钢芯铝型线绞线与钢芯铝绞线的主要性能对比

江建华

(江苏通光强能输电线科技有限公司，江苏海门226100)

0 引言

虽然近年来有一些新型导线问世和应用，国内外输电系统中的相导线主要还是以圆线同心绞的钢芯铝绞线为主，钢芯铝绞线在国际上已有超过100年的应用历史和成熟经验。国内已形成了一整套从产品到工程设计、施工和运行维护的严密规范，最大截面达1 000 mm2，已应用于交流1 000 kV和直流±800 kV特高压输电线路。

在产品方面，有与IEC 61089:1991对应的国家标准GB/T 1179—2008《圆线同心绞架空导线》。该标准覆盖了包括铝绞线、铝合金绞线、钢芯铝绞线、钢芯铝合金绞线、铝合金芯铝绞线、铝包钢芯铝绞线、铝包钢芯铝合金绞线、钢绞线、铝包钢绞线等几乎所有的架空输电线路用各类架空绞线。其中，对JL系列钢芯铝绞线推荐了标称截面积从16～1 250 mm2的37个规格号，对应于G1A～G3A钢芯，派生出了185个规格。

2006年3月，我国首次发布了与IEC 62219:2002一致性程度为等同的国家标准GB/T 20141—2006《型线同心绞架空导线》，对由形状为S、T成型单线制造的导线提出了典型结构型式，举出了19个标称截面积从100～1 092 mm2的JLX/GIA导线规格和特性的例子。

型线同心绞架空导线是对圆线同心绞架空导线的改进提高，以型单线代替圆单线绞制成架空导线，可提高导线的综合性能。

本文将基于 S、Z铝型线，根据 GB/T 1179—2008中JL/GlA系列钢芯铝绞线中的几个常用规格，按GB/T 20141—2006设计了对应的 JLX/GlA钢芯型铝绞线系列，并作了对比分析。

1 钢芯铝绞线与钢芯铝型线绞线的结构

以三层导线为例，图1是GB/T 1179—2008中JL/G1A钢芯铝绞线横截面示意图，其特征是钢芯和铝导体均为圆单线。图2是GB/T 20141—2006中举例的两种JLX/G1A钢芯型铝绞线横截面示意图，其特征是钢芯为圆单线、铝导体是T型或S型线。

图3是我公司根据GB/T 20141—2006，基于S、Z型线技术设计生产的两层和三层的钢芯型铝绞线横截面示意图，其特征是钢芯为圆单线、铝导体是SZ或SZS型线。

图1 钢芯铝绞线截面图

图2 钢芯型铝绞线截面示意图

图3 SZ型线钢芯型铝绞线横截面示意图

2 钢芯铝绞线与钢芯铝型线绞线的主要性能对比

2.1 截面积相同时JL/G1A和JLX/G1A几种典型规格的主要性能

表1给出几个典型规格的主要技术参数对比。从表1可知:两种导线中的钢、铝和总截面积及钢比均相同;由于铝型线结构较紧凑，JLX/G1A的直径比JL小;两种导线的单位长度质量、额定拉断力、直流电阻和载流量几乎相同但略有差异。

这种差异主要是由于JL/G1A和JLX/G1A导线分别执行 GB/T 1179和 GB/T 20141标准，它们的绞入率和绞合增量有微小的差别，以及型线在设计时层数与根数选择比较灵活。

表1 JL/GlA和JLX/G1A几种典型规格的主要技术参数对比表

表1中的截面积总和是导线的有效总截面积，该截面积与根据导线直径计算出来的圆面积之比可称为导线的“截面利用率”，即:

式中，α为截面利用率(%);S为导线总截面积;D为导线标称直径。

两根对比导线标称直径的变化比例可由下式表示:

式中，β为直径变化比例(%);d1为JL导线的标称直径;d2为JLX导线标称直径。

对表1的典型规格作了直径变化比例和截面利用率的对比列于表2。

根据表2和更多规格的大量计算结果表明:JLX和JL相比，在相等截面积下导线的直径约减小9%左右;导线截面利用率可增加15%以上。

表2 JL/G1A和JLX/G1A几种典型规格的直径变化比例和截面利用率对比表

2.2 直径相同时JL/G1A和JLX/G1A几种典型规格的主要性能

按钢比和导线直径与JL相同为原则，设计了几种JLX的典型规格，表3给出了主要技术参数对比。

表3 JL/G1A和JLX/G1A几种典型规格的主要技术参数对比表

从表3可知:当两种导线的钢比和直径相同时，JLX导线的总截面会增大;在总截面增大的同时，JLX导线的单位长度质量、额定拉断力也增大;因总截面增大，JLX导线的直流电阻减小、载流量增大。

