架空輸電線路用鋼芯軟鋁絞線的

1、架空輸電線路用鋼芯軟鋁絞線的研究及其應(yīng)用上海電纜研究所 季世澤二八年七月 一、前言SATM B 856ACSSConcentric-Lay-Stranded Aluminum Conductor, Coated-Steel Supported ASTM B 857ACSS/TWShape Wire Compact Concentric-Lay-Stranded Aluminum Conductor, Coated-Steel Supported 一、前言設(shè)計(jì)理念發(fā)揮鋁和鋼的各自材料性能優(yōu)勢(shì)： 鋁-導(dǎo)電作用 鋼-承力作用是一種節(jié)能型導(dǎo)線是一種增容導(dǎo)線具有廣泛應(yīng)用的價(jià)值和前景2 鋼芯軟鋁絞線的性能

2、特點(diǎn) 軟態(tài)型材鋁線和鋼線的材料和組合結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)，決定了該導(dǎo)線具有以下性能特點(diǎn)：1節(jié)能型 “資源節(jié)約型是國(guó)家電網(wǎng)提倡“兩型三新之一。 鋼芯軟鋁絞線與普通鋼芯鋁絞線相比可以大大降低線路的損耗： 導(dǎo)電率提高了3.3 硬鋁線-61IACS 軟鋁線-63IACS與相同截面的普通導(dǎo)線相比，能減少線路損耗6%與同直徑的普通導(dǎo)線相比擁有更大的載流截面-可到達(dá)29% 鋁線采用型線絞合，結(jié)構(gòu)緊湊，填充系數(shù)高2 鋼芯軟鋁絞線的性能特點(diǎn)2增容型最高長(zhǎng)期運(yùn)行溫度： 普通導(dǎo)線-70 該導(dǎo)線-250 線種直徑mm抗拉強(qiáng)度MPa加熱時(shí)間hr殘存抗拉強(qiáng)度 MPa90 100 110 120 軟鋁線3.2181.325081.

3、381.281.481.350080.981.381.281.275081.381.481.381.2100081.381.381.381.5硬鋁線3.41175.9250171.6169.4164.3165.2500169.6167.4164.6161.3750170.0168.4165.2160.11000167.3164.7163.8158.7鍍鋅鋼線3.201440250144414471439144050014391444143814427501440143914441440100014381440144014392 鋼芯軟鋁絞線的性能特點(diǎn)LGJ-400/50與ACSS/TW-400

4、/50和ACSS/TW-490/65的載流量比較單位：A項(xiàng) 目LGJ-400/50ACSS/TW-400/50（相同鋁截面）ACSS/TW-490/65（相同外徑）運(yùn)行溫度 70600640675運(yùn)行溫度 80744761844運(yùn)行溫度 90855860978運(yùn)行溫度 1009459451093運(yùn)行溫度 120-10841283運(yùn)行溫度 150-12491509運(yùn)行溫度 180-13851699運(yùn)行溫度 200-14651813備注：環(huán)境溫度為40 ；環(huán)境條件：國(guó)內(nèi)常用計(jì)算條件。3環(huán)境友好型 “環(huán)境友好型也是是國(guó)家電網(wǎng)提倡“兩型三新之一2 鋼芯軟鋁絞線的性能特點(diǎn)4低弛度2 鋼芯軟鋁絞線的性能特

5、點(diǎn)不同類型導(dǎo)線弧垂溫升比較曲線100200300400500600700800900100011000.020.040.060.080.0100.0120.0140.0160.0溫度 弧垂 mm碳纖維導(dǎo)線LINNET間隙型導(dǎo)線JNRLH1S/EST-240/30軟鋁導(dǎo)線350/55（無(wú)預(yù)張力）軟鋁導(dǎo)線350/55（50RTS預(yù)張力15min）鋼芯鋁絞線300/402 鋼芯軟鋁絞線的性能特點(diǎn)4低弛度5提高抗冰雪能力2 鋼芯軟鋁絞線的性能特點(diǎn)5提高抗冰雪能力2 鋼芯軟鋁絞線的性能特點(diǎn) 鋼芯軟鋁絞線是緊湊型結(jié)構(gòu)，鋼絲采用EST特高強(qiáng)度，外表光潔，運(yùn)行溫度明顯高于普通鋼芯鋁絞線，因此，具有明顯的抗冰雪

