高強度鋁包鋼芯高導鋁絞線在架空輸電線路的應用

顧孫望， 尤偉任， 徐一峰， 朱 峰， 周建華

（1.上海交通大學，上海200240；2.上海中天鋁線有限公司，上海201108；3.江蘇中天科技股份有限公司，江蘇南通226463）

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高強度鋁包鋼芯高導鋁絞線在架空輸電線路的應用

顧孫望1， 尤偉任2， 徐一峰2， 朱 峰2， 周建華3

（1.上海交通大學，上海200240；2.上海中天鋁線有限公司，上海201108；3.江蘇中天科技股份有限公司，江蘇南通226463）

摘要：高強度鋁包鋼芯高導電率鋁絞線采用了高強度鋁包鋼線替代傳統(tǒng)的鍍鋅鋼線和普通的鋁包鋼線作為加強芯，與高導電率鋁線組成新型的節(jié)能導線。與同規(guī)格的鋼芯高導電率鋁絞線相比，高強度鋁包鋼芯高導電率鋁絞線在機械強度、節(jié)能降耗、防腐等方面具有更優(yōu)越的性能，導線的拉重比更大，導線的弧垂特性更好，將為我國架空輸電線路建設(shè)節(jié)能化設(shè)計提供新的選擇。

關(guān)鍵詞：架空導線；高強度鋁包鋼芯；高導鋁；節(jié)能；防腐

0 引 言

近年來，國家電網(wǎng)公司在架空輸電線路中推廣了三種節(jié)能導線，分別為鋼芯高導鋁絞線、鋁合金芯鋁絞線、中強度鋁合金絞線。其中鋼芯高導鋁絞線采用高導電率鋁線替代普通電工鋁線起到了節(jié)能效果，近期在國內(nèi)得到了很好的應用。但是，如何選用一種性能更優(yōu)良的產(chǎn)品，進一步節(jié)能降耗，仍是我國電力行業(yè)正在研究的重要課題。本文對鋼芯高導鋁絞線這一類以鋼系列材料作為加強芯的節(jié)能型導線產(chǎn)品作進一步探討。

鋁包鋼芯鋁絞線在國內(nèi)有著廣泛的應用，其中鋁包鋼芯具有耐腐蝕、電阻低、重量輕等優(yōu)勢。隨著國內(nèi)材料制造技術(shù)的成熟，以及應用觀念的改變，近年來業(yè)內(nèi)已經(jīng)開始研究鋁包鋼芯高導鋁絞線在輸電線路上的應用，受限于傳統(tǒng)鋁包鋼線的相關(guān)性能，鋁包鋼芯高導鋁絞線的應用仍在探索中，正在逐步被電力部門接受。

1 高強度鋁包鋼芯技術(shù)特性

1.1 鋁包鋼芯與高強度鋁包鋼芯

高強度鋁包鋼線與普通鋁包鋼線具有同樣的組成部分，都是由優(yōu)質(zhì)的高碳鋼盤條作為芯部，外層采用特殊的包覆工藝將電工純鋁包覆在其表面，使其達到高強度、耐腐蝕的性能。其作為加強芯時的導電率計算，外層鋁部的導電率以61%IACS計，鋼部導電率以9%IACS計，形成鋁包鋼芯的綜合導電率。

高強度鋁包鋼線是采用了含碳量較高的高碳鋼材料，如SWRH82B或SWRH87B等，通過包覆工藝、熱處理工藝而制成的新型鋁包鋼產(chǎn)品。傳統(tǒng)的鋁包鋼線用作導線加強芯的一般有兩種規(guī)格LB14 和LB20（見表1），而高強度鋁包鋼線由于其強度的提升，可用作導線加強芯的規(guī)格達到了四種（見表2），其中25%IACS導電率的高強度鋁包鋼GLB25是一種新型規(guī)格。

表1　電工加強芯用鋁包鋼線機電性能參數(shù)

表2　高強度鋁包鋼線機電性能參數(shù)

此外，高強度鋁包鋼線的鋁層厚度與普通鋁包鋼線鋁層厚度是一致的。

1.2 鍍鋅鋼線與高強度鋁包鋼線

我國輸電線路通常采用的鋼芯鋁絞線中的加強芯為鍍鋅鋼芯，采用標準為GB/T 3248—2012，其規(guī)定的鍍鋅鋼線的強度見表3。

表3　常規(guī)鍍鋅鋼線機械性能參數(shù)