2.3 弧垂特性的比较

选择JL/G1A-400/50、JLX/G1A-400/50和JLX/G1A-475/61为代表规格，以安全系数为2.5、按年平均(气温20℃，无风无冰)、大风(风速30 m/s，气温5℃，无冰)和覆冰(冰厚20 mm，气温－5℃，风速10 m/s)，分别计算了它们在600 m档距(间隔50 m)范围内的弧垂特性。其结果如图4～图6。

图4 三种导线年平均条件下的弧垂特性

在年平均、大风和覆冰条件下从图4～图6可知:钢芯铝绞线和钢芯型铝绞线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，可以直接替换;等直径的JLX/G1A-475/61的弧垂特性比JL/G1A-400/50好，因单位质量和抗拉力均大，需对杆塔等条件进行校验。

图5 三种导线在大风条件下的弧垂特性

图6 三种导线在覆冰条件下的弧垂特性

在此还需说明，在计算过程中没有对型铝表面进行任何修正，即如考虑光滑的型铝导体对风荷和冰载的影响，JLX导线的弧垂特性会更好。

3 钢芯铝绞线与钢芯铝型线绞线的覆冰试验对比

用表1中的JL/G1A-400/50和JLX/G1A-400/50做了覆冰对比试验，两个规格各用三段取平均值，在－8℃气温下用相同湿度每隔2 h测量覆冰重量，其结果如图7所示。

图7 JL400/50和JLX400/50覆冰对比

从图7可以看到:因直径略小且外表光滑，在相同条件下，JLX导线的覆冰量较小;在覆冰的前6 h，JL/GlA-400/50和JLX/G1A-400/50的覆冰量相差不大，从第8 h开始，覆冰量的著别超过了10%。可以肯定的是，JLX/G1A导线有一定的缓覆冰和低覆冰能力。

4 钢芯铝绞线与钢芯铝型线绞线配套金具

以JL/G1A-400/50与JLX/G1A-400/50做对比，配套金具选用NY-400/50，各取5组进行压接，并做拉力试验，试验结果见表4。

表4 JL/G1A-400/50与JLX/G1A-400/50配套金具握力试验对比表 (单位:kN)

表4的压接试验表明:钢芯铝绞线与钢芯铝型线绞线耐张金具握力基本相同;钢芯铝型线绞线金具配套可以与钢芯铝绞线相同或相似。

5 结论

钢芯铝型线绞线与钢芯铝绞线比有以下优点:

(1)基于S、Z铝型线导体的钢芯铝型线绞线的导体截面利用率比圆线同心绞钢芯铝绞线约高15%左右。

(2)若截面积相等，则钢芯铝型线绞线比钢芯铝绞线的直径约减小9%，主要性能参数几乎相同，只有微小的差异，而弧垂特性要好一些。所以，相同规格的钢芯铝型线绞线和钢芯铝绞线应可互换。

(3)若直径相等，则钢芯铝型线绞线的导体截面积、单位质量和抗拉力均比钢芯铝绞线大，同时直流电阻减小而载流量增大。

(4)钢芯铝型线绞线的安装可采用常规金具，金具配套与钢芯铝绞线基本相同，施工方便。

(5)钢芯铝型线绞线具有一定的缓覆冰性能和较好的弧垂特性，将是输电线路使用中的一种重要线种。

［1］黄豪士.环境友好型线路用导线的特性与应用［C］//中国电机工程学会输电电气五届二次学术年会论文集，271-294.

［2］黄豪士.我国架空导线的技术发展方向［C］//架空输电导地线文集.上海电缆研究所，2007，18-22.

［3］Nexans Aero-Z 新型高压架空电缆导线［Z］.Nexans公司技术资料.

［4］GB/T 20141—2006型线同心绞架空导线［S］.

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