纤维增强树脂基复合芯软铝型线电晕特性研究

徐志伟

(扬州浩辰电力设计有限公司，江苏 扬州 225000)

软铝型线由纤维增强树脂基复合芯棒和软铝线构成，比传统导线具有质量轻、运行温度高、耐腐蚀、低弧垂、大容量等优点[1-3]，因而被用于输电线路增容和改造项目中，但软铝型线在雨天运行过程中，线路走廊附近存在电晕异响。电晕是导线在高压不均匀电场强度下的放电现象，会导致线路电能损耗，并伴随可听噪声及无线电干扰[4-7]，因此电晕效应是线路设计和建设中必须考虑的指标。软铝型线已在我国多个地区电网中运行，由于其结构与钢芯铝绞线有明显区别，电晕特性也存在差异，因此有必要进行软铝型线的电晕特性研究，对于软铝型线的应用具有重要工程意义。

1 试验准备

1.1 试验导线

软铝型线选用型号JLRX1/F2A-380/45-240，导线截面如图1所示。复合芯棒标称截面积为45 mm2，复合芯棒外层共有2层铝导体(单线为梯形)，内层铝股7根、外层铝股12根，等效直径为5±0.2 mm；铝导体标称截面积为380 mm2，导线直径为24.0 mm，导线节径比外层为11.7、内层为13.8，绞向为右向。外层导线如图2所示，内层导线如图3所示。

图1 导线截面

图2 外层导线

图3 内层导线

1.2 试验设备

试验设备采用800 kV串联谐振系统和RR2B无线电干扰仪，试验前用尼龙绳将7 m长的导线试样悬吊，离地距离6 m，并保证导线周围7 m没有物体。逐渐施加拉力将导线拉至水平，为防止试验过程中导线两端出线电晕，在导线两端安装直径为1.2 m的均压环，布置如图4所示。试验在全黑的高压实验室内进行，试验过程用望远镜观测导线起晕情况并记录测试结果。

图4 电晕及无线电干扰布置

2 电晕试验

2.1 正常电晕试验

试验温度为15 ℃，相对湿度为32%，大气压力为1.027×105Pa。试验时逐渐提高电压直至可以看见电晕，保持5 min并记录电压值，该电压值为电晕起始电压；然后慢慢降低电压直至看不见电晕，同样保持5 min并记录电压值，该电压值为电晕熄灭电压。正常时电晕起始电压对比如表1所示。

表1 正常电晕起始电压对比 单位：kV

由表1可知，当电压升高至286 kV时，钢芯铝绞线出现电晕现象；继续升高电压至300.2 kV时，软铝型线出现电晕现象。软铝型线的电晕起始电压平均值比钢芯铝绞线高14.2 kV(4.97%)。

2.2 淋雨电晕试验

人工对导线淋雨10 min，当导线全部被水浸润后，按正常电晕试验方法进行试验。淋雨时电晕起始电压对比如表2所示。

表2 淋雨时电晕起始电压对比 单位：kV

由表2可知，淋雨时软铝型线电晕起始电压平均值为198.6 kV，比正常电晕起始电压低101.6 kV；钢芯铝绞线电晕起始电压平均值为251.8 kV，比正常电晕起始电压低34.2 kV。

3 电晕试验分析

3.1 导线表面粗糙度对电晕影响

不同空气密度下导线表面起晕场强Eo为

(1)

(2)

式中:U为电晕起始电压峰值，kV；r为导线半径，cm；H为导线对地高度，m；δ为相对空气密度；m为导线表面粗糙系数。

由式(1)、式(2)可以看出，在试验环境和导线对地高度一样的情况下，导线半径与电晕起始电压成正比，而导线半径由导线载流量和拉断力的需求决定，同截面导线表面粗糙系数与导线电晕起始电压及起晕场强成正比[8-9]。

按实际试验时的大气条件和测量结果计算导线表面粗糙系数，如表3所示。

表3 导线表面粗糙系数计算结果

由表3可以得出，软铝型线表面粗糙系数平均值为0.910，钢芯铝绞线表面粗糙系数平均值为0.800，表明软铝型线表面粗糙系数大于钢芯铝绞线。软铝型线外观如图5所示，钢芯铝绞线外观如图6所示。

图5 软铝型线外观

图6 钢芯铝绞线外观

由图5、图6可以看出，软铝型线比钢芯铝绞线表面更光滑。

3.2 淋雨对电晕影响

淋雨前后电晕起始电压对比如表4所示。

表4 淋雨前后电晕起始电压对比

由表4可以看出，淋雨后2种导线的电晕起始电压都低于正常电晕起始电压，这是由于雨水在导线表面形成细小水珠，使导线表面电场强度发生变化[10-11]，细小水珠的局部场强增加，且每个细小水珠均可能成为电晕点，可以理解为“雨水作用下导致导线表面粗糙系数降低”，从而导致电晕起始电压降低。

淋雨后软铝型线电晕起始电压降低率为33.84%，钢芯铝绞线降低率为11.96%，软铝型线电晕起始电压比钢芯铝绞线低21.13%。淋雨后钢芯铝绞线电晕起始电压降幅较小，主要因为钢芯铝绞线外层圆股铝线间的缝隙较大，雨水会顺着圆股铝线弧度滑入铝线的缝隙内或滴落，导线表面的粗糙度未明显增加，电晕起始电压也不会显著降低；软铝型线外层软铝导线间的缝隙很小，表面形似光滑圆柱体，雨水以小水滴的形式分布在导线表面，致使导线表面粗糙度大幅增大，表面粗糙系数严重降低，电晕起始电压明显降低。

4 结论

a.淋雨前，软铝型线表面粗糙系数大于钢芯铝绞线，电晕起始电压比钢芯铝绞线高4.97%。说明正常天气软铝型线更能降低损耗率。

b.淋雨后，软铝型线电晕起始电压降低率为33.84%，钢芯铝绞线电晕起始电压降低率为11.96%，说明淋雨后，导线表面粗糙系数均降低，电晕起始电压出现不同程度下降。

c.淋雨后，软铝型线电晕起始电压比钢芯铝绞线低21.13%，降幅较大，说明软铝型线表面粗糙系数降低更多，电晕起始电压明显降低。