從表2和表3機械性能對比可看到，高強度鋁包鋼線GLB14達到了G4A的強度，GLB20達到了G3A的強度，GLB23達到了G2A的強度，GLB25達到了G1A的強度。因此用高強度鋁包鋼線代替常規(guī)鍍鋅鋼線可以實現(xiàn)導線的抗拉強度不變。

此外，架空導、地線通常為絞合結(jié)構(gòu)的裸線，需直接承受大氣環(huán)境因素帶來的影響。鋼芯鋁絞線在空氣、雨水等因素的影響下，鋼芯表層的鋅與外層鋁之間容易發(fā)生電化學腐蝕，運行壽命較短。而鋁包鋼線由于其特有的包覆工藝使鋁與鋼之間沒有間隙，無法形成電化學環(huán)境，且與其它鋁線絞合后互相接觸的都是鋁材料，也不構(gòu)成雙金屬腐蝕條件，因此其防腐蝕能力遠高于鍍鋅鋼線。如圖1a所示，單獨的鋼線在電解液中的腐蝕速度最快，當鋼和鋁結(jié)合在一起時，鋼的腐蝕速度顯著降低，但鋁的腐蝕速度增加；圖1b顯示了兩種絞線被放在大氣環(huán)境中長時間曝曬后，鋁包鋼線的衰減率遠遠小于鍍鋅鋼線。

圖1　鍍鋅鋼線與鋁包鋼線抗腐蝕性能對比

2 高強度鋁包鋼芯高導電率鋁絞線參數(shù)

目前國內(nèi)220 kV～500 kV線路中，大部分架空導線采用了630/45的結(jié)構(gòu)，本文以此結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)將高強度鋁包鋼芯高導電率鋁絞線與鋼芯高導鋁絞線進行了一系列對比，其性能參數(shù)見表4。

表4　導線技術(shù)參數(shù)

表4中采用的高強度鋁包鋼芯為兩種，一種是與鍍鋅鋼芯G1A等強度的高強度鋁包鋼GLB25，一種是與鍍鋅鋼芯G3A等強度且與普通鋁包鋼LB20A等電阻的高強度鋁包鋼GLB20，從表4中可以引申出以下幾方面對比。

2.1 導線重量及拉重比

表5為導線重量及拉重比的對比。

表5　導線重量及拉重比對比

從表5可知，相比鋼芯高導鋁絞線，鋁包鋼芯高導電率鋁絞線JL1/GLB20重量降低2.5%，JL1/ GLB25降低3.52%。鋁包鋼芯高導電率鋁絞線的拉重比也比鋼芯高導鋁絞線更高，因此弧垂特性也要優(yōu)于鋼芯高導鋁絞線。

2.2 導線的電阻對比

表6為導線電阻的對比。

表6　導線電阻對比

從表6可以看出，與JL1/G1A相比，JL1/GLB20直流電阻降低2.3%，JL1/GLB25直流電阻降低2.7%；與JL3/G1A相比，JL1/GLB20直流電阻可降低0.7%，JL1/GLB25直流電阻降低1.2%。

2.3 導線載流量對比

表7為導線載流量的對比。

表7　導線載流量對比

從表7可以看出，與JL1/G1A為相比，JL1/ GLB20極限載流量增加1.1%，JL1/GLB25極限載流量增加1.4%；與JL3/G1A相比，JL1/GLB20極限載流量可增加0.4%，JL1/GLB25極限載流量增加0.7%。

以上分析可見，高強度鋁包鋼芯高導電率鋁絞線JL1/GLB20、JL1/GLB25的機械性能、電氣性能均要優(yōu)于目前正在大量使用的鋼芯高導電率鋁絞線。

3 導線經(jīng)濟效益分析

3.1 高強度鋁包鋼芯高導鋁絞線與鋼芯高導鋁絞線損耗對比

根據(jù)我國電力設(shè)計輸送要求的經(jīng)濟電流密度，500 kV同塔雙回路四分裂630/45導線采用0.9的電流密度傳輸，假設(shè)正常傳輸電流為567A，以常年平均溫度15℃，年負荷利用小時5500 h，損耗小時3200h為例，導線損耗費用見表8。

