环境友好型输电线路用导线之一——导线的特性

黄豪士

(上海电缆研究所，上海 200093)

环境友好型输电线路用导线之一
——导线的特性

黄豪士

(上海电缆研究所，上海 200093)

叙述一种被称为“环境友好型输电线路用导线”，在恶劣环境条件下仍能使线路正常供电、安全运行。这种钢芯SZ铝型线同心绞的架空导线，具有更大的导体截面利用率，能降低风载，自阻尼性能良好、耐腐蚀、低覆冰、低电晕能力，单线不易受损，结构紧密牢靠。文中按导线的不同用途，详实的举例加以说明，它将成为未来输电线路使用中的一种重要线种。因论文篇幅较长，故分为两篇分别撰写，第一篇为导线特性，第二篇为导线的应用。

环境友好型；输电线路用导线；种类；特性；使用范围；应用；配套金具；施工

0 引 言

世界各国的电力传输都是以架空线路为主。架空输电用导线把电能从发电端传输至受电端，它既是电能传输中重要的载体，又是输电线路最主要的组成部分。

输电线路用导线，最主要的结构形式是圆线同心绞架空导线，在国际上已经使用了100多年。

早期，输电线路用导线通常是以单一的导电材料制成的，如铜、铝及铝合金、甚至钢线，但随着时间的推移，从价格、使用寿命、建设费用、材料资源等考虑，铝和铝合金便成为首选的材料而被广泛应用。为了使铝的性能更符合作为输电线，合金化便是主要的方法。然后在解决了由两种不同性能材料组成的一种新颖导线制造技术之后，组合导线显示出了它更为优越的综合性能，从而被广泛使用。

对于导线的单线而言，圆形截面是最易制造的，因此，圆线同心绞制的架空导线便毫无悬念地成为输电线路用导线最重要的结构形式。

圆线同心绞架空导线在输电线路中立下不可替代的功绩同时，随着输电线路的扩大延伸、经过不同的地理环境和气象条件，在不同的电压等级中输送不同的电流容量等情况下，圆线同心绞架空导线也暴露出它的某些缺点，例如：导线是由若干根单线绞合而成，导线的断面利用率较低，这不得不使导线的外径加大,而较大的直径增大了风载，使作为支撑的杆塔不得不加强；各圆形单线间的接触只是一个线接触，这使导线吸收风振的能力较低；单线间的空隙又容易积水和有害物质而使导线易腐蚀，减少了导线的使用寿命。凡此种种，已经引起了电力工作者的关注，希望能克服这些缺点，建设更为安全可靠、性能更加优越的输电线路。

型线同心绞架空导线是对圆线同心绞架空导线的一次重大改进提高，以型单线代替圆单线绞制成架空导线，大大地提高了导线的综合性能。常用的型单线有S、Z、T形线等，还有C、V形线多种形成，本文将着重介绍S、Z型线同心绞架空导线，这种导线已在输电线路应用中获得良好的效果。

1 输电线路的现状、存在问题与解决方案

1.1输电线路的现状

电力是国民经济发展不可缺少的重要能源。随着我国国民经济的持续发展，对电力的需求大幅度攀升，原本已经满负荷运行的输电线路，更是不堪负担。为解决这一迫在眉睫的矛盾，我国每年以100万t的架空输电线来满足社会需求。这些输电线中约95%以上都是钢芯铝绞线，而铝合金导线、铝包钢芯铝绞线及其它特殊导线不超过5%。我国幅员辽阔，地理环境、气象条件又都不大相同，用了30～50年以上的输电线路导线已不能满足现有的负荷要求，且寿命也都将到期，现在只采取更换新导线的方法不是最优的方案，应另寻找解决方案。

1.2输电线路存在的问题

输电线路存在的问题，可以归纳为如下三点：

(1) 提高电网的输电能力需要哪些新技术?

(2) 对于老旧线路如何才能利用现有的杆塔提高电力的输送能力?

