耐熱導線的新技術(shù)

1、耐熱導線的新技術(shù)張學哲 王計朝 北京電力公司 （100072） 摘要：采用耐熱導線提高輸電線路的輸送能力是北京電力公司2004年輸電度夏工程中所采用的新技術(shù)項目之一。耐熱導線具有比同等截面積的鋼芯鋁絞線載流量高，同時又可以滿足低弧垂要求的特點。北京電力公司將其應用在輸電線路的改造中，并對耐熱導線提出有待于進一步研究的問題。 關(guān)鍵詞：耐熱導線；輸電線路；載流量；線損 中圖分類號：TM726文獻標志碼：B文章編號：1003-0867(2005)02-0037-03 為了保證2004年夏季高峰負荷，解決過負荷線路的輸送容量的問題，我公司自2003年10月初便開始著手進行線路改造的可研工作，經(jīng)與電力公

2、司生技部、設(shè)計院等部門的工程技術(shù)人員、領(lǐng)導多次研討，我們感覺在城網(wǎng)改造中采用耐熱導線替代普通導線來提高輸送容量是一項可行的技術(shù)手段，它在利用現(xiàn)有高壓走廓，減少工程投資和縮短施工周期等方面有著很大的優(yōu)勢，特別是與日本古河電工、住友電工和武漢電纜電線廠的技術(shù)人員進行多次交流后，增加了我們對耐熱導線的了解，堅定了我們應用耐熱導線的信心，最終決定在輸電度夏工程中過負荷較嚴重的昌清、八紫和君南三條線路的改造中采用耐熱導線。目前三項更換耐熱導線工程已全部竣工供電。下面就有關(guān)耐熱導線的一些技術(shù)問題介紹如下，供輸電工程技術(shù)人員參考。 1 耐熱導線的種類和主要性能參數(shù) 1.1 耐熱導線的分類 早在20世紀60年

3、代日本便開始研制并采用耐熱導線。它采用鋁鋯合金作為導電部分，提高導線的允許運行溫度從而提高輸送容量。因為鋁鋯合金可以有效地抵抗高溫退火的影響，能夠在高達230的溫度保持它的強度。鋁鋯合金根據(jù)耐熱性能分為普通型鋁合金(TAL)，超耐熱型鋁合金(ZTAL)和特耐熱型鋁合金(XTAL)。采用不同型號的耐熱鋁合金可以制造出不同耐熱性能的導線。 由于導線運行溫度的提高，弧垂也將隨溫度增大。為了適應線路架設(shè)中的弧垂要求，殷鋼心耐熱鋁合金絞線(TACIR)被開發(fā)了出來。殷鋼是由鐵和鎳等元素組成的合金。殷鋼膨脹系數(shù)只有普通鋼材的1/3(低于100為2.8，高于100為3.6，相同條件下普通鋼材則為11.5)。

4、用殷鋼作為導線鋼心如：殷鋼心耐熱鋁合金導線(TACIR)可以在150下運行，而殷鋼心超耐熱鋁合金導線(ZTACIR)和殷鋼心特耐熱鋁合金導線(XTACIR)可以在210和230下運行，可以在滿足低弧垂的要求下，更好的利用鋁合金的耐高溫性能，從而提高輸送容量。 1.2 耐熱導線的載流性能 若把普通鋼心鋁鉸線(ACSR)的載流量當作1，則普通耐熱導線(TAL)的載流量是鋼心鋁鉸線的1.6倍，ZTACIR的載流量是ACSR的2.0倍，XTACIR是ACSR的2.1倍。具體情況見表1。 1.3 輸電度夏工程所選耐熱導線型號 今年的度夏工程載流量選擇，主要考慮負荷的發(fā)展及N-1情況下能夠滿足輸送容量的要

5、求。110kV八紫和君南二線選用普通鋼心耐熱鋁合金絞線TACSR240/30；220kV昌清線選用殷鋼心特耐熱鋁合金絞線XTACIR180/50。它們的主要性能參數(shù)以及和改造前線路的參數(shù)見表2。 2 經(jīng)濟性指標比較 2.1 耐熱導線與國產(chǎn)導線價格比較 采用日本的耐熱導線，還要考慮關(guān)稅、增值稅和代理費等；另外運行和施工過程中為保證質(zhì)量，還應進口相應的金具和工器具。考慮這些因素后的單位造價見表3，為了便于比較，國內(nèi)相應的一些價格也列入表中。 2.2 采用耐熱導線與常規(guī)導線工程造價比較 我們根據(jù)昌清和君南二兩項工程的實際造價與相同電壓等級、外界環(huán)境相類似的工程進行比較，具體情況見表4。 由上表可見，

6、110kV八紫線工程投資效益是比較明顯的，其單位綜合造價相當于草沙線的一半；220kV昌清線的投資與苑房線相當，但昌清線中含有一次性進口的施工工具的費用。 2.3 單位輸送容量的工程造價比較 耐熱導線是一次性投資較高，它的較高輸送容量是長期受益的。將不同工程的投資拆算到單位輸送容量上更具有可比性，因不同工程的線路長度不一樣，所以還須折算到單位長度上。 由表5可見，若考慮單位容量、單位長度下的工程投資，采用耐熱導線工程投資要低很多，220kV和110kV線路工程基本相當于比較工程投資的73.3%(3.16/4.31×100%)和43.8%(6.17/14.09×100%)，其

