新型节能导线工程应用技术.doc

新型节能导线工程应用技术中一、概述图1-3-1 普通钢芯铝绞线结构图导线作为输送功率的载体，一直是输电线路设计的核心内容，导线的每次技术进步和改良创新都能够带来巨大的经济和社会效益。目前在我国新建输电线路中，应用最为广泛的是圆线同心绞钢芯铝绞线，多年的运行实践证明其具有稳定的机械电气性能，施工运行和维护方便，能够较好地适应我国大部分地区的条件和环境。常用的普通钢芯铝绞线组成结构图如图1-3-1所示。进入21世纪，国家大力倡行节能减排，国家电网公司也积极应用新材料、新技术和新工艺，以促进环境友好和节约资源，因此输电线路的能耗成为关注点。同时随着我国电线电缆行业制造技术和工艺的进步，五花八门的新型导线层出不穷，在提供了更多选择的同时，也造成了一定的混乱甚至是安全隐患。因此必须区分新建线路和改造线路的不同需求，从而有针对性地合理选用新型导线，更好地贯彻“两型三新”（资源节约型、环境友好型，新技术、新材料、新工艺）的建设原则。二、技术原理（一）导线节能技术原理1. 导线节能技术分类近年来，我国线缆行业发展较快，为达到增容、节能，改善弧垂特性和防振、防腐性能，降低噪声和电晕等目标，出现了各式各样的新型导线产品，其中很多导线都能达到节能的效果。宽泛地说，只要在同等水平的截面积下，单位长度电阻低于常规钢芯铝绞线的导线，都可以称为节能导线。这些新型导线主要通过三类技术原理来降低电阻损耗：（1）采用退火工艺处理的软铝代替电工硬铝，导电率可由61%IACS提高到63%IACS。主要代表产品有钢芯软铝绞线、应力转移型特强钢芯软铝导线、复合芯软铝倍容量导线等。（2）采用具有一定强度和导电率的铝合金代替钢芯和部分乃至全部电工硬铝，在保证机械强度的同时，总的直流电阻可降低3%左右，并且没有钢芯的磁滞涡流损耗。主要代表产品有铝合金芯铝绞线、中强度全铝合金绞线等。（3）保持钢芯铝绞线的结构形式不变，通过材料和工艺手段提高硬铝的导电率，实现63%IACS的高导电硬铝。主要产品为钢芯高导电率铝绞线。2. 软铝类节能导线将拉制的铝线经退火工艺处理，使其再结晶变成软铝线，一般电阻率为0.027 1510.027 367W·mm2/m，导电率可提升到63%IACS，比普通的硬铝线高出约2%IACS，再绞制成软铝导线，可以达到降低导线电阻的目的。根据导线所采用芯线不同，目前比较成熟的主要有钢芯软铝绞线、应力转移型钢芯软铝导线、复合芯倍容量导线等。（1）钢芯软铝绞线。20世纪60年代，美国、加拿大采用软铝与钢芯绞制成钢芯软铝绞线ACSS，70年代又开发出型线同心绞软铝导线ACSS/TW（Aluminum Conductor Steel Supported/Trapezoidal Wire）（见图1-3-2），由于采用了63%IACS的软铝，可减少线损约3%，节能效果显著。由于软铝线的机械强度为6090MPa，比普通硬铝线的机械强度低很多，因此钢芯软铝绞线在施工和运行过程中，导线的机械载荷主要由钢芯来承担，铝线股对导线的主要贡献是承载电流而不承担绞线载荷，因此导线运行在高温时不会因铝线强度发生软化而受到影响。由于软铝线具有较高的伸长率（20%30%），比普通硬铝线的伸长率（1.2%2.0%）高很多，因此可以充分发挥钢芯的承力作用。钢芯软铝绞线的运行工作温度完全由钢芯的软化特性所决定。由于钢芯的再结晶温度较高，可以在较高的温度下保持正常的机械强度，其允许运行工作温度较普通钢芯铝绞线高很多，从而相同截面积钢芯软铝绞线的载流量能比钢芯铝绞线高1倍。（2）应力转移型特强钢芯软型铝导线。由江苏通光集团自主开发的应力转移型特强钢芯软型铝导线是在前述钢芯软铝绞线ACSS/TW的基础上又作了进一步提高，其中的铝线股主要采用S/Z形单丝，它使导线更为紧密（见图1-3-3）。导线在生产过程中通过采用钢铝之间的应力转移技术，使热膨胀系数较小的钢芯承担导线的主要应力，导线的温度弧垂曲线的拐点（应力转移点）向较低的温度移动，从常用的钢芯铝绞线的拐点温度110115左右，可以移至2040（即移至制造时的工作温度左右），其移动量可控。