6、能力： EST特高強(qiáng)度鋼絲的抗拉強(qiáng)度到達(dá)1770MPa以上，比普通強(qiáng)度高，能承載荷多于常規(guī)設(shè)計(jì)覆冰的要求 鋼芯軟鋁絞線采用的外層梯形鋁線絞合，結(jié)構(gòu)緊湊，鋁股間的間隙小，外表光潔，下雪和冰雨時(shí)不易凝固在導(dǎo)線外表 鋼芯軟鋁線的通常設(shè)計(jì)運(yùn)行溫度在100150，比普通鋼芯鋁絞線的運(yùn)行溫度高40左右，自身具有足夠的融冰能力6自阻尼特性好2 鋼芯軟鋁絞線的性能特點(diǎn) 影響導(dǎo)線自阻尼特性因素： 鋁線和鋼線的韌性、直徑、 導(dǎo)線絞制結(jié)構(gòu) 線股之間的接觸面積和摩擦系數(shù) 導(dǎo)線的松弛度-徑向壓力 當(dāng)導(dǎo)線溫度到達(dá)軟鋁線的遷移點(diǎn)時(shí)，導(dǎo)線的機(jī)械載荷全部轉(zhuǎn)移到鋼芯，鋁線股呈現(xiàn)一定的松弛，使鋼芯軟鋁絞線的線股間具有比普通鋼芯鋁絞

7、線較小的徑向壓力。因此，剛芯軟鋁絞線比普通鋼芯鋁絞線具有較好的自阻尼特性。 6自阻尼特性好2 鋼芯軟鋁絞線的性能特點(diǎn) 7 耐腐蝕性能好 由于鋼芯軟鋁絞線是采用緊湊型絞制，鋁股層形成良好的密封性能，與普通鋼芯鋁絞線相比，中心層的鋼線更不容易受雨水或腐蝕氣氛的污染，因此，該導(dǎo)線具有良好的防腐性能，導(dǎo)線的使用壽命更長(zhǎng)。2 鋼芯軟鋁絞線的性能特點(diǎn) 1鋼芯軟鋁絞線的設(shè)計(jì)相同外徑相同截面積 3 鋼芯軟鋁絞線的制造研究 工程要求確定鋁截面確定鋼截面確定剛絲直徑及鋼芯外徑確定鋁層數(shù)確定鋁線根數(shù)確定導(dǎo)線參數(shù)鋁鋼比寬厚比2原材料的控制鋁 由于退火后的鋁線，其導(dǎo)電率要到達(dá)63IACS，因此，鋁錠的化學(xué)成分的控制是非

8、常重要的，尤其是硅和鐵含量的控制。在熔煉是，還要根據(jù)爐前分析的情況，進(jìn)行必要的處理如硼化處理。鋼 EST特高強(qiáng)度鋼絲的抗拉強(qiáng)度到達(dá)1770MPa以上，1%伸長(zhǎng)應(yīng)力到達(dá)1550MPa以上，因此，該種特高強(qiáng)度級(jí)鍍鋅鋼絲選擇82B經(jīng)連續(xù)軋制的盤(pán)元。盤(pán)元中采用添加微量合金，以細(xì)化晶粒提高強(qiáng)度 3 鋼芯軟鋁絞線的制造研究3EST特高強(qiáng)度鍍鋅鋼線的研究 制造高強(qiáng)度鍍鋅鋼線的主要的工藝流程如下：適宜的盤(pán)元預(yù)處理酸洗、磷化、涂層拉拔鍍鋅輕拉絞制包裝。 預(yù)處理工藝技術(shù)：控制磷化層厚度及均勻性，并作好涂層處理. 拉拔工藝：采用直線式拉絲機(jī)，大壓縮率拉拔，嚴(yán)格控制外表質(zhì)量，保證扭轉(zhuǎn)性能。關(guān)鍵點(diǎn)：冷卻、拉絲模、潤(rùn)滑粉

