞線、鋁包鋼絞線等幾乎所有的架空輸電線路用各類架空絞線。其中，對(duì)JL系列鋼芯鋁絞線推薦了標(biāo)稱截面積從16～1 250 mm2的37個(gè)規(guī)格號(hào)，對(duì)應(yīng)于G1A～G3A鋼芯，派生出了185個(gè)規(guī)格。

2006年3月，我國(guó)首次發(fā)布了與IEC 62219:2002一致性程度為等同的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 20141—2006《型線同心絞架空導(dǎo)線》，對(duì)由形狀為S、T成型單線制造的導(dǎo)線提出了典型結(jié)構(gòu)型式，舉出了19個(gè)標(biāo)稱截面積從100～1 092 mm2的JLX/GIA導(dǎo)線規(guī)格和特性的例子。

型線同心絞架空導(dǎo)線是對(duì)圓線同心絞架空導(dǎo)線的改進(jìn)提高，以型單線代替圓單線絞制成架空導(dǎo)線，可提高導(dǎo)線的綜合性能。

本文將基于 S、Z鋁型線，根據(jù) GB/T 1179—2008中JL/GlA系列鋼芯鋁絞線中的幾個(gè)常用規(guī)格，按GB/T 20141—2006設(shè)計(jì)了對(duì)應(yīng)的 JLX/GlA鋼芯型鋁絞線系列，并作了對(duì)比分析。

1 鋼芯鋁絞線與鋼芯鋁型線絞線的結(jié)構(gòu)

以三層導(dǎo)線為例，圖1是GB/T 1179—2008中JL/G1A鋼芯鋁絞線橫截面示意圖，其特征是鋼芯和鋁導(dǎo)體均為圓單線。圖2是GB/T 20141—2006中舉例的兩種JLX/G1A鋼芯型鋁絞線橫截面示意圖，其特征是鋼芯為圓單線、鋁導(dǎo)體是T型或S型線。

圖3是我公司根據(jù)GB/T 20141—2006，基于S、Z型線技術(shù)設(shè)計(jì)生產(chǎn)的兩層和三層的鋼芯型鋁絞線橫截面示意圖，其特征是鋼芯為圓單線、鋁導(dǎo)體是SZ或SZS型線。

圖1 鋼芯鋁絞線截面圖

圖2 鋼芯型鋁絞線截面示意圖

圖3 SZ型線鋼芯型鋁絞線橫截面示意圖

2 鋼芯鋁絞線與鋼芯鋁型線絞線的主要性能對(duì)比

2.1 截面積相同時(shí)JL/G1A和JLX/G1A幾種典型規(guī)格的主要性能

表1給出幾個(gè)典型規(guī)格的主要技術(shù)參數(shù)對(duì)比。從表1可知:兩種導(dǎo)線中的鋼、鋁和總截面積及鋼比均相同;由于鋁型線結(jié)構(gòu)較緊湊，JLX/G1A的直徑比JL小;兩種導(dǎo)線的單位長(zhǎng)度質(zhì)量、額定拉斷力、直流電阻和載流量幾乎相同但略有差異。

這種差異主要是由于JL/G1A和JLX/G1A導(dǎo)線分別執(zhí)行 GB/T 1179和 GB/T 20141標(biāo)準(zhǔn)，它們的絞入率和絞合增量有微小的差別，以及型線在設(shè)計(jì)時(shí)層數(shù)與根數(shù)選擇比較靈活。

表1 JL/GlA和JLX/G1A幾種典型規(guī)格的主要技術(shù)參數(shù)對(duì)比表

表1中的截面積總和是導(dǎo)線的有效總截面積，該截面積與根據(jù)導(dǎo)線直徑計(jì)算出來(lái)的圓面積之比可稱為導(dǎo)線的“截面利用率”，即:

式中，α為截面利用率(%);S為導(dǎo)線總截面積;D為導(dǎo)線標(biāo)稱直徑。

兩根對(duì)比導(dǎo)線標(biāo)稱直徑的變化比例可由下式表示:

式中，β為直徑變化比例(%);d1為JL導(dǎo)線的標(biāo)稱直徑;d2為JLX導(dǎo)線標(biāo)稱直徑。

對(duì)表1的典型規(guī)格作了直徑變化比例和截面利用率的對(duì)比列于表2。

根據(jù)表2和更多規(guī)格的大量計(jì)算結(jié)果表明:JLX和JL相比，在相等截面積下導(dǎo)線的直徑約減小9%左右;導(dǎo)線截面利用率可增加15%以上。

表2 JL/G1A和JLX/G1A幾種典型規(guī)格的直徑變化比例和截面利用率對(duì)比表

2.2 直徑相同時(shí)JL/G1A和JLX/G1A幾種典型規(guī)格的主要性能

按鋼比和導(dǎo)線直徑與JL相同為原則，設(shè)計(jì)了幾種JLX的典型規(guī)格，表3給出了主要技術(shù)參數(shù)對(duì)比。

表3 JL/G1A和JLX/G1A幾種典型規(guī)格的主要技術(shù)參數(shù)對(duì)比表

從表3可知:當(dāng)兩種導(dǎo)線的鋼比和直徑相同時(shí)，JLX導(dǎo)線的總截面會(huì)增大;在總截面增大的同時(shí)，JLX導(dǎo)線的單位長(zhǎng)度質(zhì)量、額定拉斷力也增大;因總截面增大，JLX導(dǎo)線的直流電阻減小、載流量增大。