应力转移技术将常规间隙型导线在施工现场的应力转移工作变成在导线制造过程中完成，保证了应力转移的准确与施工的便利。导线的最高运行温度可达到150，增容100%而弧垂不超过普通钢芯铝绞线。 图1-3-2 钢芯软铝绞线ACSS/TW结构图 图1-3-3 钢芯软铝绞线ACSS/TW结构图（3）碳纤维复合材料芯软铝绞线。碳纤维复合材料芯导线的种类较多，按碳纤维复合材料芯的形状可以分为多股绞合碳纤维芯和单股芯棒两类；按导体材料可分为硬铝、软铝、耐热铝合金三类；按导体的形状可分为圆线和型线两类。目前，碳纤维复合材料芯与导体的组成产品有以下三类：日本ACFR导线（多股绞合碳纤维芯+硬铝+圆线）、碳纤维复合材料芯耐热铝合金绞线（单股芯棒+耐热铝合金+圆线）和碳纤维复合材料芯软铝绞线（单股芯棒+软铝+型线），后二者在中国均已得到了应用。硬铝的导电率低于软铝，耐热铝合金导电率较低，它们与碳纤维复合材料芯的组合都不能使碳纤维复合材料芯的强度充分发挥作用，且损耗较大。软铝的导电率高，可以耐受高温，与碳纤维复合材料芯的组合可以在高温下运行。型线可以减少导线直径，改善机电性能。因此“碳纤维复合材料芯+软铝+型线” 的导线型式最能够充分发挥碳纤维的技术优势，并且具有节能的效益。图1-3-4 ACCC导线（左）与ACSR导线（右）这类产品以美国Composite Technology Corporation（CTC，Irvine，CA）研制开发的碳纤维复合材料芯软铝导线（Aluminum Conductor Composite Core，ACCC/TW）为代表（如图 1-3-4所示）。其芯线是由碳纤维为中心层和玻璃纤维包覆制成的单根芯棒，将碳纤维与玻璃纤维进行预拉伸后，在环氧树脂中浸渍以提高耐冲击性、抗拉应力和弯曲应力，然后在高温模具中固化成型为复合材料芯线。其导体为梯形截面的铝线股。无锡远东电缆有限公司生产的同类产品型号为JLRX/T系列，在国内有较多应用案例。碳纤维复合材料芯软铝绞线采用了导电率较高的软铝，并且没有钢芯的磁滞涡流损耗，所以在同样的导电截面下输送交流电时，电阻损耗比钢芯铝绞线低约4%。另外，由于碳纤维的抗拉强度大、密度小、线膨胀系数低，所以碳纤维复合芯软铝绞线的额定拉断力大、单重小、线膨胀系数低，这些特点直接导致其具有更好的弧垂特性。3. 铝合金类节能导线钢芯铝绞线中的钢芯比重大、截面小、电阻率低，又是铁磁材料，因此主要起到承力的作用，在交流线路中基本不输送电流，反而会引起磁滞和涡流损耗，并增加导线重量。如果将导线的钢芯用导电性能较好且有一定强度的的非铁磁材料来代替，既充分利用了芯部截面，避免了铁损，又能保证整体强度，降低导线重量，高强度铝合金（LHA1、LHA2）和中强度铝合金（LHA3）就是这样的替代材料。表1-3-1铝合金与镀锌钢丝及电工硬铝的性能对比材质型号性能镀锌钢丝G1A电工硬铝LY9高强度铝合金LHA1高强度铝合金LHA2中强度铝合金LHA3抗拉强度（MPa）3.5mm129013401652003252952503.5mm1290160315295240续表材质型号性能镀锌钢丝G1A电工硬铝LY9高强度铝合金LHA1高强度铝合金LHA2中强度铝合金LHA3最小延伸率（250mm）（%）3.04.01.52.03.03.53.0导电率（IACS%）96152.553.058.5密度（t/m3）7.782.7032.7032.7032.703（1）铝合金芯铝绞线（Aluminum Conductor Alloy Reinforced，ACAR）。图1-3-5 铝合金芯铝绞线结构铝合金芯铝绞线采用52.5% IACS或53% IACS的高强度铝合金芯替代普通钢芯铝绞线中的钢芯和部分铝线，导线外部铝线与普通钢芯铝绞线铝线相同，组成结构如图1-3-5所示。在等总截面积应用条件下，由于基本无导电能力的9%IACS钢芯被铝合金芯替代，所以铝合金芯铝绞线的直流电阻比普通钢芯铝绞线更小，且没有钢芯的磁滞涡流损耗，从而达到了节能的目的。（2）中强度全铝合金绞线（All Aluminum Alloy Conductor，AAAC）。