钢芯铝绞线断股缺陷对导线发热的影响分析

钢芯铝绞线断股缺陷对导线发热的影响分析作者：屈成忠张潇北
来源：《消费导刊》2018年第03期
摘要：在高压输电线路当中，为了降低传输损耗，最常使用的是钢芯铝绞线是。

钢芯铝绞线是由铝线和钢线这两种线形材料绞合制作而成，但是在实际使用过程中在高频率震动和高负荷情况下容易出现诸如断线等损坏情况的出现，这些特殊情况也是造成传输导线寿命较短的主要原因。

关键词：钢芯铝绞线断股缺陷导线发热
一、引言
钢芯铝绞线是通过将铝线和钢线两种线形材料进行绞合而制成的导线。

在实际使用时经常承受多重荷载，比如弯曲磨损作用、张拉荷载、振动疲劳效应等。

在实际使用过程中几乎很难发现导线各层间内部线股之间相互的磨损情况，若不能及时的对电线内部的磨损进行排查，经过长时间的积累最终可能会导致电线内部断股的发生，最后导致断线。

通过对之前专家学者的研究结果进行分析发现，目前学界和业界对导线断股后产生的热场、电场、应力场的影响没有展开研究，因此本文选取该选题有利于更加清楚地了解导线断股断线的产生机理，可以预知可能存在的隐患，更加有针对性的制定合理的方案。

二、钢芯铝绞线断股分析
1.钢芯铝绞线产生受迫振动。

层流风在遇见钢芯铝绞线时会选择绕行，导致了钢芯铝绞线受到风力的压迫并产生振动，层流风在钢芯铝绞线的背面发生分离产生了两个对称反向的漩涡。

当雷诺数达到100～200时，两个旋涡之间会产生上下交替、周期性脱落和交错排列的现象，这也是产生周期性的策动力的原因，在被压迫的情况下，钢芯铝绞线产生一定频率的震动。

钢芯铝绞线自身在设计成型之后就具有固定的频率，在策动力的作用下系统频率会一直变化，当变化的频率接近或者和钢芯铝绞线固有的频率相等时，这是会产生微风振动，即钢芯铝绞线会产生一定程度的共振。

2.钢芯铝绞线在振动时所产生的能量关系。

在忽略阻尼的情况下，策动力的频率即钢芯铝绞线的频率振动是等幅的，策动力的频率变化和线路的固有频率之间没有特定的联系。

但是在实际应用中发现，钢芯铝绞线产生受迫振动时临近线路也会发生振动，这样就会导致整个钢芯铝绞线的线路产生波动，最终导致振动能量向四周辐射。

三、钢芯铝绞线断股发热特性实验
（一）实验设计
为了对相异型号的架空导线断股发热特征进行研究，设计了像图2所示的导线温度测量实验平台。

从文献[4]中钢芯铝绞线型导线不同铝导体层数交流电阻的特征出发[4]，研究对象选取最外层导体分别由19，15，6根金属铝绞合而成的LGJ500/35mm2型导线（导线1），LGJ240/30 mm2型导线（导线2），LGJ70/10mmz型导线（导线3），其他详细的规格尺寸见表1。

从DL/T1069 2016《架空输电线路导地线修补导则》中导地线损伤程度的分类出发，计算3种型号导线的断股程度遵循丁类和11类的损伤截面积；在正常运行温度和最高允许运行温度（70℃或80℃）附近施加电流梯度。

（二）实验结果与分析
三种型号导线的断股发热特性实验结果详情见表2。

1.不同断股数各自的发热特性。

由表格2到表格4可以得出结论：在负载电流相同的时候，导线的温度会随着段股数的增加而增加，并且非常明显。

但是产生这种现象的一个重要原因是由于在实验中断股的位置都是钢芯铝绞线最外层的铝导体，导线的有效导电横截面积会随着断股数的增加而减小。

在在负载电流不变的情况下，又会增加电流密度，这与增大导线电阻值的效果一致，就造成越来越明显的断股处发热。

2.不同负载电流时断股位置发热特性。

由表格2到表格4可以得出结论：如果断股数相同，导线负载流量增加则会引起断股处与完整断的温差的增大。

产生这种现象的原因是由于在断股时电流被迫从剩余导线截面流通，使得电线中的电流密度在短时间内上升，在断股处产生了剧烈且明显的发热情况。

两个测温点的温差随着导线电流的增大而越发明显。

3.不同截面导线断股时的发热特性。

由表格2到表格4得出结论：在断股数相同和负载电流变化的情况下，导线截面积的减小会加剧导线断股处温升的上升。

四、结论
通过以上的计算和使用有限元分析软件对不同的截面积导线在断股后欧姆损耗分布的分析，以及所设计的温度实验结果，可以得出如下三个结论：
1.导线断股后的欧姆损耗分布更加不均匀，断股处及其附近是欧姆损耗的主要分布区域，且离断股处越近时欧姆损耗越大，欧姆损耗出现的最大位置是导线的最外层与断股处相邻的铝导体。

2.断股数的增加会引起负载电流的增大，同时导线断股位置的发热特性也来越明显。

3.导线层数越少时，断股位置的温度升高地越剧烈。

上文中提到220kV输电线断股现象的产生会带来一系列不稳定后果，那该如何去规避和解决这一现象，这里提出一些小小建议：首先，在建设钢芯铝绞线的时候，要更细致地勘探好周围的环境，并且设计出最合理的实施方案，要尽可能绕开微风振动发生可能性较高的区域，也要尽量减小钢芯铝绞线线路与风向之间的夹角。

其次，应该适当地降低钢芯铝绞线的最大使用应力和运行应力。

最后，在选择钢芯铝绞线的时候，要侧重于选择阻尼性能较好的。