(3) 如何保证在恶劣的条件下，线路仍然正常供电、安全运行?

2008年初，我国南方湖南、贵州、浙江、江西等多个省份遭遇到百年未遇的冰雪灾害，使这几个省份的电网无法正常运行，造成不少的经济损失；我国南方沿海各省，如广东、广西、福建、浙江等每年都会遇到台风、狂风暴雨，北方的内蒙古、新疆等地也会遇到猛烈的强风，这些都会给输电线路的安全运行造成威胁；我国海岸线达数千公里，海岛众多，以及化工厂、水泥厂、冶金厂等有不洁物和尘埃的腐蚀气氛环境下，都将会对输电线路造成不良的影响。如何使输电线路用导线在这恶劣条件下，仍能正常工作，安全送电，这也是线路建设中的重要问题。

目前新开发的一种新颖的导线线种，能解决输电线路中存在的若干个问题，其特点是：

(1) 架设于线路上的导线，在送电运行时，不会对人们的健康构成任何危害；

(2) 在送电运行中的导线产生的电、声、光等特性，不会对人类的正常生活环境构成负面影响，而是与环境协调、和谐；

(3) 在暴风雨、冰雪、沙尘暴、高原、江河峡谷、海岛、化工及矿山等恶劣环境下工作时，能延长导线的使用寿命，保证线路正常送电，运行安全可靠，降低线路建设的全寿命周期成本。

线路中使用的导线，如在无需增加其它的附加装置或措施的条件下，能获得上述这些特性，则这种导线我们将其称为“环境友好型输电线路用导线”。

1.3输电线路中存在问题的解决方案

按输电线路存在问题，可分两类解决方案：一是增加线路的输送容量，但仍利用原有线路的杆塔，见图1；二是在恶劣环境下，能保证线路能安全运行的方法(即使用环境友好型线路用导线)，见图2。

图1 增加线路输送容量的解决方案

图2 在恶劣环境条件下所用导线的解决方案

2 SZ型线同心绞架空导线种类与使用范围

SZ型线同心绞架空导线可分为6种，其种类与使用范围如下。

2.1SZ型线的铝及铝合金、高强度铝合金芯铝绞线

图3为SZ型铝绞线示意图；图4为SZ型铝合金绞线示意图；图5为高强度铝合金芯SZ型铝绞线示意图。

a) 中心为单根 b) 中心为绞线

图3 SZ型铝绞线

a) 中心为单根 b) 中心为绞线

图4 SZ型铝合金绞线

a) 中心为单根 b) 中心为绞线

图5 铝合金芯SZ型铝绞线

主要使用范围：应用于线路档距较小的线路。与其他两个产品相比，高强度铝合金芯SZ型铝绞线具有较好的机械、物理、电气等性能。

2.2钢芯SZ型铝绞线

图6为钢芯SZ型铝绞线的示意图。

图6 钢芯SZ型铝绞线

主要使用范围：由于它的综合性能优于相同的钢芯铝绞线，是钢芯铝绞线的替代产品，应用于钢芯铝绞线所有的使用场合，包括田野、丘陵、山区、森林、城市、沿海等。它将是未来输电网的首选线种。

