新型导线特性及在输电线路中的应用

新型导线特性及在输电线路中的应用发《中国电业》2021年20期摘要：目前，高压输电呈现新的特点。

为与之适应，导线作为电能传送的载体，也逐渐发展出新的特性和类型。

本文分析了以耐热铝合金导线为主的增容导线、包含铝合金芯导线的节能导线及用于覆冰区域的融冰导线等新型导线的特性及应用现状，为各类型新型导线在工程中的应用提供参考。

关键词：输电线路、增容导线、节能导线、融冰一、前言随着时代进步及社会经济发展，电力输送呈现出一些新的特点：在经济发达地区，电力需求随城市建设急剧升高，在经过多年建设而线路走廊通道日趋紧张的现状下，利用原通道、已建铁塔架设增容导线满足电力需求的增长已成为可行的方案；在输电技术不断进步的今天，高电压、大容量、长距离输电已成为现实，如何减少电力传输过程中的能量损耗愈发重要，得益于新材料、新技术、新工艺的的进步，电力线路正积极应用节能导线来减少电能损耗；新型导线还应用于覆冰区域，通过导线的特性实现导线融冰，增强线路抵御风雪等恶劣天气的能力。

下文将依次对新型导线的特性及应用进行介绍。

二、增容导线及应用增容导线通常为耐热铝合金导线，主要是通过提高导线的允许温度来达到增加导线输送容量的目的。

传统的钢芯铝绞线中的硬铝导体的长期使用温度设计为70～80℃，输电容量受到了限制。

耐热铝合金导线诞生于人们对输电导线材料耐热机理的研究中，从研究中试图寻求一种能提高铜、铝等导电材料耐热性能的方法，也就是使导线处于高温状态下也不至于降低机械强度。

通过研究发现，在金属铜里加入少量的银即有明显的耐热效果；在铝材中适当添加金属锆(Zr)元素也能提高铝材的耐热性能[1]。

经过不断的发展，目前耐热铝合金导线的运行温度可达150℃甚至更高，从而大大提高导线载流量。

增容导线常用的导线类型包括：普通钢芯耐热铝合金绞线、殷钢芯耐热铝合金绞线、铝包殷钢芯超耐热铝合金绞线、间隙型特强钢芯耐热铝合金绞线及碳纤维芯软铝绞线。

普通钢芯耐热铝合金导线：普通钢芯耐热铝合金导线的增容原理依靠选取耐受较高温度的耐热铝合金来增加允许的运行电流，达到增容的效果，其连续使用温度可提高至150℃。

但普通钢芯耐热铝合金的钢芯在运行温度较高时弧垂的增加量很大，在利用原线路铁塔进行增容改造的工程中运用时，线路增容效果一般不超过原线路的1.6倍。

殷钢芯耐热铝合金导线：殷钢导线有以下优点(1)计算持续载流量大；(2)运行温度高；(3)殷钢具有钢的基本性能且线膨胀系数很小，用殷钢芯制成的耐热铝合金绞线在高温状态工作时弛度增量很小。

有研究发现，殷钢芯超耐热铝合金绞线JNRLH3/LBY-350/56输送容量是钢芯铝绞线LGJ-400/35的2倍[2]，但两者弧垂一致。

殷钢芯耐热导线分为殷钢芯耐热导线、殷钢芯超耐热导线及殷钢芯特耐热导线，允许持续运行温度分别是150℃、210℃和230℃。

3种导线的区别在于选取了运行在不同温度的耐热铝合金，随着导线运行温度的升高，导线载流量也不断提高：殷钢芯耐热导线在150℃、殷钢芯超耐热导线在210℃的载流量分别为同截面普通铝导线的1.6倍和2.0倍。

铝包殷钢芯超耐热铝合金绞线：该导线内层钢芯采用铝包殷钢线，从而具有低膨胀特性。

另外，该导线存在温度迁移点。

导线内流经较大传输电流时，导线整体温度会上升，由于内层铝包殷钢线与外层铝股存在较大的膨胀系数差异，导线温度上升到某一值时，因铝包殷钢线和铝股的伸长量不一致，导致导线在高于该温度时张力由钢芯承受，此时铝股由于长度大于钢线出现不受力的状态。

在低于此温度时，导线整体承受张力。

因此，导线在高温运行时，所有力学特性仅与钢芯有关，因钢芯拥有较低的膨胀系数，使导线具备低弧垂的特性。

间隙型特强钢芯耐热铝合金绞线：该导线采用特高强度镀锌钢线（或特高强度铝包钢线）和超耐热铝合金线通过特殊间隙结构同心绞合而成。

铝合金线结构为内层导线采用梯形截面以保持钢芯与耐热铝合金之间的间隙，在间隙中填充耐热油脂从而避免了钢芯与铝合金内层的摩擦，使得铝合金层与钢芯可以自由移动。

同样由于铝线与镀锌钢线的膨胀系数差异，使得绞线在大电流、高温状态下所有张力都由钢芯承担，导线的膨胀性能即为钢芯的线膨胀系能。

导电用的超耐热铝合金材料，具有超耐热特性，在大电流、高温状态下超耐热材料的强度不受到影响，可以满足长时间大电流传输。

目前，各类型耐热铝合金导线在城市周边电力线路增容改造工程及部分走廊通道紧张地区新建输电线路中均有应用。

碳纤维复合芯铝绞线：由轻型的高强度碳纤维复合芯和外层缠绕的高性能梯形成型铝线组成。

与常规钢芯铝绞线相比，该导线具有如下特点：强度大，是一般钢丝抗拉强度的2倍；载流量大，在180℃条件下运行，其载流量理论上为常规钢芯铝绞线的两倍；重量轻，导线整体单位重量较钢芯铝绞线轻15%-20%；耐腐蚀，抵抗环境恶化，可循环使用。