中强度全铝合金绞线全部采用58.5%IACS的中强度铝合金材料，组成结构如图1-3-6所示。与等总截面积的普通钢芯铝绞线相比，由于铝合金材料替代了钢芯，相当于增大了导线的导电截面积，使导线的整体直流电阻值降低，且同样没有钢芯的磁滞涡流损耗，从而达到了节能的目的。4. 高导电率硬铝类节能导线铝的导电率除了与铝的状态（硬态、软态）相关外，与铝的纯度也有关。根据相关研究，纯铝的极限导电率约为64%IACS，这也是目前厂家大量使用牌号AL99.70%电工铝锭，并采用普通熔炼、轧制工艺后，其导电率一直维持在61%IACS的一个原因。但如果使用99.99%的高纯铝锭，一是目前高纯铝锭的资源不足，满足不了市场需求，二是其成本约是普通铝锭的150%左右，缺乏商业价值。江苏无锡华能电缆有限公司联合东南大学开发出新一代高导电率硬铝导线，通过从晶粒细化、铝线冷拉拔过程的低缺陷控制以及敏感元素的精确控制上着手改进，通过一系列的研究试验分析，在保障铝线强度满足国标规定的LY9硬铝线条件下，铝线导电率达到63%IACS，而其结构、力学性能及施工条件与普通钢芯铝绞线完全一致。依此开发的钢芯高导电率硬铝绞线，承力构件采用镀锌钢线，导体采用导电率63%IACS（对应电阻率为0.027 367W·mm2/m）的硬铝线（结构如图1-3-7所示），可降低线路的电阻损耗，节能效益明显。 图1-3-6 中强度全铝合金绞线结构 图1-3-7 钢芯高导电率硬铝绞线（二）型线工程应用技术原理相对于常规的圆线同心绞导线，S/Z形型线同心绞导线由于其特殊的结构形式，具有以下良好的机电性能：（1）等截面积条件下线径可压缩约9%，减小了风、冰荷载；（2）大风时体形系数低，进一步减小了风荷载；（3）表面光洁，不易附着杂质，从而降低了电晕放电产生的损耗和电磁环境问题；（4）型线由于其特有的结构，股线间相互干扰，具有更高的内部自阻尼，有利于微风振动能量的吸收；（5）型线绞合紧密，表面光洁，湿雪不易粘附在导线表面，覆冰容易脱落；图1-3-8 钢芯高导电率硬铝S/Z型线同心绞导线（6）型线绞合紧密，使雨水灰尘等电化学物质不易进入，有利于保护内部的镀锌层或防腐油脂；（7）Z型绞线相互交叠压制，即使有少量断股也不会脱离导线，不易造成整根导线松动散股；将S/Z型铝线拉丝和绞制技术与导线节能技术相结合，能够开发出各种型线同心绞节能导线，如ACSS/TW、ACCC/TW、应力转移型特强钢芯软铝绞线、钢芯高导电率硬铝S/Z型绞线、铝合金芯S/Z型铝绞线等。这些导线不仅具备普通型线的多重优点，还能降低电阻损耗，是名符其实的节能型线，目前比较成熟的代表产品除前述各种软铝导线外，还有钢芯高导电率硬铝S/Z型绞线（如图1-3-8所示）。三、主要技术内容（一）适合新建线路推广应用的节能导线选择1. 选择的标准具有节能效果的导线种类繁多、原理各异，因此在推广应用中首先要明确的就是适用范围的问题。对于老旧线路的增容改造，要求是尽量利用原塔换线增容，在不增大荷载和弧垂的前提下提高允许载流量。由于往往是无法开辟新通道时无奈且必须的选择，因此能够接受较高的导线价格和严苛的施工要求。对于新建线路，则应按全寿命周期经济性选择截面，并校验过负荷要求和电磁环境指标。由于新建线路总量巨大，且有优化选择的条件，因此必须注重全寿命周期内的经济性，尽量与现有设计施工方案衔接，而不必刻意追求提高运行温度和允许载流量。具体到新建线路工程，节能导线应满足以下几个条件，才具备推广应用的价值：（1）导线价格与常规钢芯铝绞线持平或略高，不会造成基建投资的明显增加，且节约的电能可以在合理的时限内（如10年左右）补偿初投资的增加。（2）机械电气性能能够满足系统和环境要求，且便于施工和维护。（3）与通用设计的杆塔和金具尽可能匹配。根据上述条件，可逐类分析各种节能型导线在新建线路中推广应用的价值。2. 软铝类节能导线（1）软铝制造过程中退火增加的工序和能耗导致其成本高于硬铝导线，普通钢芯软铝绞线和应力转移型钢芯软铝绞线的价格都是普通导线的1.2倍左右，靠节约的电能尚可收回增量投资，而采用碳纤维复合芯棒的倍容量导线，国产产品最低价格也达到普通导线的4倍左右，已经无法在运行期内收回增量投资了。