9、、拉拔速度。 熱鍍鋅工藝：探索研究特殊工藝技術(shù)，使溫度、速度、覆蓋層等各項(xiàng)工藝取得最正確配合，從而獲得厚鍍層及良好的鋅層質(zhì)量和外表質(zhì)量。3 鋼芯軟鋁絞線的制造研究4梯形鋁線拉制技術(shù)的研究模具的孔型設(shè)計(jì)。拉絲機(jī)的改造及研制。收放線排列整齊。3 鋼芯軟鋁絞線的制造研究3 鋼芯軟鋁絞線的制造研究5鋁線的退火技術(shù)研究退火時(shí)間退火前5分鐘10分鐘15分鐘20分鐘40分鐘60分鐘300抗拉強(qiáng)度MPa177/1059495伸長(zhǎng)率 2/132426325抗拉強(qiáng)度MPa177114105/89/伸長(zhǎng)率 21020/27/350抗拉強(qiáng)度MPa177959288868685伸長(zhǎng)率 2252832323030375抗

10、拉強(qiáng)度MPa177908385/伸長(zhǎng)率 2282728/400抗拉強(qiáng)度MPa177/858686伸長(zhǎng)率 2/2928263 鋼芯軟鋁絞線的制造研究5鋁線的退火技術(shù)研究 向IEC提交的軟鋁線性能比較標(biāo)準(zhǔn)抗拉強(qiáng)度MPa導(dǎo)電率 %IACS20時(shí)直流電阻 m/mm2美標(biāo)ASTM B 6096061.80.027899原IEC 60121：19609861.60.0280GB 3955-839861.60.0280建議修改后IEC 60121609562.50.0275866梯形鋁線絞制技術(shù)的研究防止鋁線擦傷防翻身裝置3 鋼芯軟鋁絞線的制造研究7試驗(yàn)技術(shù)的研究和性能分析3 鋼芯軟鋁絞線的制造研究ACSS

11、/TW-430/65導(dǎo)線的主要技術(shù)參數(shù)項(xiàng) 目設(shè) 計(jì)參照GB/T1179結(jié)構(gòu)（導(dǎo)線外徑相同）型 號(hào)ACSS/TW-490/65LGJ-400/50導(dǎo)線外徑27.627.6導(dǎo)線層數(shù)23（12+18+24）結(jié)構(gòu)根數(shù)直徑或截面Al 8/23.5+13/23.1St 7/3.40Al 543.07St 73.07計(jì) 算截面積（mm2）鋁488.3400鋼63.551.9總551.8451.9鋁鋼比6.717.71外徑（mm）27.68627.6計(jì)算重量（kgkm）1845.41510.3總拉斷力（kN）（保證值）125.8103.6拉力重量比6.86.8外層絞向右向右向7試驗(yàn)技術(shù)的研究和性能分析3 鋼芯

12、軟鋁絞線的制造研究ACSS/TW-430/65導(dǎo)線的結(jié)構(gòu)圖外層 Al 13根內(nèi)層 Al 8根鋼 芯 St 6+1根7試驗(yàn)技術(shù)的研究和性能分析3 鋼芯軟鋁絞線的制造研究1高溫拉斷力試驗(yàn)1. 固定端 2.牽引端 3.被測(cè)試導(dǎo)線 4. 調(diào)壓器5. 大電流低壓變壓器 6. 電流互感器 7. 電流表 8. 連接電纜7試驗(yàn)技術(shù)的研究和性能分析3 鋼芯軟鋁絞線的制造研究 試驗(yàn)結(jié)果：試樣通電加熱至150保溫3h，在150下直接做拉力試驗(yàn)，試樣的高溫拉斷力為：128.5kN，仍然滿足導(dǎo)線保證值125.8kN的要求。1高溫拉斷力試驗(yàn)7試驗(yàn)技術(shù)的研究和性能分析3 鋼芯軟鋁絞線的制造研究2應(yīng)力-應(yīng)變及彈性模量試驗(yàn)結(jié)果

