倍容量導線在電力系統中的應用

2013年05月16日

1.引言

    上世紀80年代,日本率先研制開發了倍容量導線,其后,美國、歐洲及韓國對其商業運行作了大量的試驗,至今,倍容量導線已進入了使用化的階段。通過現場試驗使用來逐步實現商業化和實用化,日本等國家經過開發研究已經成功實現了倍容量導線的工業應用,例如日本JPS公司、韓國LG公司從上世紀80年代就開始大范圍將其投入商業運行,倍容量導線是電力傳輸、解決峰荷的首選產品之一。僅僅日本東京電力公司就已經投入倍容量導線近4000km用于日趨緊張的電力網絡。

    隨著我國國民經濟的迅猛發展,對電力的強勁需求和現有輸電線路不能有效滿足電力傳輸的要求間的矛盾日益突出。受電力供應不足的制約尤為明顯。目前,一方面是對電力供給的強勁需求,一方面是土地升值、線路走廊資源日趨緊張,以至于用于輸電線路走廊清理的投資成本要數倍于線路本體的造價。另外,輸電線路的容量改造不允許耗費過長的時間。

    專家認為用倍容量導線作為架空傳輸的媒介,利用現有線路走廊,在不更換鐵塔以及其他設施的前提下,在相同的截面導線上傳輸的電流容量相當于普通導線的兩倍以上。由于倍容量輸電導線優良的技術性能,輸電系統的安全性能和電能質量都得到顯著提高,該技術已達到國際先進水平,擁有良好的市場前景和廣闊的市場空間。

    該導線具備與普通導線相近的機械強度,滿足線路對張力、弧垂、鐵塔強度要求,在工作電流狀況下,架線不需要對原有鐵塔加固和改造。 

    所謂倍容量導線,就是使用特殊的材料及特殊的結構設計,與普通鋼芯鋁絞線相比,在絞線外徑、重量及檔距相同的情況下,其載流量可以達到同規格鋼芯鋁絞線的兩倍及以上。

2.材料的使用

    普通鋼芯鋁絞線是由硬鋁線和鍍鋅鋼絲(或鍍鋅鋼絞線)通過絞合而實現的一種架空導線,是輸送電能不可缺少的基礎器材,依賴電力工業的發展,市場需求每年以8%~10%的速度增長,由于其制造成本和使用成本比相應的電力電纜要低得多,因此被廣泛地使用在各種電壓等級的線路中,特別在110KV、220KV、500KV和750KV特高壓輸電線路上,產品可以通過“可見電暈及無線電干擾電壓試驗”(試驗依據“GB/T2317.2-2000《電力金具  電暈和無線電干擾試驗》)。

    普通鋼芯鋁絞線的長期工作溫度在75~90℃,一般設定在80℃。

    倍容量導線是由特耐熱鋁合金拱形線與鋁包鋼高強度殷瓦鋼線組合絞制而成,其長期連續工作溫度可達230℃,短時最高溫度可高達290℃。

3.導線載流量

    絞線在最高允許工作溫度下長期連續工作時所能通過的電流值稱為載流量。而最高允許工作溫度的確定按運行30年,而強度損失不超過7~10%來規定的。

    以240mm2導線為例,普通鋼芯鋁絞線的載流量為546A(80℃),同樣截面積的倍容量導線,由于采用特耐熱鋁合金材料,載流量高達1223A,是鋼芯鋁絞線的2.24倍。

4.線膨脹系數

    鋼芯鋁絞線的線膨脹系數的計算公式為:

    α=(αsEs+kαAEA)/(Es+kEA)(1/℃)

    其中:αs——鋼線的線膨脹系數,11.5×10-6,1/℃;

    Es——鋼線的彈性系數,實測平均值,200900N/mm2;

    αA——鋁線的線膨脹系數,23×10-6,1/℃;

    EA——鋁線的彈性系數,實測平均值,65660N/mm2;

    K ——鋼芯鋁絞線的鋁鋼截面比。

    以LGJ240/40為例,該規格產品的線膨脹系數計算為:18.9×10-6 1/℃。由于倍容量導線采用特耐熱鋁合金拱形線設計,該結構能夠保證導線通電以后,當導線升溫到某一溫度時,耐熱鋁合金由于熱漲而松弛,導線的全部張力轉移到鋼芯上,因此倍容量導線的線膨脹系數就是鋁包鋼強度殷瓦鋼的線膨脹系數,為3.3×10-6 1/℃,比18.9×10-6 1/℃小得多。

5.優良的耐腐蝕性能

 

    普通鋼芯鋁絞線是由硬鋁線和鍍鋅鋼絲(或鍍鋅鋼絞線)通過絞合而實現的一種架空導線,鍍鋅鋼絲(或鍍鋅鋼絞線)的使用大大提高了架空導線的抗拉強度,但鍍鋅鋼絲(或鍍鋅鋼絞線)在使用過程中由于鋁和鋼的電位不同(鋁金屬電位為+1.66EMF/Volts,鋼金屬電位為+0.44EMF/Volts),不同電位的金屬相接觸在潮濕的環境中就會發生電化學腐蝕,相接觸的兩種金屬的電位差值越大,在電化學反應中鋁為陽極而被腐蝕。倍容量導線的加強元件為鋁包鋼高強殷瓦鋼線,在生產過程中采用連續擠壓包覆工藝,并采用同步拉伸的原理,使鋁和鋼兩種金屬晶面充分融合在一起,提高了材料的穩定性和耐化學腐蝕的性能。

 

6.結束語

    倍容量導線是采用特高耐熱鋁合金線,提高導線的長期允許工作溫度實現容量翻番的(普通導線的長期允許工作溫度為80℃,倍容量導線導線的長期允許工作溫度為230℃);同時使用線膨脹系數較小的鋁包高強度殷瓦鋼作為加強芯消除了由于工作溫度的提高,造成弧垂增大的危害,并增強了導線的耐腐蝕性能。

 

單位:漢中漢峰電力有限責任公司

網址:www.cgccjb.tw 

來源:漢中漢峰電力有限責任公司[官方網站]-輸變電施工工具、帶電作業工具、電力工具、電力機具
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