（2）软铝类导线虽然提高了铝线的导电率，但铝线的强度及硬度降低，施工中导线表面易擦伤，从而引起线路运行噪声增大、电磁干扰增强、起晕电压降低等问题。展放中还会因单线延伸产生浮线（起灯笼）、股线不规则延伸等现象，因此软铝类导线在施工过程中要求比较苛刻。碳纤维复合芯是有机材料，存在热老化的隐患，由于此产品面世时间短，尚难以积累足够有效数据进行评估。我国新建线路一般采用非定长张力放线施工，需要多次过滑车，这对碳纤维复合芯导线尤其是接续后的柔韧性和强度是极大的考验。（3）软铝类节能导线的铝线与加强芯的受力分配情况及力学特性与常规导线差异较大，其配套金具和施工工器具均为特制的非标产品，因此通用设计的杆塔和金具不宜直接应用。3. 铝合金类和高导电率硬铝类节能导线（1）铝合金单丝由于在制造过程中需添加合金元素，并且拉丝效率低，产品稳定性相对较差，因此成本高于普通硬铝线，但由于铝合金重量较轻，替代钢芯后，按等长折算的绞线价格能与普通钢芯铝绞线持平或略高。中强度铝合金单丝如果经过时效处理的工艺环节，成本还会较非热处理型产品明显提高，并且中强度全铝合金线需要替换全部的硬铝线，因此按等长折算的绞线价格比普通钢芯铝绞线高出5%8%。钢芯高导电率硬铝绞线由于添加细化剂和制造工艺复杂，使得成本较普通导线提高5%10%。可见这些导线价格增量都不大，经测算，平均5年左右即可收回增量投资。（2）钢芯高导电率硬铝绞线以及铝合金芯铝绞线的表面硬度与普通导线完全一致，施工过程中不需特殊保护措施，常规施工方法和器具都能直接应用。中强度全铝合金绞线硬度（布氏硬度为85HB）为铝线的2 倍，但重量比ACSR轻，施工放线时可减少导线表面擦伤，提高施工质量，减少运行时电晕损失及无线电干扰水平。LHA3中强度铝合金材质的屈服强度约为铝线的1.5倍，压缩型接续不易产生导线鼓包或灯笼现象，对耐张跳线可减少压接工作量。（3）钢芯高导电率硬铝绞线力学特性以及的配套金具要求均与同规格的普通钢芯铝绞线完全一致，可以直接采用通用设计。铝合金芯铝绞线和中强度全铝合金绞线的力学特性能够做到与普通导线接近，对安全系数适当控制或经验算后，均能使用通用设计杆塔，液压型耐张金具和接续管的结构与普通导线不同，目前均已有鉴定过的产品，价格和施工工艺都与普通金具相差不大。4. 选择结论通过以上分析可见，碳纤维复合材料芯软铝绞线更适宜在老旧线路改造中应用，以充分发挥其高温运行的优势。在施工条件较好的新建线路中，经过技术经济比较，应力转移型特强钢芯软铝绞线也可以采用。但总体来说，软铝类节能导线更适合解决增容问题，并不适宜在新建的输电线路工程中推广应用。铝合金芯铝绞线、中强度全铝合金绞线以及钢芯高导电率硬铝绞线从全寿命周期经济性、施工和运行方便性、通用设计匹配性三个方面都有良好表现，目前国内产能和制造水平也可以满足工程招标要求，因此适合在新建线路中全面推广。（二）推广类节能导线的进一步比较1. 参数和性能比较三种推广类节能导线以及普通钢芯铝绞线所采用的主要单丝性能对比如表1-3-2所示。表1-3-2三种节能导线与钢芯铝绞线的单丝材质和参数对比材质型号         性能镀锌钢丝G1A高强度铝合金中强度铝合金LHA3电工硬铝LY9高导电率硬铝LY9（GD）LHA1LHA2抗拉强度（MPa）3.5mm129013403252952501652001652003.5mm1290315295240160160最小延伸率（250mm）（%）3.04.03.03.53.01.52.01.52.0导电率（IACS%）952.553.058.56163密度（t/m3）7.782.7032.7032.7032.7032.703线膨胀系数（10-6/）11.52323232323电阻温度系数（1/ ）0.003 60.003 60.003 860.004 030.004 16执行的标准GB/T 34282002GB/T 233082009企标GB/T 170482009企标以630/45截面积为例，三种推广类节能导线以及普通钢芯铝绞线的绞线参数对比如表1-3-3所示。