2.3铝包钢芯SZ型铝绞线

图7为铝包钢芯SZ型铝绞线示意图。

主要使用范围：和镀锌钢芯SZ型铝绞线的使用范围相同，具有优良的自阻尼性能，且承力件为铝包钢芯，因此导线将更耐腐蚀，特别合适于在沿海地带和海岛使用。

图7 铝包钢芯SZ型铝绞线

2.4高强度或特高强度钢芯SZ型高强度铝合金绞线

高强度或特高强度钢芯SZ型高强度铝合金绞线示意图见图8。

图8 高强度或特高强度钢芯SZ型高强度铝合金绞线

主要使用范围：由于其具有光滑表面和较大的拉断力，可作抗冰雪线路使用；而较大的拉断力、良好抗振耐腐蚀性能，也是大跨越导线的重要线种。

2.5有间隙的钢芯SZ型铝绞线

图9为有间隙的钢芯SZ型铝绞线示意图。

图9 有间隙的钢芯SZ型铝绞线

主要使用范围：由于这种结构存在间隙，有特别良好的自阻尼特性，在易发生台风、暴雨和风沙尘暴的地区使用。

2.6SZ型线同心绞的扩径导线

SZ型线同心绞的扩径导线示意图见图10。

图10 SZ型线同心绞的扩径导线

主要适用范围：用于高原地区，节约导线用材料，减少电晕损耗。

3 SZ型线同心绞架空导线的特性

(1) 更大的导体截面利用率。SZ型线同心绞架空导线具有更大的导体截面利用率，它与同截面的圆线同心绞架空导线相比，减少直径约10%；同直径相比则可增大截面20%～25%。

(2) 降低风载的影响。SZ型线同心绞架空导线其光滑的导线表面和较小的直径，降低了风载的影响，当风速达到30 m/s及以上时的风载比同截面的圆线同心绞架空导线低得多。

(3) 良好的自阻尼特性。由于型线，特别是SZ型线的单线间有更多的接触面，其自阻尼性能远比圆线同心绞架空导线优良(对于有间隙结构的导线，自阻尼性能特别优良)，因此具有良好的抗微风振动和抗暴风雨、沙尘暴引起振动的能力。

(4) 优良的耐腐蚀能力。型线同心绞架空导线，其铝导体是以SZ型线绞制的结构，与圆线同心绞架空导线相比，能较好地解决导线的抗化学腐蚀、电化学腐蚀和缝隙腐蚀，大大延长了导线的寿命。

(5) 铝包钢芯SZ型铝绞的超耐腐蚀型导线是一种优良的型线同心绞架空导线。这种导线除采用SZ型电工铝作为导电体外，涂防腐油脂的铝包钢线作为承力件，其抗化学腐蚀、电化学腐蚀和缝隙腐蚀能力特别优良，腐蚀的损失接近于零。

(6) 具有低覆冰雪的能力。由于SZ型线绞合，导线的外表面光滑，从而延缓了导线覆冰的时间，兼之导线的直径偏小，所以在单位长度的覆冰量较少些，气温升高时，冰雪的融化则较快，导线覆冰量始终较小。

(7) 可减少电晕的损耗。相互嵌联的SZ型线形成的导电外层，圆线作为支撑的导线层，这种结构在节约材料的同时有较好的抗侧压能力，兼之光滑的表面，当制成扩径形成的结构，导线的直径便相对增大，这种的导线将更有效地减少电晕损耗。

(8) 更适合于制成大跨越导线。特高强度钢芯高强度铝合金的SZ型线同心绞导线，有着很大的拉力重量比，优良的自阻尼特性和抗腐蚀性能，以及相对较小的直径，是作为大跨越导线的理想特征。

(9) 单线断线时损害小。对于SZ型线的结构，由于每根单线间都相互嵌联在一起，即使其中某一单线断裂，也不会像圆单线一样跳出，使导线仍保持着原有形状，完整无损。

(10) 金具配套较方便。金具可采用与圆线同心绞架空导线相同的配套金具，包括耐张线夹、接续管、悬垂线夹和防振金具等。施工也与圆线同心绞架空导线基本相同，较为方便。

