耐热铝合金导线在架空输电线路增容改造的设计应用

　　摘要：本文根据耐热导线的基本性质展开研究与分析，同时对输电线路的增容改造项目进行探究，在两种准备工作的基础上，对耐热导线如何进行有效应用进行了数据上的总结，旨在为供电工作提供电力输送不足的解决思路与改善策略。

　　关键词：耐热导线;增容;电力

　　一、引言

　　在国内社会不断发展与经济建设不断推进的背景下，输电线路的电力供应需求显著增加，以往的输电线路已难以满足当前社会发展的需要。因此，需要在现有的电力供给建设工作中，加大技术方面的投入，使其在电力供应等方面能够适应当前的社会发展现状与电量需求。输电线路在容量改造的项目上，其消耗的时间成本与建设成本等较大。耐热导线的投入与应用，能够在原有的输电线路上进行改造应用，降低改造过程中的成本支出与周期。在当前电力需求量逐渐增大的背景下，耐热导线的应用可以在较大程度上减轻社会需求与线路建设工作之间的矛盾，为电力传输的优化提供较好的解决方案。

　　二、耐热铝合金导线发展情况分析

　　上世纪四十年代末，国外在铝金属材料的研究过程中，发现将其与锆元素进行反应后，耐热性能得到较大幅度的增强，在此后的发展中，该项研究工作逐渐形成一项具体项目。[1]二十世纪初，耐热铝合金绞线开始正式投入使用，但使用对象仅局限为经济发展水平较高、技术发展进程较快的国家。该材料研究较为深入的国家为日本，其最为显著的研究成果为析出性耐热铝合金导线，在较大程度上使导线的电力输送效率得到了提升，以及具有较好的耐高温性能。然而，耐热温度的标准值增加，导线的输送电效率也受到影响，与耐热温度呈反比关系。

　　该种情况与国内能源发展理念不相符合，出于可持续发展的要求，国内在输电线路的发展工作中需要进一步实施研究，经过上世纪六十年代至二十世纪初的研究与发展历程，国内开始加大力度进行耐热铝合金导线的生产制造，使用量也呈现出明显的增长。该材料目前在国内已经实现广泛应用，但在导电率方面仍旧没有得到较好优化，目前处于60%IACS的水平上，硬铝线与其相比仅有1%IACS的差距，此外，在输电线路损伤的问题上还需研究其解决方案。

　　三、耐热铝合金的特性研究

　　耐热铝合金作为复合型材料，其在电力传输工作中所体现出的特性与性能包含以下几个方面，从材料性质上的研究可以为其实际应用提供思路与相应的处置方案。因此，需要在材料特性的研究项目中实施对比分析。

　　(一)基于温度条件

　　在恒定温度下，耐热铝合金导线输送电的效率不高于硬铝线;弹性系数则较高于硬铝线;电阻温度<硬铝线。可以看出，在负荷保持一致的情况下，温度升高，耐热铝合金的电阻率升幅范围不大。[2]以加热时间作为标准进行比较，短时间标准：架空输电导线在使用温度的变化上，经过一定时间的受热之后，温度能够回归至正常温度的机械强度残存率(材料软化特性)的80%以上。从软化的起始温度上进行比较，耐热铝合金>硬铝线，这反映出耐热铝合金具备较好的高温耐性。不同温度下的比较内容如图1所示。在当前的电力输送工作中，出于增加电力载流量的目的，一般通过增加导线工作温度的形式实施调整。从长时间加热的角度进行分析，耐热导线处于温度较高的运行环境中，依旧具有较好的机械强度以及弧垂增长。

　　(二)基于蠕变性能与耐腐蚀性能

　　导线材料通常具备蠕变的特性，能够提供架空输电线路较好的安全保障。某电厂的实验分析报告在该项性能的对比上，指出耐热铝合金导线与硬铝线都具备蠕变性能;从耐腐蚀性的角度上进行比较，结合相关实验数据可以发现，在盐雾试验和日照实验中，耐热铝合金导线和硬铝线的耐腐蚀性能差距较小。