表1-3-3三种节能导线与钢芯铝绞线的典型参数对比导线型号JL/G1A-630/45JL（GD）/G1A-630/45JL/LHA1-465/210JLHA3-675根×直径（mm）钢（铝包钢、铝合金）7×2.817×2.8119×3.75铝（铝合金）45×4.2245×4.2242×3.7561×3.75截面积（mm2）钢（铝包钢、铝合金）/铝（铝合金）43.6/63043.4/629210/463.88673.73总截面积673.6672.81673.88673.73铝钢截面积比14.5 14.5 直径（mm）33.833.833.7533.75单位质量（kg/km）2079.22078.41860.41860.4计算拉断力（N）150 450150 190137 020161 69020直流电阻（W/km）0.045 90.044 450.044 70.044 7执行的标准GB/T 11792008Q/GDW6322011 厂家企标（国网标准编制中）厂家企标（国网标准编制中）以630/45截面积为例，三种推广类节能导线以及普通钢芯铝绞线的绞线性能对比如表1-3-4所示。表1-3-4三种节能导线与钢芯铝绞线的性能对比节能导线类型性能JL/G1A-630/45JL（GD）/G1A-630/45JL/LHA1-465/210JLHA3-675交流电阻损耗（%）100%97%（97.3%）96%（97.5%）96%（97.5%）等长价格（万元/km）3.64（100%）3.834.00（105110%）3.66（100.5）3.94（108%）拉重比（km）7.377.377.518.86导线荷载（%）垂直荷载（无冰）10010089.589.5垂直荷载（覆冰）10010093.493.4水平荷载（大风）10010099.999.9低温张力100/83.4100/83.4100.6/73.4115.4/90.7覆冰张力100/101.6100/101.692.9/92.9107.3/109.6大风张力100/100.3100/100.392.8/91.6109.0/109.0安装张力 100/78.7100/78.7109.3/70.3117.1/86.6与通用设计匹配完全匹配完全匹配需验算需验算续表节能导线类型性能JL/G1A-630/45JL（GD）/G1A-630/45JL/LHA1-465/210JLHA3-675耐张和接续金具常规两次压接常规两次压接新制两次压接新制一次压接延展性1.5%2.0%1.5%2.0%1.5%2.0%3%蠕变降温量（）-25-25-30-25防腐性能有电偶腐蚀有电偶腐蚀无电偶腐蚀无电偶腐蚀防振性能（%）74%74%76%67% 括号外数据采用日本JCS0374方法计算，括号内数据采用Morgan公式计算。 计算条件详见附录应用实例二句容茅山500kV线路改造工程。 以外层铝（铝合金）线应力与材料疲劳极限之百分比衡量。由以上参数和性能的比较可以初步判断：（1）钢芯高导电率铝绞线具有与普钢芯铝绞线相同的机械特性，设计、施工中无需任何特殊考虑。（2）铝合金芯铝绞线以及中强度全铝合金绞线的弧垂特性和水平、垂直荷载稍优于普通钢芯铝绞线，但风偏角也略大，需注意验算塔头间隙。（3）中强度全铝合金绞线拉断力较高，具有较好的弧垂特性和过载覆冰能力，直线塔的数量和呼高可降低，转角塔的荷载大，在转角比例高的线路中其经济性会降低。如果放松张力使用，又会牺牲其弧垂特性。三种节能导线在大多数工程中完全可以相互替代，不过三者由于各自的机电特性的差异，在工程适用性上还是有一些侧重的。（1）线路有较高的防腐要求，对导线价格比较敏感，交流输送功率大、利用小时数高时，建议优先选用铝合金芯铝绞线，充分利用其防腐性能好、价格低、电阻低的优势。（2）线路防腐和防振要求高，运行条件较差，大高差、大档距较多，路径顺直，耐张塔比例低、交叉跨越物少时，建议优先选用中强度全铝合金绞线，充分利用其防腐防振性能和弧垂特性好的优势。（3）无其他特殊技术要求，希望直接应用通用设计杆塔和金具，提高设计施工效率，避免验算和修改时，建议优先采用钢芯高导电率铝绞线。