铝包钢绞线最高允许运行温度研究

胡吉磊，徐建国，姚耀明，宋刚，吴欣

（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

铝包钢绞线强度高，弧垂特性大，对于降低跨越塔高效果明显，而且产品规格齐全，可以选择的余地大。国内外已有不少大跨越工程采用了该种导线，如日本中四干线[1]、我国早期的220 kV广东黄埔、南京燕子矶等大跨越工程，以及近年来的±500 kV龙政直流王家滩汉江大跨越（JLB30-510），110 kV舟山—岱山联网工程的灌门、龟山、高亭3处大跨越（JLB30-420），220 kV瓯江三跨（JLB30-300）等。但是，由于铝包钢绞线铝截面小、交流电阻大，按照我国设计标准的规定计算，载流能力相对较差。因此，当工程需要较大输送容量时，往往只能选择弧垂特性相对较差的特高强度钢芯铝合金绞线，造成跨越塔高度增加，造价昂贵。根据经验，导线温度从70℃提高到80℃后，载流量可提高24%～27%[2]。因此，对铝包钢绞线进行试验验证，以提高其最高运行温度，从而增加线路的输送能力。

1 国内外有关规程规定

控制导线允许载流量的主要依据是导线的最高允许温度，后者主要由导线经长期运行后的强度损失和接续金具的发热而定。我国在导线最高允许温度确定时相对保守，长期以来都规定钢芯铝绞线的允许温度为70℃[3-4]，2010年最新颁布的国标将其提高到了80℃[5-7]。而对于铝包钢绞线，一直以来我国的设计标准均规定，一般线路可采用80℃，而大跨越线路可采用100℃，或经试验决定[4，7-8]。根据国外的有关资料，日本等国家规定的铝包钢导线最高允许温度值达到了200℃。因此，我国对于铝包钢绞线的应用，尚有很大的潜力可以发掘。

2 试验方法

根据我国标准，导线允许温度可以通过单丝的热强度损失试验进行选择[7]。测定时依据IEC 61232：1993要求的试验方法进行[9]，其中单丝的烘制温度范围考虑绞线在运行时可能达到的上限温度。

为保证试验的准确性，在每个规格的试验绞线中，随机选取7根单丝，每根单丝再均分7段以备用。

试验时，将试样置入烘箱，温度控制在设定值±5℃，持续100 h，从烘箱中取出，在实验室常温下静置24 h后，再分别进行抗拉强度试验（3根）、1%伸长时的应力试验（1根）和扭转性能试验（3根）。烘制温度为100～200℃，间隔为20℃。

3 试验测定结果及分析

通过试验（试验持续时间为100 h），各型号绞线单丝机械性能如表1～2。各型号绞线在不同温度下的单丝扭转次数均大于20。

表1 经不同温度后单丝抗拉强度Tab.1 The tensile strength of monofilament under different temperatures MPa

表2 经不同温度后单丝1%伸长时的应力Tab.2 The stress of the monofilament at an elongation of 1% under different temperatures MPa

从上述试验结果来看，随着单丝温度的增加，单丝机械性能不但没有下降，反而略有提高。究其原因，由于铝包钢单丝主要由耐热良好的钢芯组成，可以认为虽然其烘制温度未达到标准的退火温度，但由于时间累积效应，在一定程度上有调质的作用，所以烘后的铝包钢单丝抗拉强度均较常温时的要高。

因此可以看出，铝包钢绞线的最高允许运行温度，可以较规程规定的100℃的要求有较大程度的提高，甚至可以提升至200℃。

4 工程应用实例

4.1 螺头水道大跨越工程情况

螺头水道大跨越是舟山与大陆联网工程的最核心部分，是我国第一个完全自主设计、自主加工、自主施工的具有世界第一高度的特大型输电跨越工程。

大跨越北起舟山市大猫山岛，南至宁波市外峙岛，按照500 kV线路设计建设。大跨越全长6 215 m，采用“耐—直—直—直—耐”跨越方式，跨越螺头国际水道的最大跨距为2 756 m，采用2基全高370 m的跨越高塔，分别位于舟山的大猫山和宁波的凉帽山上，另一基199 m跨越高塔位于外神马岛东侧约450 m的海中，如图1～2所示。