　　四、耐热导线涉及的原理分析

　　(一)耐热原理

　　根据国外研究学者的相关实验研究成果，Al金属与Zr元素相结合，能够使Al金属的耐热性能得到一定提升，该项实验进行的时间较早，在实验成果发表后，该项目逐渐成为热点的研究对象之一。在耐热铝合金和硬铝线的性能对比实验中，可以从相关数据中看出，前者性能优于后者，软化温度也相对较高。现阶段，市场上较为常用常见的绞线材料为钢芯铝绞线，该材料在工作温度上，通常处在81°C上下。耐热导线通过铝合金材料与殷钢线的应用，在整体强度与内热性能等方面较为优异，与一般的绞线材料相比，其工作温度能够在原有的标准上提升到23°C，该值为工作温度的均值，极值为290°C。

　　(二)增容原理

　　在一般运行状态下，多种因素能够对导线的载流量造成不同程度的影响，根据影响因素的性质，可将其分为环境因素、温度因素与材料因素等。[3]电量传输过程中，多种因素会在不同时段与不同状态下导致电量传输出现变化。由于各个因素之间的联系存在不定性，需要对不同因素造成的影响进行研究与分析，由此保障电量传输的稳定性。导线载流量一般受到本身参数与外部因素的影响，因为某段线路的运行环境固定，则外部因素的变动性一般较小，对电量载流量造成影响的主要因素为导线的自身参数。对此，在提升导线温度的过程中，导线载流量与原本相比，数值方面得到提升。根据上述章节的理论阐述，耐热导线工作温度的均值大于通常使用的导线，在外部因素保持不变的情况下，耐热导线的传输效率更优。

　　耐热铝合金导线是通过铝合金与Zr元素相结合的产物，在蠕变强度与软化特性等方面都得到较大增强，对于高温运行环境具有较好的耐性，相对于一般材料的导线，耐热铝合金的整体数值较高，电量载流量也更多。

　　五、实际应用分析

　　本文在耐热导线的实际应用上，主要选取三门峡供电公司高压架空输电线路的增容改造案例进行分析--该供电公司在输电线路的建设上，应用的绞线类型为LGJ-185钢芯铝制，因为线路运行环境发生改变，因此实施增容改造项目，保障传输电量能够符合相关标准(105MW)。

　　增容改造工作在实施的过程中，出于经济因素与技术条件等方面考虑，该段线路改造工作不采用串补、升压改造以及无功补偿等技术，主要选取的技术方案为调整导线截面与材料类型，通过耐热导线的投入使用进行当前的线路改造工作。从调整导线截面的方案上看，主要采取增大截面面积的形式进行设计应用，使该项数值控制能够不低于390平方米，采用LGJ一400/35类型的导线，路杆荷载量也会因导线类型的不同而上升。该种增容改造方案需要进行新一轮的成本投入，投入数额较大。因此，该线路的增容改造方案主要通过耐热导线的方案进行实施。

　　根据上述线路相关参数的数值运算，最终采用JNRLIH60/LBIA一210/35型绞线。该类型绞线处于40°C，而运行温度90°C的环境中，其载流量能够达到预期标准。通过杆塔控制张力的测量及其数值运算，可以推出安全系数k=2.65;其次，按照弧垂计算可以得出，JNRLIH60/LBIA一210/35位于冰层厚度较大的环境中，弧垂值不大于LJC-185，若温度位于90°C，档距不小于400m时，弧垂也不大于40°C条件下的一般导线弧垂。

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　　结语：耐热铝导线在性能上具有较好的高温适应性、载流量与整体结构强度等，在多种电量传输工作中能够起到较好的作用。针对目前电量需求与线路改造建设发展不平衡的现状，需要加大材料与线路改造工艺方面的研究力度。现阶段，电力传输中的线路改造工作还存在一定不足，在材料的应用与研究方面不够透彻，一定程度上给电力传输的整体造成了一定影响。因此，需要加强导线材料与实际应用等方面的研究工作，以此为电力传输提供较好的保障。

　　参考文献：

　　[1]章明.碳纤维复合芯软铝导线在油田输电线路增容改造中的应用[J].油气田地面工程,2017

　　[2]易海蓉,王婷婷,李育兵,梁明.钢芯中强度铝合金绞线在特高压直流输电线路30mm冰区中的应用[J].四川电力技术,2017

　　[3]王振.碳纤维复合芯软铝绞线在矿井电源线路增容改造中的应用与探讨[J].内蒙古煤炭经济,2017

　　作者：钟朝福