表8　導線損耗對比

從表8可以看出，以上網(wǎng)電價0.50元/kWh計，與JL1/G1A相比，JL1/GLB20線路損耗費用降低1.36萬元/km，JL1/GLB25線路損耗費用降低1.67萬元/km；與JL3/G1A相比，JL1/GLB20線路損耗費用可降低0.42萬元/km，JL1/GLB25線路損耗費用降低0.73萬元/km。

3.2 高強度鋁包鋼芯高導鋁絞線與鋼芯高導鋁絞線價格及最小年費用對比

假設(shè)鋼芯高導鋁絞線JL1/G1A-630/45的價格為1.70萬元/噸，JL3/G1A-630/45的價格為1.81萬元/噸，導線占本體工程投資的20%，上網(wǎng)電價0.5元/kWh，年利率10%，對幾種節(jié)能導線進行最小年費用的計算，結(jié)果見圖2。

圖2　鋼芯高導鋁絞線和高強度鋁包鋼芯高導鋁絞線最小年費用對比

相比JL3/G1A-630/45的1.81萬元/t的價格，JL1/GLB20價格在1.88萬元/t以下時最小年費用較小，而JL1/GLB25價格在1.92萬元/t以下時最小年費用較小。

4 結(jié) 論

（1）只要高強度鋁包鋼芯高導鋁絞線的價格在合理的范圍內(nèi)，其導線的節(jié)能特性和經(jīng)濟性比鋼芯高導電率鋁絞線更高。

（2）鋁包鋼芯高導電率鋁絞線的單位重量輕，對桿塔造成的負荷更低，安全系數(shù)較高。

（3）高強度鋁包鋼芯高導鋁絞線相比鋼芯高導鋁絞線，防腐能力更強，壽命更長，從全壽命周期角度分析，經(jīng)濟效益更加明顯。

經(jīng)過近幾年的推廣，節(jié)能型導線已在我國架空輸電線路領(lǐng)域得到較好的應用。為獲得更佳的節(jié)能效果，探尋新型的節(jié)能導線勢在必行。目前國內(nèi)主流鋁包鋼制造企業(yè)均已掌握了高強度鋁包鋼線的制造技術(shù)，加之高強度鋁包鋼芯高導鋁絞線具有的優(yōu)越性能，可謂首選產(chǎn)品。

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作者地址：上海市閔行區(qū)東川路800號[200240］.

中圖分類號：TM244.2

文獻標識碼：A

文章編號：1672-6901（2016）04-0019-04

收稿日期：2015-10-12

作者簡介：顧孫望（1987—），男，工程師

Application of Concentric-Lay-Stranded High Conductivity Alum inum Conductors，High Strength A lum inum Clad Steel Reinforced on Overhead Power Transm ission Line

GU Sun-wang1，YOUWei-ren2，XU Yi-feng2，ZHU Feng2，ZHOU Jian-hua3
（1.Shanghai Jiao Tong University，Shanghai200240，China；2.Shanghai ZhongTian Aluminum Wire Co.，Ltd.，Shanghai201108，China；3.Jiangsu Zhongtian Technology Co.，Ltd.，Nantong 226463，China）

Abstract：Concentric-lay-stranded high conductivity aluminum conductors，high strength aluminum clad steel reinforced，is a new type of energy-saving conductor，which are composed of high strength aluminum clad steel reinforced core and high conductivity aluminum wires.The aluminum clad steel reinforced core ismade from high strength aluminum clad steel stranded wires instead of traditional galvanized steel stranded wires or normal aluminum clad steel stranded wires.Compared with other conductors in same specification，such as ACSR，ACSR（high-conductivity aluminum wires），ACSR/AW，ACSR/AW（high-conductivity aluminum wires），this new type of energy-saving conductor hasmore super performance on tensile strength，energy-saving and anti-corrosion.When the ration of drawweight is increased，the sag of conductor becomes better.

Key words：overhead conductor；high strength aluminum clad steel wire；high conductivity aluminum；energy-saving；anticorrosive