浅谈架空电力线路的大容量导线

[摘要]文章阐述了由耐热铝合金线、退火铝线、成型铝线等导体与碳钢、“Invar”钢、碳纤维-聚合物复合强度材料组合的大容量导线的特点、性能，并提供了经改进后的NRLH（60%IACS）GJ-400/35钢芯耐热铝合金导线的试验结果。为了推广应用和开发新颖的大容量导线，建议：对大容量导线的选择应多方案比较；调研总结已在网运行的耐热铝合金导线线路的设计和运行经验；组织不同学科和行业进行深入研讨。

[关键词]大容量；导线；架空线路

Abstract: The article describes the characteristics and performance of a large-capacity wire composed by conductors of heat-resistant aluminum alloy wire, annealed aluminum wire, molded aluminum wire with composite strength materials of carbon steel, "Invar" steel, carbon fiber – polymer, and provides the test results of the improved NRLH (60% IACS) GJ-400/35 heat-resistant aluminum alloy conductor with steel core. In order to promote and develop the new large-capacity wire, the author suggests that multiple programs proposals should be compared for selecting; the summary of research should be made on the design and operation experience of the heat-resistant aluminum alloy wire line being operated; a in-depth research should be carried out involving various disciplines and industries.

Key words: large-capacity; wire; overhead lines

中图分类号：F407.61文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）

随着电力需求的不断增长，输电线路输送容量不断增大，需要发展大容量导线。导线传输大容量有2种思路：（1）采用耐热铝合金导线或软铝线，提高导线的运行温度；（2）改变导线的结构，采用梯形等股线，提高填充系数，增加导线的载流面积。国际电工委员会标准（IEC-62219）已建议将耐热铝合金线、钢芯软（退火）铝绞线（ACSS）和型线同心绞架空导线作为IEC/TC7项目提出。大容量导线的制造，关键在于材料（导电材料和加强材料）通过不同组合，制造出具有不同特性的组合导线（Compos-ite Conductor）。大容量导线的开发和应用，我国与日本、欧洲、北美等先进工业国相比，有相当大的差距。

上世纪80年代，上海电缆研究所曾开发过58%和60%IACS的耐热铝合金线，但品种和使用少，其线路的设计和运行经验也少；也曾开发过钢芯软（退火）铝绞线和型线同心绞架空导线，但仅作为技术储备。在应用方面，不仅有高温和超高温架空线路设计，亦有配套金具、连接和施工等问题。2020年以前，将是我国电力事业一个超常发展的时期，也是提高输电线路容量，需要发展大容量导线的重要时期，因此了解和研讨大容量导线很有现实意义。

1大容量组合导线的导电材料和加强材料

1.1导电材料

导电材料有耐热铝合金线、硬铝线和软铝线3种，它们可做成圆形或梯形等股线进行绞合。

1.1耐热铝合金线（见表1）

根据耐热等级和强度，耐热铝合金线分为超耐热、特别耐热、耐热和高强度耐热4种，按导电率分有55%，58%，60%IACS等几个档次。在几十年的发展中，尽管牌号甚多，但都属铝-锆合金。随着铝中含锆量的增加，其耐热性提高，但导电率下降。因此需要研究添加其他辅助元素和采取热处理等措施。

目前导电耐热铝合金有以下2种类型：

（1）固溶型耐热铝合金。早期的耐热铝合金（如58和60TAL），由于耐热等级较低，且为了满足导电率的要求，一般含锆量不大于0.1%，因此这种线的价格与电工纯铝线相比，增加不多。

（2）固溶析出型耐热铝合金。超耐热铝合金就属这种类型。首先使锆在铝中强制过饱和固溶，然后进行冷加工和长时间的热处理，如果通过连铸连轧得不到应有的组织，甚至要进行二次热处理，这样制造厂不仅要增添必要的大型热处理装备，且生产效率下降，成为制约生产的瓶颈，故这种线的价格必然会有大幅度的增加。

高强度耐热铝合金线的强度与5005或KAL中强度铝合金的强度相当，约为250 MPa，但其导电率较低，为55%IACS，适于在大跨越或大高差等线路上使用。

1.1.2退火软铝线

退火软铝线的特点是导电率高（63% IACS以上）、柔软（伸长率约20%，远比钢高很多）、弹性模数低、应力应变曲线没有明显的屈服极限转变点、强度低（约84 MPa），但制造方便，价格比耐热铝合金线低得多。

1.2加强材料

加强材料分为金属（钢）加强材料和碳纤维或与聚合物复合的非金属加强材料2类。

1.2.1钢加强材料

在大容量组合导线中，由于加强的要求不同，可分为普通强、高强和特强钢线。由于耐蚀要求的不同，钢丝镀层可分为热镀纯锌、锌-5%铝-稀土（Galfan）耐蚀合金、热镀铝（或铝包钢）。如既需要增加组合导线的强度，又要兼顾导电率和耐热性，可用铝包钢线；为减小导线的弧垂，降低钢线热膨胀系数，可采用殷钢（Invar）线。采用钢加强材料制造的线种有：热镀锌钢线（热镀纯锌、锌-5%铝-稀土的Galfan合金）、热镀Galfan合金高强度殷钢（INVAR-Fe-36%Ni）线或铝包殷钢线、铝包钢线、热镀铝钢线和Bezinal镀锌钢线[12]。

1.2.2非金属加强材料

非金属加强材料与组合导线中的钢绞线相比[5]，具有重量轻、强度高、热膨胀系数小（1.0×10-6/℃）、耐热（允许的连续和短时温度分别为150℃和180℃）等特点。重量和热膨胀系数仅为钢绞线的1/5和1/12，而两者的拉断力几乎相等，因此开发和用于大容量低弧垂组合导线的前景看好。采用非金属加强材料制造的线种有：碳纤维加强线和碳纤维与聚合物复合的加强线。

2大容量组合导线

采用不同导电材料和加强材料绞合制造出的大容量组合导线有：钢芯耐热铝合金绞线，如58TACSR、60TACSR等；钢芯超耐热铝合金绞线，如58UTACSR、60UTACSR、ZTACSR、XTACSR等；铝包钢芯耐热铝合金绞线，如58TACSR、60TACSR、TACSR/ACR[11]等；钢芯高强度耐热铝合金绞线，如KTACSR等；铝包钢芯高强度耐热铝合金绞线，如KTACSR/AC等；殷钢芯低弧垂超耐热铝合金绞线，如XT、ZTACIR等；碳纤维芯超耐热铝合金绞线，如ZTACFR等；碳纤维与聚合物复合芯耐热铝合金绞线，如ACFR、TACFR等；钢芯软（退火）铝绞线，如ACSS等；型线同心绞架空导线，如TW、AxF/Sxy、AxF/AyF等；它们具有不同的特性，归类分别介绍如下。