螺头水道大跨越导线的选型及应用

王轶文，姚耀明，张彤，金红明

(1．浙江省电力设计院，杭州市，310012;2．浙江省电力公司，杭州市，310007)

0 引言

舟山与大陆联网输电线路工程于2010年7月顺利投产，是连接舟山和宁波两地的架空线路通道。螺头水道大跨越是其中最核心的组成部分，跨越北起舟山市大猫山岛，南至宁波市外峙岛，采用“耐—直—直—直—耐”跨越方式，跨越全长6 215 m，最大跨距2 756 m。

螺头水道大跨越是一个创纪录的工程:

(1)大跨越塔高度370 m创世界第一;

(2)大跨越档距2 756 m创亚洲第一;

(3)大跨越耐张段长度6 215 m创亚洲第一。

在大跨越设计中，导线的选择与研制是首要的核心技术环节，直接决定了工程跨越方案及建设规模［1-5］。螺头水道大跨越的建设中，我们坚持以国产和现阶段的生产能力为主要原则，通过试制和试验，选择了JLB23－380铝包钢绞线作为大跨越导线并在工程中获得了成功应用。现将工程建设中的相关经验总结如下，供今后工程参考。

1 导线选型

螺头水道大跨越断面如图1所示。

图1 螺头水道大跨越断面示意图Fig.1 Cross-section of large crossing of Luotou watercourse

由于2 756 m跨距和6 215 m耐张段长度，以及螺头水道国际航道的通航要求，对大跨越导线选型提出了极其严格的要求。与普通导线相比，大跨越导线需要具有下列特性:(1)更好的弧垂特性。由于大跨越的耐张段较长，加上跨越的江、海又有通航要求，且工作环境恶劣，风载较大，因此对导线的弧垂特性要求很高。(2)良好的电性能和耐较高工作温度的性能以满足载流量的要求。(3)较好的抗振动疲劳性能和耐腐蚀性能。

在满足载流量的前提下，选择具有较高的弧垂特性的导线可以有效地减小弧垂，降低塔高及工程投资。据测算，对于全高超过200 m的跨越塔，导地线荷载仅占杆塔总荷载30%左右，且随着塔高的增加，比例会进一步降低。因此，选用弧垂特性好的导线以降低塔高是螺头水道大跨越导线选型的首要目标。

国内已建成的一些较大规模跨越工程，选用导线弧垂特性一般在15 km以上［6-8］，按照这个标准要求，可选的导线类型有高强度钢芯(或铝包钢芯)铝合金(或耐热铝合金)绞线、铝包钢绞线、钢芯铝包钢绞线等。其中高强度钢芯铝合金(或耐热铝合金)绞线具有载流量大、弧垂特性好的优点，近年来在国内外大跨越中得到了广泛应用，国内生产技术也较为成熟。

铝包钢绞线的主要优点是抗拉强度比高强度钢芯铝合金绞线更高，接近于钢绞线，而载流能力又比钢绞线大，防锈性能好［9-10］。但这种导线用于交流线路时，交直流电阻比较大，载流能力难以提高，电能损耗大。随着国内铝包钢丝制造技术的提高，可以很精确地调整包铝的厚度，改变铝包钢单丝以及铝包钢绞线的铝钢比和整体强度。目前，国内能够生产铝包钢绞线的厂家已有多家，且绞线质量也比较稳定，国内生产的产品规格齐全，导电率有:14%、20.3%、23%、27%、30%、35%、40%7种，弧垂特性在12.9～18.9之间，可选择的余地比较大。

具体到本工程，高强度钢芯铝合金绞线应用于2 000 m以上的特大跨越档距时，由于其大风临界代表档距较铝包钢绞线小的多，其弧垂性能与铝包钢绞线相差较大。以螺头水道大跨越2 756 m档距为例，江苏江阴长江跨越选用的日本钢芯铝合金导线AASCR－500/230，其弧垂性能与导电率30%的铝包钢绞线相当，但与导电率20%、23%和27%的铝包钢绞线相比，弧垂特性相差较多。且为了获得大档距下较好的弧垂特性，高强度钢芯铝合金绞线总截面均需在700 mm2以上，实际上，螺头大跨越耐张段长6 215 m，其导线整根制造长度将达到6 500 m左右，对于大截面的高强度钢芯铝合金绞线，国内厂家现有生产能力不可能实现。

