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[合金导线] 耐热铝合金导线性能参数
P:2009-07-29 21:22:36
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1 耐热导线的种类和主要性能参数
1.1 耐热导线的分类
早在20世纪60年代日本便开始研制并采用耐热导线。它采用铝锆合金作为导电部分，提高导线的允许运行温度从而提高输送容量。因为铝锆合金可以有效地抵抗高温退火的影响，能够在高达230℃的温度保持它的强度。铝锆合金根据耐热性能分为普通型铝合金(TAL)，超耐热型铝合金(ZTAL)和特耐热型铝合金(XTAL)。采用不同型号的耐热铝合金可以制造出不同耐热性能的导线。
由于导线运行温度的提高，弧垂也将随温度增大。为了适应线路架设中的弧垂要求，殷钢心耐热铝合金绞线(TACIR)被开发了出来。殷钢是由铁和镍等元素组成的合金。殷钢膨胀系数只有普通钢材的1/3(低于100℃为2.8，高于100℃为3.6，相同条件下普通钢材则为11.5)。用殷钢作为导线钢心如：殷钢心耐热铝合金导线(TACIR)可以在150℃下运行，而殷钢心超耐热铝合金导线(ZTACIR)和殷钢心特耐热铝合金导线(XTACIR)可以在210℃和230℃下运行，可以在满足低弧垂的要求下，更好的利用铝合金的耐高温性能，从而提高输送容量。
1.2 耐热导线的载流性能
若把普通钢心铝铰线(ACSR)的载流量当作1，则普通耐热导线(TAL)的载流量是钢心铝铰线的1.6倍，ZTACIR的载流量是ACSR的2.0倍，XTACIR是ACSR的2.1倍。具体情况见表1。
1.3 输电度夏工程所选耐热导线型号
度夏工程载流量选择，主要考虑负荷的发展及N-1情况下能够满足输送容量的要求。110kV八紫和君南二线选用普通钢心耐热铝合金绞线TACSR240/30；220kV昌清线选用殷钢心特耐热铝合金绞线XTACIR180/50。它们的主要性能参数以及和改造前线路的参数见表2。
2 经济性指标比较
2.1 耐热导线与国产导线价格比较
采用日本的耐热导线，还要考虑关税、增值税和代理费等；另外运行和施工过程中为保证质量，还应进口相应的金具和工器具。考虑这些因素后的单位造价见表3，为了便于比较，国内相应的一些价格也列入表中。
2.2 采用耐热导线与常规导线工程造价比较
我们根据昌清和君南二两项工程的实际造价与相同电压等级、外界环境相类似的工程进行比较，具体情况见表4。
由上表可见，110kV八紫线工程投资效益是比较明显的，其单位综合造价相当于草沙线的一半；220kV昌清线的投资与苑房线相当，但昌清线中含有一次性进口的施工工具的费用。
2.3 单位输送容量的工程造价比较
耐热导线是一次性投资较高，它的较高输送容量是长期受益的。将不同工程的投资拆算到单位输送容量上更具有可比性，因不同工程的线路长度不一样，所以还须折算到单位长度上。
由表5可见，若考虑单位容量、单位长度下的工程投资，采用耐热导线工程投资要低很多，220kV和110kV线路工程基本相当于比较工程投资的73.3%(3.16/4.31×100%)和43.8%(6.17/14.09×100%)，其投资效益能很好地显现出来。
3 几个需要说明和探讨的问题
3.1 耐热导线的型号选择
前面已提到更换耐热导线是提高现有输电线路传输容量的一个有效措施。选择耐热导线型号时应考虑以下几个方面的要求：
3.1.1 根据负荷的发展和N-1的情况下传输容量的要求选择导线型号