2.3 弧垂特性的比較

選擇JL/G1A-400/50、JLX/G1A-400/50和JLX/G1A-475/61為代表規(guī)格，以安全系數(shù)為2.5、按年平均(氣溫20℃，無(wú)風(fēng)無(wú)冰)、大風(fēng)(風(fēng)速30 m/s，氣溫5℃，無(wú)冰)和覆冰(冰厚20 mm，氣溫－5℃，風(fēng)速10 m/s)，分別計(jì)算了它們?cè)?00 m檔距(間隔50 m)范圍內(nèi)的弧垂特性。其結(jié)果如圖4～圖6。

圖4 三種導(dǎo)線年平均條件下的弧垂特性

在年平均、大風(fēng)和覆冰條件下從圖4～圖6可知:鋼芯鋁絞線和鋼芯型鋁絞線的弧垂特性是相似的;等截面的JLX/G1A-400/50的弧垂比JL/G1A-400/50略小，可以直接替換;等直徑的JLX/G1A-475/61的弧垂特性比JL/G1A-400/50好，因單位質(zhì)量和抗拉力均大，需對(duì)桿塔等條件進(jìn)行校驗(yàn)。

圖5 三種導(dǎo)線在大風(fēng)條件下的弧垂特性

圖6 三種導(dǎo)線在覆冰條件下的弧垂特性

在此還需說(shuō)明，在計(jì)算過(guò)程中沒(méi)有對(duì)型鋁表面進(jìn)行任何修正，即如考慮光滑的型鋁導(dǎo)體對(duì)風(fēng)荷和冰載的影響，JLX導(dǎo)線的弧垂特性會(huì)更好。

3 鋼芯鋁絞線與鋼芯鋁型線絞線的覆冰試驗(yàn)對(duì)比

用表1中的JL/G1A-400/50和JLX/G1A-400/50做了覆冰對(duì)比試驗(yàn)，兩個(gè)規(guī)格各用三段取平均值，在－8℃氣溫下用相同濕度每隔2 h測(cè)量覆冰重量，其結(jié)果如圖7所示。

圖7 JL400/50和JLX400/50覆冰對(duì)比

從圖7可以看到:因直徑略小且外表光滑，在相同條件下，JLX導(dǎo)線的覆冰量較小;在覆冰的前6 h，JL/GlA-400/50和JLX/G1A-400/50的覆冰量相差不大，從第8 h開(kāi)始，覆冰量的著別超過(guò)了10%?？梢钥隙ǖ氖牵琂LX/G1A導(dǎo)線有一定的緩覆冰和低覆冰能力。

4 鋼芯鋁絞線與鋼芯鋁型線絞線配套金具

以JL/G1A-400/50與JLX/G1A-400/50做對(duì)比，配套金具選用NY-400/50，各取5組進(jìn)行壓接，并做拉力試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 JL/G1A-400/50與JLX/G1A-400/50配套金具握力試驗(yàn)對(duì)比表 (單位:kN)

表4的壓接試驗(yàn)表明:鋼芯鋁絞線與鋼芯鋁型線絞線耐張金具握力基本相同;鋼芯鋁型線絞線金具配套可以與鋼芯鋁絞線相同或相似。

5 結(jié)論

鋼芯鋁型線絞線與鋼芯鋁絞線比有以下優(yōu)點(diǎn):

(1)基于S、Z鋁型線導(dǎo)體的鋼芯鋁型線絞線的導(dǎo)體截面利用率比圓線同心絞鋼芯鋁絞線約高15%左右。

(2)若截面積相等，則鋼芯鋁型線絞線比鋼芯鋁絞線的直徑約減小9%，主要性能參數(shù)幾乎相同，只有微小的差異，而弧垂特性要好一些。所以，相同規(guī)格的鋼芯鋁型線絞線和鋼芯鋁絞線應(yīng)可互換。

(3)若直徑相等，則鋼芯鋁型線絞線的導(dǎo)體截面積、單位質(zhì)量和抗拉力均比鋼芯鋁絞線大，同時(shí)直流電阻減小而載流量增大。

(4)鋼芯鋁型線絞線的安裝可采用常規(guī)金具，金具配套與鋼芯鋁絞線基本相同，施工方便。

(5)鋼芯鋁型線絞線具有一定的緩覆冰性能和較好的弧垂特性，將是輸電線路使用中的一種重要線種。

［1］黃豪士.環(huán)境友好型線路用導(dǎo)線的特性與應(yīng)用［C］//中國(guó)電機(jī)工程學(xué)會(huì)輸電電氣五屆二次學(xué)術(shù)年會(huì)論文集，271-294.

［2］黃豪士.我國(guó)架空導(dǎo)線的技術(shù)發(fā)展方向［C］//架空輸電導(dǎo)地線文集.上海電纜研究所，2007，18-22.

［3］Nexans Aero-Z 新型高壓架空電纜導(dǎo)線［Z］.Nexans公司技術(shù)資料.

［4］GB/T 20141—2006型線同心絞架空導(dǎo)線［S］.

［5］ASTM B701/B701M-00 Standard specification for concentriclay-stranded self-damping conductors;steel reinforced(ACSR/SD)［S］.