对于铝包钢绞线，虽然交直流电阻比大，载流能力较小，但由于本工程属于联网线路，设计载流量并不大，铝包钢绞线也可满足工程需要。铝包钢绞线在满足制造长度6 500 m的条件下，单根导线截面不能突破420 mm2，故在满足输送容量的前提下，采用四分裂子导线布置可满足工程需要。故最终在小截面铝包钢绞线中选取，经过对导电率在20% ～27%范围内的铝包钢绞线进行技术经济比较，最终选定了JLB23－380铝包钢绞线。

2 铝包钢绞线使用温度

导线允许使用温度对导线载流量影响极大，在确保安全可靠的前提下合理地提高导线允许运行温度，可有效地提高单位截面导线输送容量，节约工程投资，对螺头水道这样特大规模的跨越，影响尤其明显。长期以来，对于铝包钢绞线的运行问题各国标准不一，我国设计标准规定，大跨越线路铝包钢绞线最高连续运行允许温度为100℃，而按日本标准可达到200℃，之间存在较大的差异。

我们对此进行了专门的试验研究，试验中，将5种规格的铝包钢绞线分别加热至不同温度并保持100 h后冷却至常温，再分别进行抗拉强度试验、l%伸长时的应力试验和扭转性能试验。

根据试验结果，国产铝包钢绞线的抗拉强度及l%伸长应力，在200℃温度下持续100 h后均有所提高。经分析，这是因为虽然烘制温度未达到其标准的退火温度，但由于时间累积效应，在一定程度上有调质的作用，所以烘后的抗拉强度较常温时的要高。从试验数据还可以知道，除了JLB23－465这一个规格外，其余规格的导线未见影响其扭转性能的变化。而JLB23－465导线扭转性能的降低，也属个别现象，可能因单丝直径较大引起，所以在生产时，不宜将单丝直径做的太大。

根据上述试验结果，经专家评审，最终确定螺头水道大跨越导线温度按130℃进行设计。事实上，这是由于选用的铝包钢绞线JLB23－380在130℃时已可满足输送容量要求，其允许运行温度尚有进一步提高的空间。

3 铝包钢绞线交直流电阻比

交流电阻和交直流电阻比是计算导线载流量的一个重要参数，特别是对新型导线，由于没有使用经验，又没有能比较准确计算导线交流电阻的方法，使获得该参数的困难增加。尤其对于铝包钢绞线，国内相关机构的载流量分析报告和有关文献中，对交流电阻的测量一般不作描述，通常认为铝包钢绞线交直流电阻比钢芯铝绞线稍大，在1.15左右。但这个数据与国外的相关资料差距较大，如日本有试验结论认为铝包钢绞线交直流电阻比在1.5～1.7之间。

为解决长期以来国内设计和制造界对铝包钢绞线输送能力的困惑，更好地支持螺头水道大跨越的设计，我们对包括JLB23－380导线在内的5种规格的铝包钢绞线进行了载流量等一系列机电性能试验。

试验中参考了IEC 61284:1997中有关金具和导线能耗测量的方法，先测量导线的电流、电压降和有功损耗，再计算交流电阻。多次核算和验证表明:利用该方法获得的数据是可靠的。

从试验结果来看，我们发现了铝包钢绞线交直流电阻比变化的规律。开始阶段，交直流电阻比随着电流的上升而增大，而当导线中的电流达到一定数值后，由于磁饱和使磁滞损耗增长变慢，交直流电阻比减小。试验结果表明:与铝绞线、钢芯铝绞线、铝合金绞线等相比，铝包钢绞线的交直流电阻比高出很多，其最大值可达到1.8。

