高强度铝包钢芯高导铝绞线在架空输电线路的应用

顾孙望， 尤伟任， 徐一峰， 朱 峰， 周建华

（1.上海交通大学，上海200240；2.上海中天铝线有限公司，上海201108；3.江苏中天科技股份有限公司，江苏南通226463）



高强度铝包钢芯高导铝绞线在架空输电线路的应用

顾孙望1， 尤伟任2， 徐一峰2， 朱 峰2， 周建华3

（1.上海交通大学，上海200240；2.上海中天铝线有限公司，上海201108；3.江苏中天科技股份有限公司，江苏南通226463）

摘要：高强度铝包钢芯高导电率铝绞线采用了高强度铝包钢线替代传统的镀锌钢线和普通的铝包钢线作为加强芯，与高导电率铝线组成新型的节能导线。与同规格的钢芯高导电率铝绞线相比，高强度铝包钢芯高导电率铝绞线在机械强度、节能降耗、防腐等方面具有更优越的性能，导线的拉重比更大，导线的弧垂特性更好，将为我国架空输电线路建设节能化设计提供新的选择。

关键词：架空导线；高强度铝包钢芯；高导铝；节能；防腐

0 引 言

近年来，国家电网公司在架空输电线路中推广了三种节能导线，分别为钢芯高导铝绞线、铝合金芯铝绞线、中强度铝合金绞线。其中钢芯高导铝绞线采用高导电率铝线替代普通电工铝线起到了节能效果，近期在国内得到了很好的应用。但是，如何选用一种性能更优良的产品，进一步节能降耗，仍是我国电力行业正在研究的重要课题。本文对钢芯高导铝绞线这一类以钢系列材料作为加强芯的节能型导线产品作进一步探讨。

铝包钢芯铝绞线在国内有着广泛的应用，其中铝包钢芯具有耐腐蚀、电阻低、重量轻等优势。随着国内材料制造技术的成熟，以及应用观念的改变，近年来业内已经开始研究铝包钢芯高导铝绞线在输电线路上的应用，受限于传统铝包钢线的相关性能，铝包钢芯高导铝绞线的应用仍在探索中，正在逐步被电力部门接受。

1 高强度铝包钢芯技术特性

1.1 铝包钢芯与高强度铝包钢芯

高强度铝包钢线与普通铝包钢线具有同样的组成部分，都是由优质的高碳钢盘条作为芯部，外层采用特殊的包覆工艺将电工纯铝包覆在其表面，使其达到高强度、耐腐蚀的性能。其作为加强芯时的导电率计算，外层铝部的导电率以61%IACS计，钢部导电率以9%IACS计，形成铝包钢芯的综合导电率。

高强度铝包钢线是采用了含碳量较高的高碳钢材料，如SWRH82B或SWRH87B等，通过包覆工艺、热处理工艺而制成的新型铝包钢产品。传统的铝包钢线用作导线加强芯的一般有两种规格LB14 和LB20（见表1），而高强度铝包钢线由于其强度的提升，可用作导线加强芯的规格达到了四种（见表2），其中25%IACS导电率的高强度铝包钢GLB25是一种新型规格。

表1　电工加强芯用铝包钢线机电性能参数

表2　高强度铝包钢线机电性能参数

此外，高强度铝包钢线的铝层厚度与普通铝包钢线铝层厚度是一致的。

1.2 镀锌钢线与高强度铝包钢线

我国输电线路通常采用的钢芯铝绞线中的加强芯为镀锌钢芯，采用标准为GB/T 3248—2012，其规定的镀锌钢线的强度见表3。

表3　常规镀锌钢线机械性能参数

从表2和表3机械性能对比可看到，高强度铝包钢线GLB14达到了G4A的强度，GLB20达到了G3A的强度，GLB23达到了G2A的强度，GLB25达到了G1A的强度。因此用高强度铝包钢线代替常规镀锌钢线可以实现导线的抗拉强度不变。

此外，架空导、地线通常为绞合结构的裸线，需直接承受大气环境因素带来的影响。钢芯铝绞线在空气、雨水等因素的影响下，钢芯表层的锌与外层铝之间容易发生电化学腐蚀，运行寿命较短。而铝包钢线由于其特有的包覆工艺使铝与钢之间没有间隙，无法形成电化学环境，且与其它铝线绞合后互相接触的都是铝材料，也不构成双金属腐蚀条件，因此其防腐蚀能力远高于镀锌钢线。如图1a所示，单独的钢线在电解液中的腐蚀速度最快，当钢和铝结合在一起时，钢的腐蚀速度显著降低，但铝的腐蚀速度增加；图1b显示了两种绞线被放在大气环境中长时间曝晒后，铝包钢线的衰减率远远小于镀锌钢线。

图1　镀锌钢线与铝包钢线抗腐蚀性能对比

2 高强度铝包钢芯高导电率铝绞线参数

目前国内220 kV～500 kV线路中，大部分架空导线采用了630/45的结构，本文以此结构为基础将高强度铝包钢芯高导电率铝绞线与钢芯高导铝绞线进行了一系列对比，其性能参数见表4。

表4　导线技术参数

表4中采用的高强度铝包钢芯为两种，一种是与镀锌钢芯G1A等强度的高强度铝包钢GLB25，一种是与镀锌钢芯G3A等强度且与普通铝包钢LB20A等电阻的高强度铝包钢GLB20，从表4中可以引申出以下几方面对比。

