高强度高伸长率铝包钢芯铝合金绞线在覆冰地区的应用分析

上海中天铝线有限公司 徐一峰 冯祝华 尤伟任 江苏中天科技股份有限公司 陆 伟 缪姚军

我国架空输电线路传输除了经过平原地区之外，还会经过许多特殊地区，诸如大跨越、高山风口、覆冰等。一般情况下，覆冰地区会采用抗拉强度较高的钢芯高强度铝合金绞线，提高电网的抗冰灾能力，保证线路的安全性[1]。近年来我国输电线路提出了“节能降耗”的理念，设计部门在中冰区一般会选用钢芯中强度铝合金绞线，其与同结构的钢芯高强度铝合金绞线相比，导线电阻小、线路损耗降低，已在我国部分地区得到应用。如何在保障覆冰地区线路安全的前提下进一步提升线路的节能效果，成为线路设计部门和导线制造企业不断研究的话题[2-3]。

电工用铝包钢线具有导电率高、重量轻、耐腐蚀等特点，一般与硬铝线组合形成铝包钢芯铝绞线，与相同结构的钢芯铝绞线相比导线重量轻、电阻小，具有一定的节能效果[4]。若将铝包钢线与铝合金线组合形成铝包钢芯铝合金绞线，导线重量降低、电阻减小，能够解决冰区线路损耗的问题。根据GB/T17937《电工用铝包钢线》规定，铝包钢线与镀锌钢线相比伸长率小，在与高伸长率的铝合金线组合时不能充分发挥铝包钢芯的全部性能。本文主要探讨高强高伸铝包钢线的特性及与高强高伸铝包钢芯中强度铝合金绞线在覆冰地区的应用。

1 高强高伸铝包钢线的特性

高强高伸铝包钢线在普通铝包钢线的技术基础上进行了延伸，在保障铝包钢线导电率不变的情况下提升了抗拉强度和伸长率，其主要机电性能见表1。与国标GB/T3428-2012《架空绞线用镀锌钢线》和GB/T17937-2009《电工用铝包钢线》进行对比，高强高伸铝包钢线抗拉强度比常规铝包钢线高，与镀锌钢线G4A、G5A 一致，但是伸长率提高到2.0%以上，其他方面导电率、重量及耐腐蚀特性则与常规铝包钢线一致。

表1 高强高伸铝包钢线机电性能参数表

2 在覆冰地区的应用分析

将高强高伸铝包钢线与铝合金组合形成高强高伸铝包钢芯铝合金绞线，可充分利用铝包钢线的特性，保证导线的抗拉强度，特别是与金具配套的拉断力。另外可以降低导线的重量，减小电阻，相比钢芯铝合金绞线线路损耗更低。以某条500kV 输电线路为例，通过对导线的基本参数、覆冰能力和线路经济性进行对比，分析高强高伸铝包钢芯中强度铝合金绞线在覆冰地区的特点及优势。

2.1 基本参数对比

根据线路要求，选择钢芯铝合金绞线2× JLHA1/G1A-630/80、钢芯中强度铝合金绞线2×JLHA4/G3A-630/80和高强高伸铝包钢芯中强度铝合金绞线2×JLHA4/QSLB20A-630/80三种导线，其基本参数对比见表2。从表2的对比结果可以看出：在同等结构条件下，高强高伸铝包钢芯中强度铝合金绞线相比钢芯铝合金绞线重量降低4%，电阻降低11.9%；相比钢芯中强度铝合金绞线重量降低4%，电阻降低4.4%，抗拉强度相当、拉重比增加。

表2 对比导线基本参数

2.2 弧垂特性对比

线路的气象条件为覆冰厚度15mm，覆冰风速15m/s，设计安全系数为2.5。根据表1提供的导线性能数据，对三种导线的弧垂进行对比，具体数据见表3。从表3的对比结果可以看出：高强高伸铝包钢芯中强度铝合金绞线弧垂与钢芯高强度铝合金绞线相当，优于钢芯中强度铝合金绞线。

表3 对比导线的弧垂

2.3 覆冰过载能力对比

输电线路设计规范GB50545-2010《110kV～750kV 架空输电线路设计规范》要求，导线在覆冰气象条件时，弧垂最低点的最大张力应不超过其导线拉断力的70%。根据文献[3]里提供的覆冰过载简化公式进行计算对比，三种导线在档距为300m、400m 和500m 的覆冰过载能力见表4。从表4的对比结果可以看出：高强高伸铝包钢芯中强度铝合金绞线过载覆冰能力介于钢芯高强度铝合金绞线和钢芯中强度铝合金绞线之间。

表4 对比导线的过载能力

2.4 损耗费用对比

根据经济电流密度，假设导线传输电流为567A，常年平均环境温度为15℃，年负荷利用小时数为5500h，损耗小时数为3200h，导线的损耗费用见表5。从表5的对比可以看出：高强高伸铝包钢芯中强度铝合金绞线每公里线路损耗比钢芯高强度铝合金绞线降低11.9%，比钢芯中强度铝合金绞线降低4.4%；按照上网电价0.5元/kwh 进行计算，高强高伸铝包钢芯中强度铝合金绞线每公里线路年损耗费用比钢芯高强度铝合金绞线降低2.15万元，比钢芯中强度铝合金绞线降低0.73万元，经济优势十分明显。

表5 对比导线的年损耗费用

根据上述对比结果，可以得出以下结论：高强高伸铝包钢线抗拉强度高，达到镀锌钢线G4A、G5A 级别，伸长率高、达到2.0%以上，导电率和防腐性能与常规铝包钢线一致；在等结构的条件下，高强高伸铝包钢芯中强度铝合金绞线与钢芯中强度铝合金绞线相比，重量降低4%、拉重比大、抗覆冰能力相当。导线电阻降低11.9%，能够减少线路损耗，节能效果明显，覆冰过载能力相当，能够满足中冰区的线路设计要求，因此在中冰区可以采用高强高伸铝包钢芯中强度铝合金绞线；当高强高伸铝包钢芯中强度铝合金绞线的价格在合理的范围内时，高强高伸铝包钢芯中强度铝合金绞线节能效果和经济型都将优于钢芯中强度铝合金绞线。

随着铝包钢技术的不断发展，铝包钢线的伸长率也将会不断提升，甚至可以达到镀锌钢线的标准，高强高伸铝包钢系列节能导线将成为输电线路架空导线的新一代导线产品，满足线路的不同需求，为设计部门提供更多的选择。