（三）进一步的技术经济比较根据典型工程边界条件，对三种节能导线与普通钢芯铝绞线就载流量、弧垂和杆塔数量、覆冰过载能力、耐张串强度、导线摇摆角、导线用量和费用、杆塔耗钢量及费用都进行了进一步的对比，并对各种导线的节能效益、增量投资回收年限、年费用情况等进行了测算，详见附录工程应用实例，主要结论如下：（1）中强度全铝合金绞线JLHA3-675的导线张力稍大，弧垂特性和过载能力略优，但耐张塔吨位高、张力荷载和导线风偏相对较大；铝合金芯铝绞线JL/LHA1-465/210具有张力小、荷载小等优点，但同样具有导线风偏相对较大的缺点，无法直接利用通用设计杆塔。（2）由于一般工程中都不会重新设计杆塔，故采用铝合金芯铝绞线JL/LHA1-465/210和中强度全铝合金绞线JLHA3-675时，需要修改塔头尺寸、验算杆件强度或控制使用条件（安全系数、摇摆角系数等），故综合耗钢指标反而可能比采用钢芯铝绞线略高，尤其是在耐张塔比例较高的线路中。（3）根据案例工程的边界条件和计算方法，三种节能导线均能在05年收回增量投资，在30年的经济运行年限内，分别可减少电能损耗5147万、7782万、7607万kWh，节约电费752.6、1138.8、1112.2万元（折现值），经济和社会效益显著。（4）采用日本JCS0374公式计算的铝合金芯铝绞线JL/LHA1-465/210的年费用最低，中强度全铝合金绞线JLHA3-675的年费用次之，高导电率钢芯铝绞线JL（GD）/G1A-630/45的年费用略高，考虑到导线价格变化、本体投资估算的误差、交流电阻计算方法的差异等因素，可以认为三种节能导线的经济性并无明显区别，且均能满足一般工程对导线机械电气性能的要求，因此均可采用。（四）应用中可能出现的问题及建议总的来看，三种节能导线在工程应用方面与常规导线并无显著差异，采用目前通用的设计手段和施工方法即可，但考虑到工程无小事的原则，就工程设计过程中几个需要注意的问题提出探讨。1. 配套金具三种节能导线的悬垂、跳线以及档内金具与常规导线无区别，可根据截面积直接对应采用定型金具。由于内部结构的差异，铝合金芯铝绞线及中强度全铝合金绞线的液压耐张线夹和接续管等承力金具结构与常规导线不同，其中全铝合金绞线只需一次压接，施工更方便。上述金具已有产品通过鉴定和应用，价格稍高于普通金具，目前一般可由导线厂家随导线配套提供。2. 初伸长的处理常规钢芯铝绞线初伸长的处理一般采用降温法，根据不同的铝钢比选取降温度数，计算安装张力和架线曲线。钢芯高导电率铝绞线的设计降温取值与常规导线相同。铝合金芯铝绞线和中强度全铝合金绞线的降温度数在规范中未给出，应根据实验得出的蠕变曲线（如图1-3-9所示）确定降温度数。一般按照平均运行张力条件下持续10年的蠕变量确定降温度数。由以上试验数据可推算出，JL/LHA1-460/210的设计降温应取30，JLHA3-765设计降温应取25。3. 导线荷载匹配的问题JLHA3-765和JL/LHA1-460/210的水平荷载与常规导线相同，最大垂直荷载低6%左右。JLHA3-765导线各工况的纵向张力均高于常规导线，安装张力甚至高出17%，对杆塔的影响不容忽视。图1-3-9 节能导线蠕变试验数据曲线（a）铝合金芯铝绞线；（b）中强度全铝合金绞线JL/LHA1-465/210导线的纵向张力、大风和覆冰工况高于常规导线，但安装和低温条件下，单侧张力和前后侧张力差均高于常规导线，尤其安装张力超出9%以上。这主要是由于线膨胀系数和初伸长降温度数较大造成。由此可见，全铝合金绞线和铝合金芯铝绞线的张力可能超过通用杆塔条件，设计时应特别注意对杆塔的验算，或者适当牺牲弧垂特性，放松张力使用。4. 应用建议总的看来，三种节能导线工程设计应用不存在技术难点，但要求设计单位认真把握细节，根据实际使用条件开列电气外荷载、计算摇摆角、绘制间隙圆图，并与通用设计的荷载及塔头进行对比。以便在放松导线张力、控制摇摆角系数与验算加强杆塔之间做出合理的选择。（五）S/Z型绞线与节能导线的结合1. 型线同心绞导线的技术优势（1）通过对国内外多项研究成果的分析可以得出，国际上对导线体形系数的研究远比国内深入，研究方法以风洞试验为主，有限元分析为辅。