综上所述，SZ型线同心绞架空导线有着很多优点，故有着广泛的用途：

用于田野、森林、丘陵、山地、河流、城市等地区；还用于在恶劣环境条件下的特殊地区，如铝包钢芯SZ型铝绞制的超耐腐蚀型架空导线。

对于沿海、海岛及湿热地带应用将更为有效，在频繁发生台风、暴风雨、大风和沙尘暴的地区，则采用有间隙的SZ型同心绞导线。

在高原地区，为减少电晕损耗，SZ型线同心绞的扩径导线，具有良好的性能。

特高强度钢芯高强度铝合金的SZ型线同心绞导线，在易产生冰雪危害的地区使用时，导线具有低覆冰的能力，在我国南方易出现冰灾地区的线路使用时，会收到好的效果。

这类导线也用作大跨越线路用导线。与现有多处采用特高强度钢芯高强度铝合金绞线相比，直径变小，自阻尼能力增加，更耐腐蚀，不易结冰等优点，使之成为未来大跨越导线选择时的主要线种。

4 结束语

本文通过分析架空输电线路现状及存在的问题，提出了应采用一种被称为“环境友好型输电线路用导线——钢芯SZ铝型线同心绞架空导线”，并对其种类、使用范围和特性作了详细论述，至于该导线在应用时的综合性能分析和比较将在“环境友好型输电线路用导线之二——导线的应用”另一篇论文中评述。

[1] 黄豪士.我国架空导线的技术发展方向[C]//2007年全国架空输电导地线技术交流研讨会论文集.上海：上海电缆研究所，2007.18-22.

[2] Nexans Aero-Z R新型高压架空电缆导线[Z].耐克森公司技术资料.

[3] GB/T 20141—2006型线同心绞架空导线[S].

[4] ASTM B701/B701M-00 Standard Specification for Concentric-Lay-Stranded Self-Damping Conductors; Steel Reinforced(ACSR/SD)[S].

[5] 唐易生(译).加铝公司的自阻尼导线[J].Draht, 1990(7/8).

[6] GSTACSR间隙型钢芯耐热铝合金绞线[Z].日本住友电气技术资料.

[7] 张中南.架空导线的耐腐蚀情况及防腐对策[C]//架空导线技术及产品论文集.上海：上海电缆研究所，1992.

[8] 黄豪士，等.高压与超高压输电线路用自阻尼导线[C]//架空导线技术和产品论文集.上海：上海电缆研究所，1992.

[9] 黄豪士，毛庆传.扩径导线[P].中国专利：(21)ZL 02261404.4.

[10] 黄豪士.半个世纪寿命的新型导线——耐蚀防振导线[C]//2007年全国架空输电地导线论文集.上海：上海电缆研究所，2007.247-258.

[11] 黄豪士，等.扩径导线及母线的设计[C]//电线电缆六届一次输电导地线学术年会论文集.上海：上海电缆研究所，2006.7-17.

[12] 徐 睿，等.西北750 kV超高压输电网用耐热扩径母线及扩径单元开发和应用[C]//电线电缆六届一次输电导地线学术年会论文集.上海：上海电缆研究所，2006.18-28.

欢迎投稿欢迎订阅

Environmental-FriendlyConductorforTransmissionLinesPartI:ConductorCharacteristics

HUANG Hao-shi

(Shanghai Electric Cable Research Institute, Shanghai 200093, China)

In this paper, a so-called environmental-friendly conductor for transmission lines is presented, which ensures normal power transmission and safe operation even in severe environmental conditions. This is a concentric-lay-stranded SZ aluminium profile conductor steel reinforced. It has greater utilization ratio of conductor cross-sectional area and can reduce the wind load. Besides, this kind of conductor features excellent self-damping characteristics, corrosion resistance, small ice covering, low corona, difficulty to damage the strands and compact construction. In this paper, the conductors, which will become an important conductor category in the future transmission line, are presented in detail and by examples according to their applications. This long paper is divided in two parts. Part I describes conductor characteristics. Part Ⅱ describes conductor applications.

Environmental-friendly; conductor for transmission line; category; characteristics; field of application; application; necessary fittings; construction work

TM244.2

A

1672-6901(2010)02-0013-05

2009-09-20

黄豪士(1938-)，男，教授级高级工程师.

作者地址：上海市军工路1000号[200093].