对于输电线路的改造选择耐热导线的型号，必须根据负荷的发展和N-1的情况下传输容量的要求。利用耐热导线的高传输容量的特性，使线路具有传输一定储备容量的能力，从而满足负荷的发展同时满足系统在N-1等非正常运行方式下传输能力的要求，增加电网的可靠性。
3.1.2 选择耐热导线型号必须结合导线截面的选择
不同耐热性能的导线具有不同的载流能力，因此选择导线型号时应同时考虑其截面大小。导线耐热性能和截面积直接影响线路的造价，同时也影响线损的比例。截面相同的不同耐热等级的导线，线损随允许运行温度的增高而增大。
3.1.3 选择的耐热导线必须满足弧垂变化的要求
不同的耐热导线，具有各自的弧垂特性。在利用原有线路的铁塔时必须考虑耐热导线的弧垂随温度的升高而增加的情况，满足导线对地距离及交叉跨越的要求。
3.2 中日两国安装防震锤的差异
在日本，耐热导线采用的防震方式与我们国内相同，即采用防震锤。然而安装方式和数量与我国的设计要求有差异。例如按要求需装一个防震锤时，我国的安装方式是在档距两端各装一个，而日本的做法是只在相对较高的一侧装一个防震锤；当需安装2个时，我国是在档距两端各装2个，而日本则是每一端装一个，共装两个，依此类推。在我们的三个耐热导线项目中，对于这种差异，我们选择了按照日本的要求安装。
3.3 导线弧垂要求的确定
我国的输电线路弧垂是按40℃设计的，重要跨越按70℃弧垂进行校核；导线的允许最高运行温度为70℃；而日本的ACSR允许最高运行温度为90℃。对于耐热导线则考虑线路短时间过负荷及其对使用寿命的影响，将运行温度分为连续、短时和瞬时三个运行温度。日方三个温度的弧垂值与我国两个温度(40℃、70℃)弧垂的对应，直接关系到改造线路工程耐热导线的选型，关系到工程的投资和运行时线损的大小。我国的输电线路设计规程《110～500kV架空送电线路设计技术规程》DL/T 5092-1999中，没有耐热导线的相关规定，笔者认为耐热导线选型时应主要考虑日本连续运行温度和我国40℃时的弧垂对应，其它温度下的弧垂值可作为参考。
3.4 双回线路输送容量悬殊较大
昌清一、二回更换耐热导线工程采用分路倒停的施工方式。2004年5月6日昌清一回换线后试运行4天。在试运行期间，换线后的昌清一回和未换线的昌清二回的传输容量存在悬殊差异，较大的记录是昌清一回输送容量为290MW，昌清二回仅90MW，相当于增加了串补的功能。虽然耐热导线与常规线路的阻抗值不同，但对于输送容量出现如此悬殊的差别还是我们所未预料的。
3.5 线损的问题
导线的线损取决于导线传输的电流和导线的电阻。导线的电阻取决于导线的电阻率、导线截面积和导线运行温度。对于耐热导线，其单位截面积传输的电流大，导线运行温度高，其线损也较同样截面的普通导线大。如果为了满足弧垂的特殊需要，选择了较小截面的高耐热性能、低导电率的导线，则线损更大。所以在选择更换耐热导线时，必须对两者进行综合效益的比较，即耐热导线低建设投资，高运行投入与常规导线的高建设投资，低运行费用进行综合比较。关于耐热导线线损的问题已经引起了运行、设计和科研单位的重视，准备列专项课题进行研究。
2004年的输电度夏工程我们总共采用了74km耐热导线(单回长，其中殷钢心特耐热铝合金绞线51km)，目前电网建设部组织的安老一、二线路改造决定使用长度约32km的殷钢心特耐热铝合金绞线，工程已进入订货阶段。在我们与日本技术人员交流中得知，殷钢心特耐热铝合金绞线80年代挂网运行，目前在日本国内运行总长只有1000多km，我国应用耐热导线较早的台湾省2004年才建设第一条殷钢心耐热铝合金绞线路。因此加强对耐热导线线路的试验、研究与经验积累已成为各级工程技术人员面前的较大课题，是关系到耐热导线能否在我国广泛推广应用的重要工作。
1.1 耐热导线的分类