13、：試樣的最終彈性模量為：79.0 GPa；7試驗(yàn)技術(shù)的研究和性能分析3 鋼芯軟鋁絞線的制造研究試驗(yàn)結(jié)果：該導(dǎo)線實(shí)測(cè)線膨脹系數(shù)為 17.610-6 1/3熱膨脹系數(shù)7試驗(yàn)技術(shù)的研究和性能分析3 鋼芯軟鋁絞線的制造研究在25UTS初始張力下的弧垂溫升曲線 4弧垂-溫升曲線和張力-溫升曲線7試驗(yàn)技術(shù)的研究和性能分析3 鋼芯軟鋁絞線的制造研究在25UTS初始張力下的張力溫升曲線 4弧垂-溫升曲線和張力-溫升曲線3 鋼芯軟鋁絞線的制造研究7試驗(yàn)技術(shù)的研究和性能分析在25UTS初始張力下的張力溫升曲線 5常溫和高溫的蠕變特性常溫蠕變 20高溫蠕變 15015% RTS下蠕變方程式10-1000=36.12

14、T0.195/15% RTS下10年蠕變量332 mm/km/25% RTS下蠕變方程式10-1000=54.35T0.20710-1000=53.81T0.20925% RTS下10年蠕變量573 mm/km581 mm/km40% RTS下蠕變方程式10-1000=111.80T0.20910-1000=97.08T0.22640% RTS下10年蠕變量1206 mm/km1271 mm/km3 鋼芯軟鋁絞線的制造研究7試驗(yàn)技術(shù)的研究和性能分析20下的蠕變曲線 5常溫和高溫的蠕變特性3 鋼芯軟鋁絞線的制造研究7試驗(yàn)技術(shù)的研究和性能分析150下的蠕變曲線 5常溫和高溫的蠕變特性3 鋼芯軟鋁絞

15、線的制造研究7試驗(yàn)技術(shù)的研究和性能分析試驗(yàn)結(jié)果：導(dǎo)線未見(jiàn)起燈籠現(xiàn)象，也未見(jiàn)明顯松股，軟鋁線外表有輕微擦痕；過(guò)滑輪后鋁單線抗拉強(qiáng)度均在60 MPa 95MPa范圍內(nèi)，鋁線強(qiáng)度沒(méi)有明顯的提高。 該試驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明，由于導(dǎo)線外層為軟鋁線，在完過(guò)尼龍輪時(shí)，外表有輕微擦傷現(xiàn)象，說(shuō)明在工程實(shí)際放線時(shí)，應(yīng)選用掛膠的放線輪。導(dǎo)線的緊密性能確保放線過(guò)程不會(huì)松散或起燈籠；而且過(guò)滑輪后，軟鋁線的性能不會(huì)有明顯的改變。6過(guò)滑輪試驗(yàn)4 鋼芯軟鋁線的應(yīng)用研究三種導(dǎo)線有關(guān)性能比較LGJ-400/50LGJ-560/70ACSS/TW-400/50鋁截面 （mm2）399.72560402.8外徑 （mm）27.632.725.15外徑增加 （%）-+18-9重量 （kg/km）1509.32103.41517.76重量增加 （%）-390.56綜合拉斷力 （N）122950172590103640強(qiáng)度變化 （%）-+40-165 結(jié)束語(yǔ)充分發(fā)揮了鋁和鋼兩種材料的性能優(yōu)勢(shì)在新建線路或舊線路增容改造中，可起到節(jié)能或增容作用。與其它增容導(dǎo)線比較： 纖維復(fù)合加強(qiáng)芯鋁絞線