主要结论基本一致，即型线更接近光滑圆柱体，在较低风速（雷诺数）下，体形系数略高于圆导线，当风速足够大达到超临界状态后，体形系数会明显低于常规圆导线，但各项研究对雷诺数具体的临界值以及达到超临界状态后的体形系数结论并不统一。在国内外各项相关研究中，比利时列日大学的有限元分析研究对工程实际更有指导意义，如图1-3-10、图1-3-11所示。它并不局限于风洞中的均匀风速理想情况，而是考虑了自然风的波动，并与工程所用的10min时距平均风速相统一，得出的结论更有指导意义。图1-3-10 型线和圆线承受瞬时风力的有限元结果图1-3-11 平均风速下型线和圆线的风荷载有限元模拟结果体形系数问题是决定型线效益的核心因素之一，等截面积的型线在横担长度、大风风荷载值、直线塔和基础材料量、风偏后走廊宽度等方面均优于圆线，且优势随体形系数的降低而增大。通过对国际上研究成果的梳理总结表明：节能型线，尤其是大截面节能型线的体形系数在高风速情况下，会比常规圆线有不可忽略的降低。目前国内科研单位也正在开展这方面的深入研究。（2）国内外相关研究和试验表明：型线的表面粗糙度系数高于常规圆线，采用型线代替圆绞线，其表面场强与临界场强的比值Edm/Ed0都未超过80%的合理水平。尽管型线压缩了外径，使得表面场强提高，但在普遍的导线制造水平和表面粗糙度条件下，型线的电晕临界场强也同步提高，且导线总表面积减小，因此电晕损失功率仍低于同等截面积的圆绞线。无线电干扰对比试验结果表明，型线的无线电干扰情况在好天气下优于等截面积的圆线，但在大雨条件下，其无线电干扰值基本取决于线径，比等截面积的圆线略差。可听噪声对比试验表明，等截面积的型线尽管比圆线直径更小，但在可听噪声方面差别并不明显。根据现有的经验公式计算，型线的无线电干扰和可听噪声水平比等截面积圆线略高，但对于常规线路来说，都在允许的限值范围内。（3）通过对典型的220kV线路和500kV线路的电磁环境对比计算表明，采用型线较之于与采用常规圆线：1）线路参数变化很小，自然功率降低约0.5%0.7%（500kV），地面场强降低约0.7%；2）无线电干扰和可听噪声略高，但在常规海拔范围内均不超过限值要求。3）对于通用设计适用海拔高度下的线路采用型线时，由电磁环境控制的最小允许截面积220kV为1×400mm2，500kV为4×300mm2。采用更小截面积的型线，或在更高海拔下应用型线，需进行相关试验，确定无线电干扰满足要求。总的看来，在国家电网公司输变电工程通用设计220、500kV线路中采用等截面积的型线，电磁环境方面不存在问题。（4）型线的防振性能的优势首先体现在其S/Z形股线绞合结构引起的自阻尼增加，有效消耗风振能量；其次表现在等截面积的型线由于外径比圆线小，从而导致风输入能量少、自阻尼功率高，相应的振幅较小；最后由于外径小，同等的输入能量和自阻尼条件下，振动频率高、波长小，从而也会导致振幅较小。型线在防振方面与圆线相比，也有其不足之处，由于其光滑的表面更容易形成卡门漩涡列，从而导致发生振动的概率和持续时间要高于普通圆线。总的来看，型线在防振方面是利远大于弊的，但考虑到防振设备在工程总投资中的比例甚低，因此建议不降低型线的防振配置，而是将其防振性能方面的优势作为安全储备，以提高导线的全寿命周期经济性。（5）节能型线在覆冰性能方面具有起冰慢、脱冰快的天然优势，不需加装附属设备或涂料，也无须改变导线的结构参数，能为抢修和除冰争取宝贵的时间。尽管采用节能型线在冻雨覆冰时并不能明显减少覆冰厚度，但与相同截面积和铝钢比的常规导线相比，型线由于外径减小约9%，同等冰厚时覆冰重量更轻，覆冰过载能力更强。因此在覆冰地区应用节能型线，比常规导线安全裕度更高。（6）型线外层绞合紧密，对内部的钢丝镀锌层或防腐油膏形成了相对密闭的保护层，雨水和灰尘杂质等电化学物质不易进入内部。对于海边的大型核电站送出线路，既存在严重的盐雾腐蚀，又有很高的利用小时数，对防腐和节能要求都比较高。在节能型线的基础上制造防腐节能型线，由于油脂受到较好的保护，导线使用寿命还能更长，同时减少大量的电阻损耗，更能体现节能型线的全寿命周期经济性。2. 