7、投資效益能很好地顯現(xiàn)出來。 3 幾個需要說明和探討的問題 3.1 耐熱導線的型號選擇 前面已提到更換耐熱導線是提高現(xiàn)有輸電線路傳輸容量的一個有效措施。選擇耐熱導線型號時應考慮以下幾個方面的要求： 3.1.1 根據(jù)負荷的發(fā)展和N-1的情況下傳輸容量的要求選擇導線型號 對于輸電線路的改造選擇耐熱導線的型號，必須根據(jù)負荷的發(fā)展和N-1的情況下傳輸容量的要求。利用耐熱導線的高傳輸容量的特性，使線路具有傳輸一定儲備容量的能力，從而滿足負荷的發(fā)展同時滿足系統(tǒng)在N-1等非正常運行方式下傳輸能力的要求，增加電網(wǎng)的可靠性。 3.1.2 選擇耐熱導線型號必須結(jié)合導線截面的選擇 不同耐熱性能的導線具有不同的載流能力

8、，因此選擇導線型號時應同時考慮其截面大小。導線耐熱性能和截面積直接影響線路的造價，同時也影響線損的比例。截面相同的不同耐熱等級的導線，線損隨允許運行溫度的增高而增大。 3.1.3 選擇的耐熱導線必須滿足弧垂變化的要求 不同的耐熱導線，具有各自的弧垂特性。在利用原有線路的鐵塔時必須考慮耐熱導線的弧垂隨溫度的升高而增加的情況，滿足導線對地距離及交叉跨越的要求。 3.2 中日兩國安裝防震錘的差異 在日本，耐熱導線采用的防震方式與我們國內(nèi)相同，即采用防震錘。然而安裝方式和數(shù)量與我國的設(shè)計要求有差異。例如按要求需裝一個防震錘時，我國的安裝方式是在檔距兩端各裝一個，而日本的做法是只在相對較高的一側(cè)裝一個防

9、震錘；當需安裝2個時，我國是在檔距兩端各裝2個，而日本則是每一端裝一個，共裝兩個，依此類推。在我們的三個耐熱導線項目中，對于這種差異，我們選擇了按照日本的要求安裝。 3.3 導線弧垂要求的確定 我國的輸電線路弧垂是按40設(shè)計的，重要跨越按70弧垂進行校核；導線的允許最高運行溫度為70；而日本的ACSR允許最高運行溫度為90。對于耐熱導線則考慮線路短時間過負荷及其對使用壽命的影響，將運行溫度分為連續(xù)、短時和瞬時三個運行溫度。日方三個溫度的弧垂值與我國兩個溫度(40、70)弧垂的對應，直接關(guān)系到改造線路工程耐熱導線的選型，關(guān)系到工程的投資和運行時線損的大小。我國的輸電線路設(shè)計規(guī)程110500kV架

10、空送電線路設(shè)計技術(shù)規(guī)程DL/T 5092-1999中，沒有耐熱導線的相關(guān)規(guī)定，筆者認為耐熱導線選型時應主要考慮日本連續(xù)運行溫度和我國40時的弧垂對應，其它溫度下的弧垂值可作為參考。 3.4 雙回線路輸送容量懸殊較大 昌清一、二回更換耐熱導線工程采用分路倒停的施工方式。2004年5月6日昌清一回換線后試運行4天。在試運行期間，換線后的昌清一回和未換線的昌清二回的傳輸容量存在懸殊差異，較大的記錄是昌清一回輸送容量為290MW，昌清二回僅90MW，相當于增加了串補的功能。雖然耐熱導線與常規(guī)線路的阻抗值不同，但對于輸送容量出現(xiàn)如此懸殊的差別還是我們所未預料的。 3.5 線損的問題 導線的線損取決于導線

11、傳輸?shù)碾娏骱蛯Ь€的電阻。導線的電阻取決于導線的電阻率、導線截面積和導線運行溫度。對于耐熱導線，其單位截面積傳輸?shù)碾娏鞔螅瑢Ь€運行溫度高，其線損也較同樣截面的普通導線大。如果為了滿足弧垂的特殊需要，選擇了較小截面的高耐熱性能、低導電率的導線，則線損更大。所以在選擇更換耐熱導線時，必須對兩者進行綜合效益的比較，即耐熱導線低建設(shè)投資，高運行投入與常規(guī)導線的高建設(shè)投資，低運行費用進行綜合比較。關(guān)于耐熱導線線損的問題已經(jīng)引起了運行、設(shè)計和科研單位的重視，準備列專項課題進行研究。 2004年的輸電度夏工程我們總共采用了74km耐熱導線(單回長，其中殷鋼心特耐熱鋁合金絞線51km)，目前電網(wǎng)建設(shè)部組織的安老一、二線路改造決定使用長度約32km的殷鋼心特耐熱鋁合金絞線，工程已進入訂貨階段。在我們與日本技術(shù)人員交流中得知，殷鋼心特耐熱鋁合金絞線80年代掛網(wǎng)運行，目前在日本國內(nèi)運行總長只有1000多km，我國應用耐熱導線較早的臺灣省2004年才建設(shè)第一條殷鋼心耐熱鋁合金絞線路。因此加強對耐熱導線線路的試驗、研究與經(jīng)驗積累已成為各級工程技術(shù)人員面前的較大課題，是關(guān)系到耐熱導線能否在我國廣泛推廣應用的重要工作。 【關(guān)閉窗口】*最佳