在获得交直流电阻比的实验室数据后，我们利用载流量试验时获得的环境参数和实测的导线外径、直流电阻等参数，对交直流换算系数进行迭代，考虑到试验结果的测量不确定度，要求计算值和试验值的误差控制在3%以内。经多次迭代，对铝包钢绞线而言，实测交直流电阻比k与交直流换算系数K间存在着如下关系:K=0.61(k－1) (1)

上述的试验结果表明，铝包钢绞线的交直流电阻比实际上要远大于以往试验的测定值，此结论也与日本的有关报告一致。因此，在螺头水道大跨越JLB23－380铝包钢绞线载流量分析时，交直流电阻换算系数按照测定值，根据公式(1)换算后取值为1.47。

4 导线制造

相比普通大跨越导线，螺头水道大跨越导线JLB23－380具有单线强度要求高、大跨越耐张段长度长、每盘线重量大等特点，给生产带来了诸多困难:

(1)除电气性能要求外，单线要求绞后强度大于1 220 MPa，高出标准要求约10%。

(2)大跨越耐张段长度6 215 m，每根线要求长度达到6 500 m，对铝包钢单线产品质量要求非常高，必须对从原料开始的各个环节严格控制。

(3)每盘线净质量达到15.656 t，毛质量达到16.7 t，也给生产、包装、运输等环节带来了许多的新的问题，亟需解决。

结合本工程铝包钢线及其绞线的生产经验，总结技术要点如下:

(1)因单线要求强度高，经反复计算选用72B，φ6.50 mm盘元，提高钢芯强度，同时通过合理的总压缩比来确保铝包钢单线满足技术条件要求。

(2)采用独特的压力润滑系统、冷却系统，使用盘元在拉拔时表面形成一层良好的涂敷，更有利于拉拔及随后的清洗。

(3)通过热处理，使钢芯完全索氏体化，消除加工硬化，使之更适于进一步拉拔，同时也改善了钢芯的通条性能。

(4)采用物理清洗与化学清洗相结合的方法，有效去除钢芯表面的氧化铁皮及其他杂物，在包覆过程中铝与钢之间形成良好的结合力，有利于AS拉丝。

(5)根据钢芯规格选用合适的包覆模具，合理装配，确保包覆的效果及铝层的同心度。

(6)采用压力模系统，保证在拉拔中钢与铝同步变形。合理确定压力模的间隙大小及拉拔模具的尺寸是拉拔过程的关键要素。

(7)采用涡流探伤装置，避免漏钢、脱铝等现象带入下道工序。

(8)绞线过程中调节各线盘张力基本一致，调整好预变形，确保绞合紧密、均匀。

(9)线盘质量达到17 t，通过对收线机进行了改造，最大承载质量可以达到20 t。在收线过程中，收线张力控制也至关重要。

5 导线包装及运输

因单盘质量达17 t，加之铝包钢绞线铝层包覆较薄，所以导线的包装和运输困难较大。经过反复论证，采用全钢瓦楞盘，最大可收线7 500 m，最大承载质量达20 t。

为避免导线在运输、转运或放线过程中出现伤线、乱线，JLB23－380大跨越导线的包装需满足以下几点要求:

(1)瓦楞盘筒体外部、侧板内外焊缝必须磨光，表面去毛刺、棱角，倒圆。

(2)筒体、侧板粘贴帆布，防止导线与轮体直接摩擦。

(3)每层线之间铺点子无纺布。点子无纺布耐磨，且具有一定的弹性，可有效减小内层线受到的挤压、摩擦等伤害。

(4)同一层线与线之间夹牛皮纸，避免线与线直接接触。

(5)外层采用三类全封闭包装，用2根钢带固定。

(6)装车时使用加固井支架或全钢支架固定，防止在运输过程中工字轮滚动或滑移。

6 结语

由于2 756 m跨距和6 215 m耐张段长度，以及国际航道的通航要求，对螺头水道大跨越导线选型和制造提出了及其严格的要求。在工程建设过程中，对大跨越导线进行了载流量、交直流电阻、机械特性等一系列的电气性能和机械特性的研究、论证和实验，并通过专家评审，最终确定螺头水道大跨越导线采用四分裂JLB23－380铝包钢绞线，导线最高允许温度按照130℃考虑。

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