节能导线与型线结合的经济性分析软铝和硬铝单丝拉制成S/Z型线以经是很成熟的技术，目前一些企业的硬铝型线拉丝速度已经与圆线非常接近。中强度和高强度铝合金线目前尚未见到型线拉丝的报导。因此钢芯高导电率铝绞线和铝合金芯铝绞线都可以制成型线产品，成为节能型线，将铝合金芯与高导电率硬铝结合的铝合金芯高导电率硬铝型线绞线也已经问世。由于设备投入以及产能限制的因素，S/Z型线的成本略高于同规格的圆线，但一般不超过5%，以比较成熟的节能型线产品钢芯高导电率硬铝S/Z型线同心绞导线（如图1-3-8所示）为例，按照不同的边界条件（导线价格、耐张塔比例、损耗小时数、电价等）组合，相对普通钢芯铝绞线的增量投资回收来分析：当节能型线处于下限价位时，不同钢芯强度的节能型线的增量投资回收年限在2.369.12年之间；当节能型线处于上限价位时，不同钢芯强度的节能型线的增量投资回收年限在4.0917.81年之间。而对于普通型线，由于不具备节能的特性，增量投资无法回收。通用设计杆塔直接采用节能型线后，可以放宽使用档距或摇摆角，相比按同等条件新设计型线杆塔，适当延拓杆塔水平档距时，可以更充分利用杆塔的垂直档距，其经济性更明显。型线由于提高了截面积利用率，压缩了线径，还能弥补铝合金芯铝绞线风偏较大的不足。（六）技术成果的评价目前三种节能导线均已实现成规模量产，并有国内外实际工程应用的业绩。其中铝合金芯铝绞线、中强度全铝合金绞线已有上海中天、武汉电缆、杭州电缆、无锡远东、通光强能、无锡华能等企业的产品通过了鉴定；钢芯高导电率铝绞线已有无锡华能、无锡远东等企业产品通过了鉴定，均能满足大规模使用的要求。2010年12月，节能型线工程应用技术研究成果被纳入国家电网公司依托工程基建新技术推广应用实施目录（2011 年版），成为线路设计推广应用类成果。2011年6月，节能型线工程应用技术研究项目在北京通过国家电网公司组织的专家验收，认为“技术先进、节能环保、具备推广价值”。2011年12月，该技术成果被纳入国家重点节能技术推广目录（第四批）。（七）后续研究的建议节能导线和节能型线技术的推广应用是一项庞大而复杂的系统工程，不可能一劳永逸地解决全部问题，必须密切结合工程实践不断总结研究。对节能导线的工程应用问题，已经不存在技术障碍，但受主客观条件和专业水平限制，对钢芯铁损的计算和实验验证、型线的表面粗糙度系数取值、无线电干扰和可听噪声计算、风荷载体形系数的取值、节能型线在特高压交直流线路中的应用问题等都还需要更加专业和深入的研究，并在长期的工程应用中总结的规律、实践验证。四、成果应用情况钢芯高导电铝型线绞线最早于2010年在华东电网公司斗山常熟南500kV线路工程中试用，之后结合2011年度基建新技术研究工作，以江苏省电力公司南通西常青220kV线路作为依托工程应用。该技术在国家电网公司系统内推广应用后，又有江苏、河南、山东等多个工程采用节能型线，取得了良好的经济和社会效益。2011年底，国家电网公司组织开展了对三种节能导线的推广工作，2012年初，在全国范围内选择了三十项试点工程，并要求各省公司建立联系人制度，由基建牵头，生产、物资、运行紧密配合，做好试点工程的全过程管理工作。并计划从2013年开始，全面推广三种新型节能导线，逐步替代常规导线。该部分详见附录：技术成果工程应用实例。五、应用效益（一）经济效益（1）以采用2分裂400mm2导线的220kV单回交流输电线路（输电容量300MW，损耗小时数3200h）为例，如果推广应用JL（GD）/G1A-400/35达到5000km，则平均可减少线路损耗4650万kWh/年，按上网电价0.4元/kWh计算，每年可节约1860万元。（2）以采用4分裂630mm2导线的500kV单回交流输电线路（输电容量2000MW，损耗小时数3750h）为例，如果推广应用JL（GD）/G1A-630/45达到5000km，则可减少线路损耗14 705万kWh/年，按上网电价0.4元/kWh计算，每年可节约5882万元。（3）国家电网公司在三峡上海±500kV直流输电工程中应用的ACSR-720/50导线，线路全长1048.6km，输送容量3000MW时，若按JLHA3-775中强度全铝