2.1 导线重量及拉重比

表5为导线重量及拉重比的对比。

表5　导线重量及拉重比对比

从表5可知，相比钢芯高导铝绞线，铝包钢芯高导电率铝绞线JL1/GLB20重量降低2.5%，JL1/ GLB25降低3.52%。铝包钢芯高导电率铝绞线的拉重比也比钢芯高导铝绞线更高，因此弧垂特性也要优于钢芯高导铝绞线。

2.2 导线的电阻对比

表6为导线电阻的对比。

表6　导线电阻对比

从表6可以看出，与JL1/G1A相比，JL1/GLB20直流电阻降低2.3%，JL1/GLB25直流电阻降低2.7%；与JL3/G1A相比，JL1/GLB20直流电阻可降低0.7%，JL1/GLB25直流电阻降低1.2%。

2.3 导线载流量对比

表7为导线载流量的对比。

表7　导线载流量对比

从表7可以看出，与JL1/G1A为相比，JL1/ GLB20极限载流量增加1.1%，JL1/GLB25极限载流量增加1.4%；与JL3/G1A相比，JL1/GLB20极限载流量可增加0.4%，JL1/GLB25极限载流量增加0.7%。

以上分析可见，高强度铝包钢芯高导电率铝绞线JL1/GLB20、JL1/GLB25的机械性能、电气性能均要优于目前正在大量使用的钢芯高导电率铝绞线。

3 导线经济效益分析

3.1 高强度铝包钢芯高导铝绞线与钢芯高导铝绞线损耗对比

根据我国电力设计输送要求的经济电流密度，500 kV同塔双回路四分裂630/45导线采用0.9的电流密度传输，假设正常传输电流为567A，以常年平均温度15℃，年负荷利用小时5500 h，损耗小时3200h为例，导线损耗费用见表8。

表8　导线损耗对比

从表8可以看出，以上网电价0.50元/kWh计，与JL1/G1A相比，JL1/GLB20线路损耗费用降低1.36万元/km，JL1/GLB25线路损耗费用降低1.67万元/km；与JL3/G1A相比，JL1/GLB20线路损耗费用可降低0.42万元/km，JL1/GLB25线路损耗费用降低0.73万元/km。

3.2 高强度铝包钢芯高导铝绞线与钢芯高导铝绞线价格及最小年费用对比

假设钢芯高导铝绞线JL1/G1A-630/45的价格为1.70万元/吨，JL3/G1A-630/45的价格为1.81万元/吨，导线占本体工程投资的20%，上网电价0.5元/kWh，年利率10%，对几种节能导线进行最小年费用的计算，结果见图2。

图2　钢芯高导铝绞线和高强度铝包钢芯高导铝绞线最小年费用对比

相比JL3/G1A-630/45的1.81万元/t的价格，JL1/GLB20价格在1.88万元/t以下时最小年费用较小，而JL1/GLB25价格在1.92万元/t以下时最小年费用较小。

4 结 论

（1）只要高强度铝包钢芯高导铝绞线的价格在合理的范围内，其导线的节能特性和经济性比钢芯高导电率铝绞线更高。

（2）铝包钢芯高导电率铝绞线的单位重量轻，对杆塔造成的负荷更低，安全系数较高。

（3）高强度铝包钢芯高导铝绞线相比钢芯高导铝绞线，防腐能力更强，寿命更长，从全寿命周期角度分析，经济效益更加明显。

经过近几年的推广，节能型导线已在我国架空输电线路领域得到较好的应用。为获得更佳的节能效果，探寻新型的节能导线势在必行。目前国内主流铝包钢制造企业均已掌握了高强度铝包钢线的制造技术，加之高强度铝包钢芯高导铝绞线具有的优越性能，可谓首选产品。

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[5] 王延辉，高飞，宋宝韫，等.铝包钢线的性能特点及其应用分析[J］.电线电缆，2001（5）：6-9.

作者地址：上海市闵行区东川路800号[200240］.

中图分类号：TM244.2

文献标识码：A

文章编号：1672-6901（2016）04-0019-04

收稿日期：2015-10-12

作者简介：顾孙望（1987—），男，工程师

Application of Concentric-Lay-Stranded High Conductivity Alum inum Conductors，High Strength A lum inum Clad Steel Reinforced on Overhead Power Transm ission Line

GU Sun-wang1，YOUWei-ren2，XU Yi-feng2，ZHU Feng2，ZHOU Jian-hua3
（1.Shanghai Jiao Tong University，Shanghai200240，China；2.Shanghai ZhongTian Aluminum Wire Co.，Ltd.，Shanghai201108，China；3.Jiangsu Zhongtian Technology Co.，Ltd.，Nantong 226463，China）

Abstract：Concentric-lay-stranded high conductivity aluminum conductors，high strength aluminum clad steel reinforced，is a new type of energy-saving conductor，which are composed of high strength aluminum clad steel reinforced core and high conductivity aluminum wires.The aluminum clad steel reinforced core ismade from high strength aluminum clad steel stranded wires instead of traditional galvanized steel stranded wires or normal aluminum clad steel stranded wires.Compared with other conductors in same specification，such as ACSR，ACSR（high-conductivity aluminum wires），ACSR/AW，ACSR/AW（high-conductivity aluminum wires），this new type of energy-saving conductor hasmore super performance on tensile strength，energy-saving and anti-corrosion.When the ration of drawweight is increased，the sag of conductor becomes better.

Key words：overhead conductor；high strength aluminum clad steel wire；high conductivity aluminum；energy-saving；anticorrosive