早在20世纪60年代日本便开始研制并采用耐热导线。它采用铝锆合金作为导电部分，提高导线的允许运行温度从而提高输送容量。因为铝锆合金可以有效地抵抗高温退火的影响，能够在高达230℃的温度保持它的强度。铝锆合金根据耐热性能分为普通型铝合金(TAL)，超耐热型铝合金(ZTAL)和特耐热型铝合金(XTAL)。采用不同型号的耐热铝合金可以制造出不同耐热性能的导线。
由于导线运行温度的提高，弧垂也将随温度增大。为了适应线路架设中的弧垂要求，殷钢心耐热铝合金绞线(TACIR)被开发了出来。殷钢是由铁和镍等元素组成的合金。殷钢膨胀系数只有普通钢材的1/3(低于100℃为2.8，高于100℃为3.6，相同条件下普通钢材则为11.5)。用殷钢作为导线钢心如：殷钢心耐热铝合金导线(TACIR)可以在150℃下运行，而殷钢心超耐热铝合金导线(ZTACIR)和殷钢心特耐热铝合金导线(XTACIR)可以在210℃和230℃下运行，可以在满足低弧垂的要求下，更好的利用铝合金的耐高温性能，从而提高输送容量。
1.2 耐热导线的载流性能
若把普通钢心铝铰线(ACSR)的载流量当作1，则普通耐热导线(TAL)的载流量是钢心铝铰线的1.6倍，ZTACIR的载流量是ACSR的2.0倍，XTACIR是ACSR的2.1倍。具体情况见表1。
1.3 输电度夏工程所选耐热导线型号
度夏工程载流量选择，主要考虑负荷的发展及N-1情况下能够满足输送容量的要求。110kV八紫和君南二线选用普通钢心耐热铝合金绞线TACSR240/30；220kV昌清线选用殷钢心特耐热铝合金绞线XTACIR180/50。它们的主要性能参数以及和改造前线路的参数见表2。
2 经济性指标比较
2.1 耐热导线与国产导线价格比较
采用日本的耐热导线，还要考虑关税、增值税和代理费等；另外运行和施工过程中为保证质量，还应进口相应的金具和工器具。考虑这些因素后的单位造价见表3，为了便于比较，国内相应的一些价格也列入表中。
2.2 采用耐热导线与常规导线工程造价比较
我们根据昌清和君南二两项工程的实际造价与相同电压等级、外界环境相类似的工程进行比较，具体情况见表4。
由上表可见，110kV八紫线工程投资效益是比较明显的，其单位综合造价相当于草沙线的一半；220kV昌清线的投资与苑房线相当，但昌清线中含有一次性进口的施工工具的费用。
2.3 单位输送容量的工程造价比较
耐热导线是一次性投资较高，它的较高输送容量是长期受益的。将不同工程的投资拆算到单位输送容量上更具有可比性，因不同工程的线路长度不一样，所以还须折算到单位长度上。
由表5可见，若考虑单位容量、单位长度下的工程投资，采用耐热导线工程投资要低很多，220kV和110kV线路工程基本相当于比较工程投资的73.3%(3.16/4.31×100%)和43.8%(6.17/14.09×100%)，其投资效益能很好地显现出来。
3 几个需要说明和探讨的问题
3.1 耐热导线的型号选择
前面已提到更换耐热导线是提高现有输电线路传输容量的一个有效措施。选择耐热导线型号时应考虑以下几个方面的要求：
3.1.1 根据负荷的发展和N-1的情况下传输容量的要求选择导线型号
对于输电线路的改造选择耐热导线的型号，必须根据负荷的发展和N-1的情况下传输容量的要求。利用耐热导线的高传输容量的特性，使线路具有传输一定储备容量的能力，从而满足负荷的发展同时满足系统在N-1等非正常运行方式下传输能力的要求，增加电网的可靠性。
3.1.2 选择耐热导线型号必须结合导线截面的选择
不同耐热性能的导线具有不同的载流能力，因此选择导线型号时应同时考虑其截面大小。导线耐热性能和截面积直接影响线路的造价，同时也影响线损的比例。截面相同的不同耐热等级的导线，线损随允许运行温度的增高而增大。