目前该导线在220kV及500kV高压输电线路中均有运用，但该导线价格昂贵，使用的范围有限。

三、节能导线及应用在电力传输过程中，电能存在损耗，主要包括电阻损耗、电晕损耗，其中电阻损耗占绝大部分。

为减小电能损耗，提升电能输送的效率，电力建设中也在积极推广与应用具有直流电阻小、导电率高等特性的节能导线。

目前常用的节能导线类型有：高导电率钢芯铝绞线、铝合金芯铝绞线以及中强度全铝合金绞线三种。

（1）高导电率钢芯铝绞线：纯铝的极限导电率可以达到65%左右。

但是，目前纯铝锭不能满足导线加工需求。

而且其价格也远高于普通铝锭，约为普通铝锭的1.5倍左右。

高导电率钢芯铝绞线采用较为先进的工艺对生产过程中铝线可能出现的缺陷进行了严格的控制。

使铝导线的导电率可以达到63%左右。

高导电率钢芯铝绞线能够有效提高铝导线的导电率、同时降低输电线路的电阻损耗，进而提升输电过程的节能效果，保证输电线路的稳定性和可靠性。

（2）铝合金芯铝绞线：该类导线主要是应用硅铝、镁铝合金代替了原导线中的钢芯与部分铝线成分。

相比于普通的钢芯铝绞线，铝合金芯铝导线在直流电阻方面要低3%左右，并且该类导线的应用能够有效降低因涡流、磁滞等因素所导致的电能损耗，极大地提升了输电线路的节能效果，另外，铝合金芯铝绞线能够有效避免多金属造成的电化学腐蚀，增强其耐腐蚀的功能，有效提高资源和能源的利用效率。

（3）中强度全铝合金绞线：相比于常用的钢芯铝绞线，全铝合金绞线有着良好的导电性能。

经过非热处理技术所制造的铝合金导线，其导电率可以达到59%，并且导线的交流电阻较小，有着较强的耐腐蚀性。

经济性方面，铝合金导线的价格要比钢芯铝绞线的价格高出20%左右[3]。

但是，其单位质量较轻、张力较大，线路架设过程中可以降低线塔的数量，减少耗钢指标。

（4）另外，考虑到电流的趋肤效应带来导线等效电阻增加，导致电能损耗增加，如果能减弱趋肤效应，则可有效减少电能损耗。

具体方法为：采用多层导线结构，并在中间加入不同绝缘材料（可产生与感生磁场相反的磁场），最中心的芯材料采用新型的软磁粉芯材料，能在一定程度上减弱趋肤效应，从而减少损耗。

（5）应用：对于高导电率钢芯铝绞线而言，由于其有着良好的机械特性，并且在导电能力上有明显提升，因而设计过程中可以直接考虑采用。

另一方面，对于中强度铝合金绞线而言，由于其节能优势最为明显，因而在一些大功率输电项目中可以考虑使用。

同时，在部分最大负荷利用小时数较高的线路中，也可使用该类导线。

四、其他新型导线部分高压输电线路途经覆冰区域，在寒冷冬季导线表面存在覆冰现象。

覆冰对输电线路的稳定可靠运行带来不利影响，尤其以2008年初冰雪天气对电力线路造成的破坏为甚。

为减小覆冰对电力线路造成的不利影响，人们也在不断探索在电力线路中采用新型导线融化导线外层的覆冰。

国外研究的一种AERO-Z导线可用于覆冰区域输电线路的导线融冰[4]。

该导线特性有：导线表面光滑，一定程度减少冰雪在导线表面的覆盖；绞线间没有空隙，电晕效应产生的噪声小，降雨可轻松地将附着尘土冲刷干净，从而降低了噪声以及线路损耗；Z型导线直流电阻比普通导线小，导线载流量可以大幅提高。

据法国、比利时、加拿大等地区统计AERO-Z型导线比传统钢芯铝绞线在同样的条件下覆冰厚度至少减少一半。

但是AERO-Z导线远高于普通钢芯铝绞线，且国内还缺乏该导线的融冰试验及实际运行经验数据，因此，该导线的实际运用还需进一步研究论证。

国内有学者提出一种新型复合导线，即在普通的钢芯铝绞线的钢芯和铝绞线间加入一层绝缘材料，同时，使钢芯和铝绞线在一端短路，另一端保持绝缘。

结合一套开关控制装置，在线路覆冰时，使钢芯内流过一定强度的电流，升高导线温度实现融冰；在不覆冰情况下，则使绝缘端的钢芯和铝绞线短接，实现正常传输电流。

目前该导线还在试验研究阶段，根据试验结果，导线可在电流很小的情况下实现快速融冰。

五、结论通过对增容导线、节能导线及用于覆冰区域融冰导线的特性分析，为各类型新型导线的实际应用提供参考。

耐热铝合金导线等增容导线可用于城市郊区电能传输较大地区或线路走廊通道紧张地区；节能导线可用于最大负荷利用小时数较高的线路中以达到减少电能损失的目的；用于融冰的导线目前因造价较高等因素，实际应用较少，还需对导线的经济技术特性作进一步的研究。

参考文献：[1]蒋中杰. 新型耐热铝合金导线输电技术的应用分析[J].电力建设，2017,（10）[2]岳良顺. 新型导线在高压输电线路增容改造中的应用[J].科技论坛[3]刘凯. 输电线路新型节能导线的应用探讨[J].低碳技术，2018,（12）[4]蔡成良，康健等. 500kV输电线路采用新型导线融冰的可性行研究[J].湖北电力，2005,（12）。