图1 螺头水道大跨越段线路示意图Fig.1 The sketch of the large crossing line over the Luo Tou

图2 螺头水道大跨越断面示意图Fig.2 The profile of the large crossing line over the Luo Tou Watercourse

4.2 导线选型分析

对于特大档距跨越而言，导线的弧垂特性直接影响到跨越塔高度和工程投资。

设计初选弧垂特性大于15 km以上的导线型号。铝包钢绞线在满足制造长度6.5 km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，需采用4分裂子导线布置。结合几次专家评审意见，铝包钢绞线的型号选择时着重对导电率在20%～27%范围内的导线进行技术经济比较。高强度钢芯铝合金绞线方面，以江阴大跨越导线AASCR-500/225作为比较方案，在满足输送容量的前提下，采用双分裂布置；另外又增选日本大跨越选用过的导线AASCR-220/150和中南电力设计院最近开始应用于汉江、湘江、沅水大跨越的导线AASCR-640/290，弧垂特性达16 km以上。

同时，受大跨越耐张段长度的限制，要求导线单根长度不小于6.5 km，根据目前国内导线的制造能力，采用钢芯铝合金绞线时，不能实现整根制造。

经过筛选论证，最终螺头水道大跨越导线采用JLB23-380铝包钢绞线，4分裂正方形布置，导线设计最高允许温度取130℃。

JLB23-380铝包钢绞线在不同温度下的载流量及弧垂变化情况和与其他导线型号的技术经济对比结果如表3、4所示。

表3 JLB23-380铝包钢绞线在不同温度下的载流量及弧垂变化Tab.3 The variation of ampacity and sag of JLB23-380 under different temperatures

表4 JLB23-380铝包钢绞线与其他导线型号的技术经济对比Tab.4 Technical and economic comparison of JLB23-380 and other conductors

从表3和表4可以看出，采用JLB23-380铝包钢绞线后，有效减小了导线弧垂，降低跨越塔高度（较江阴大跨越的导线方案降低塔高近77 m），从而有效降低了工程投资和年费用。而且，JLB23-380导线运行温度为130℃，尚有较大提升空间。随着舟山经济的发展，当电力需求增加时，只要提高导线运行温度，就可增加线路输送能力。以提升至180℃为例，可增加线路输送能力21.7%，而导线弧垂只增加3.55 m，只要设计时稍微预留高度，即可满足增容要求。

5 结论

目前，螺头水道大跨越已经于2010年7月建成投运，大跨越导线运行正常。从螺头水道大跨越导线的试验、设计和运行经验来看，可以认为：

（1）铝包钢绞线的最高运行温度较规程规定可以有较大程度的提高。从目前的使用经验来看，提升至130℃是可行的；从试验结果分析，甚至可以提升至200℃。

（2）由于导线最高允许温度的提升，对于特大型跨越工程，采用铝包钢绞线作为导线将是一种较好的选择。

（3）由于本次研究只对局部种类的铝包钢单丝进行了试验，为更好地总结，还应当进行更多的试验验证。

[1]田中昭，星野弘之.ASよりttf缐ffl電流容量[J].日立評論，1970，8：51-56.

[2]叶鸿声.高压输电线路导线载流量计算的探讨[J].电力建设，2000，21（12）：23-26.

[3]SDJ 3—79架空送电线路设计技术规程[S].

[4]DL/T 5092—1999 110～500kV架空送电线路设计技术规程[S].

[5]钱之银，叶鸿声.提高500 kV输电线路输送容量的研究[R].上海：华东电力公司，2003.

[6]叶鸿声，龚大卫，黄伟中，等.提高导线允许温度增加线路输送容量的研究[C]//中国电机工程学会.中国科协2004年学术年会电力分会场暨中国电机工程学会2004年学术年会论文集.北京：中国电机工程学会，2004：495-503.

[7]GB 50545—2010 110kV～750kV架空输电线路设计规范[S].

[8]电规送（1998）11号架空送电线路大跨越设计技术规定[S].

[9]IEC 61232:1993 Aluminium-clad steel wires for electrical purposes [S].

[10]朱天浩，徐建国，叶尹，等.输电线路特大跨越设计中的关键技术[J].电力建设，2010，31（4）：25-31.

[11]曹枚根，周福霖，徐忠根，等.大跨越输电塔线体系减震控制分析研究[J].电网技术，2007，31（14）：45-51.