3.1.3 选择的耐热导线必须满足弧垂变化的要求
不同的耐热导线，具有各自的弧垂特性。在利用原有线路的铁塔时必须考虑耐热导线的弧垂随温度的升高而增加的情况，满足导线对地距离及交叉跨越的要求。
3.2 中日两国安装防震锤的差异
在日本，耐热导线采用的防震方式与我们国内相同，即采用防震锤。然而安装方式和数量与我国的设计要求有差异。例如按要求需装一个防震锤时，我国的安装方式是在档距两端各装一个，而日本的做法是只在相对较高的一侧装一个防震锤；当需安装2个时，我国是在档距两端各装2个，而日本则是每一端装一个，共装两个，依此类推。在我们的三个耐热导线项目中，对于这种差异，我们选择了按照日本的要求安装。
3.3 导线弧垂要求的确定
我国的输电线路弧垂是按40℃设计的，重要跨越按70℃弧垂进行校核；导线的允许最高运行温度为70℃；而日本的ACSR允许最高运行温度为90℃。对于耐热导线则考虑线路短时间过负荷及其对使用寿命的影响，将运行温度分为连续、短时和瞬时三个运行温度。日方三个温度的弧垂值与我国两个温度(40℃、70℃)弧垂的对应，直接关系到改造线路工程耐热导线的选型，关系到工程的投资和运行时线损的大小。我国的输电线路设计规程《110～500kV架空送电线路设计技术规程》DL/T 5092-1999中，没有耐热导线的相关规定，笔者认为耐热导线选型时应主要考虑日本连续运行温度和我国40℃时的弧垂对应，其它温度下的弧垂值可作为参考。
3.4 双回线路输送容量悬殊较大
昌清一、二回更换耐热导线工程采用分路倒停的施工方式。2004年5月6日昌清一回换线后试运行4天。在试运行期间，换线后的昌清一回和未换线的昌清二回的传输容量存在悬殊差异，较大的记录是昌清一回输送容量为290MW，昌清二回仅90MW，相当于增加了串补的功能。虽然耐热导线与常规线路的阻抗值不同，但对于输送容量出现如此悬殊的差别还是我们所未预料的。
3.5 线损的问题
导线的线损取决于导线传输的电流和导线的电阻。导线的电阻取决于导线的电阻率、导线截面积和导线运行温度。对于耐热导线，其单位截面积传输的电流大，导线运行温度高，其线损也较同样截面的普通导线大。如果为了满足弧垂的特殊需要，选择了较小截面的高耐热性能、低导电率的导线，则线损更大。所以在选择更换耐热导线时，必须对两者进行综合效益的比较，即耐热导线低建设投资，高运行投入与常规导线的高建设投资，低运行费用进行综合比较。关于耐热导线线损的问题已经引起了运行、设计和科研单位的重视，准备列专项课题进行研究。
2004年的输电度夏工程我们总共采用了74km耐热导线(单回长，其中殷钢心特耐热铝合金绞线51km)，目前电网建设部组织的安老一、二线路改造决定使用长度约32km的殷钢心特耐热铝合金绞线，工程已进入订货阶段。在我们与日本技术人员交流中得知，殷钢心特耐热铝合金绞线80年代挂网运行，目前在日本国内运行总长只有1000多km，我国应用耐热导线较早的台湾省2004年才建设第一条殷钢心耐热铝合金绞线路。因此加强对耐热导线线路的试验、研究与经验积累已成为各级工程技术人员面前的较大课题，是关系到耐热导线能否在我国广泛推广应用的重要工作。
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［xuesong 在 2009-7-29 21:27:14 编辑过］
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很好的资料12
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