节能导线工程应用技术经济分析.doc

淮南南京上海1000kV特高压交流输电线路工程节能导线工程应用技术经济分析2012年11月12日目 录前 言31 综述41.1 线路概况和系统条件41.2 节能导线应用背景41.3 工程环境条件52 节能导线型式选择72.1 新型节能导线介绍72.2 适合特高压线路应用的节能导线82.3 节能导线的参数和标准123 导线机电特性143.1 导线弧垂143.2 导线过载能力153.3 导线耐张串强度选择153.4 导线对杆塔荷载的影响163.5 导线摇摆角173.6 导线防振性能173.7 导线蠕变和初伸长补偿183.8 配套金具193.9 中强度铝合金绞线放松张力使用分析203.10 小结204 交流电阻及能耗计算224.1 节能导线的交流电阻计算研究224.2 导线交流电阻比较274.3 小结285 交流特高工程应用的造价分析305.1 导线投资计算305.2 耐张串差价比较305.3 铁塔耗钢量比较325.4 基础用量比较336 年费用346.1 年费用算法及边界条件346.2 全线各区段经济性比较356.2.1 淮南-南京段356.2.2 南京-泰州段386.2.3 泰州-苏州I串段406.2.4 泰州-苏州V串段426.2.5 苏州-上海段446.3 导线不同价位的年费用比较466.4 增选新型导线496.5 小结51第二部分 新型导线的杆塔验算使用527 校验条件及原则527.1 试点区段及导线型号527.2 气象条件及铁塔型式527.3 铁塔验算的思路538 间隙圆校验548.1 空气间隙及间隙圆设计原则548.2 Kv值及悬垂串风偏角548.3 Kv值统计分析588.4 小结629 铁塔荷载及基础校验639.1 杆塔荷载639.2 耐张塔塔材及基础优化649.3 小结6510 杆塔使用条件6611 结论67前 言为将更多的“新技术、新材料、新工艺”应用到交流特高压电网建设中，本报告结合淮南南京上海1000kV输电线路工程特点，分析了高导电率钢芯铝绞线、铝合金芯铝绞线和中强度铝合金绞线共3种新型节能导线应用的可行性和必要性。以普通钢芯铝绞线为对比基准，对3种节能导线的弧垂、过载能力、耐张串强度选择、杆塔荷载、摇摆角、防振性能、蠕变、配套金具等进行了详细比较，认为三种导线的机械电气性能均能满足工程需要，且各有优势。同时本报告详细分析了3种节能导线对线路本体造价影响，为准确分析导线的经济性奠定了基础。铝合金芯铝绞线JL/LHA1-465/210的年费用最低，故作为首推采用的节能导线型号，尤其是在路径复杂，转角比例高的区段优先应用；高导电率钢芯铝绞线JL(GD)/G1A-630/45的年费用次优，作为第二位推荐；中强度铝合金绞线JLHA3-675由于价格高，其年费用在不利的边界条件组合下会略高于普通导线，但由于其节能效果好，机械特性优，故建议选择耐张塔比例较低、防振要求较高的区段少量应用。铝合金芯高导电率铝绞线JL(GD)/LHA1-465/210节能效果和经济性能最优，但由于该种导线尚无实际运行经验，故建议局部试点应用。本报告通过大量的年费用计算，给出了本工程不同区段下，节能导线对普通钢芯铝绞线的相对经济性与相对价格倍数的关系图。最后，结合优先推荐的铝合金芯铝绞线8×JL/LHA1-465/210，本报告以皖电东送铁塔为典型塔型，进行了塔头间隙、杆塔荷载校验，并给出杆塔验算的使用条件，为在1000kV线路中使用节能导线提供了支撑。第一部分 节能导线选型研究1 综述1.1 线路概况和系统条件本工程起自淮南变电站，经南京变电站、泰州变电站、苏州变电站，止于上海（沪西）变电站，线路全长779.5km（可研长度，含淮河大跨越2.61km、长江大跨越6.21km），全线同塔双回架设。线路途经安徽、江苏和上海三省市，其中安徽省境内路径长约179.7km，江苏省境内路径长约536.3km，上海市境内路径长约63.5km。电力系统基本条件系统额定电压：1000千伏系统最高运行电压： 1100千伏系统输送功率（单回）：3000 MW6000MW其中各段初期输送功率预测如下： 淮南南京4000MW，南京泰州3000MW 泰州苏州6000MW，苏州沪西3000MWN-1极限输送功率： 6000 MW12000MW功率因数： 0.95最大负荷利用小时数：取5000、5500小时。1.2 节能导线应用背景 为实现可持续发展，履行国企社会责任，国网公司近年来积极推进“新材料、新技术和新工艺”应用，建设环境友好和资源节约型电网。节能导线作为输电线路最有效的节能降耗措施正在逐步推广，目前110750kV等级的高压、超高压输电线路上有多项工程应用了各种节能导线，锡盟至南京特高压交流输电线路也局部试用了铝合金芯铝绞线。为进一步推进节能导线在交流特高压线路中的应用，我院受国家电网公司交流建设部委托编制本报告，对在淮南南京上海1000kV特高压交流输电线路中应用节能导线进行技术经济分析，并对特高压典型设计（皖电东送杆塔施工图）与节能导线的配合使用进行校验。1.3 工程环境条件根据本工程可行性研究评审意见，设计气象条件见表1-1。表1-1 气象条件表参 数气温()风速(m/s)覆冰厚度 (mm)设计覆冰-510导线10、地线15验算覆冰-515导线20、地线25基本风速-527/30/320最高气温4000最低气温-2000平均气温1500安装情况-10100雷电过电压1510/150操作过电压1515/18/200带电作业15100年平均雷暴日40日冰的比重0.9g/cm3沿线各段气象、自然环境条件及路径情况组合如下表：表1-2 各段环境条件组合区段基本风速（m/s）覆冰（mm）地形长度（km）串型耐张比例（%）输送功率（MW）淮南-南京27/3010平丘、河网少量低山196.4I182×4000南京-泰州3010157.5I162×3000泰州-苏州3210平地河网227.3I172×60003210127V27苏州-上海321062V282×3000注：表中数据取自本工程可研评审意见，输送功率参考导线选型专题报告。2 节能导线型式选择2.1 新型节能导线介绍在新建输电线路中，我国应用最为广泛的是钢芯铝绞线，多年的运行实践证明，钢芯铝绞线具有稳定的机械、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。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，只要在同等截面水平下，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：一是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。二是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、中强度铝合金绞线以及正在研制中的高导电率中强度铝合金绞线等。三是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。主要产品为高导电率钢芯铝绞线。节能导线应满足以下几个条件，才适合在基建项目尤其是特高压线路中应用：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；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；与通用设计的杆塔和金具尽可能匹配。根据上述条件分析，软铝类节能导线价格过高，或是表面易损伤，对施工和运行要求较高，且力学性能与常规导线差异较大，与通用设计匹配度低，因此在特高压工程中不宜采用。高导电率钢芯铝绞线、铝合金芯铝绞线以及中强度铝合金绞线等三种节能导线，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。目前这三种节能导线均已实现成规模量产，并有在多条110kV750kV高压和超高压线路实际工程应用的业绩。其中铝合金芯铝绞线、中强度铝合金绞线已有上海中天、武汉电缆、杭州电缆、无锡远东、无锡华能、通光强能等企业生产；高导电率钢芯铝绞线已有无锡华能、无锡远东等企业产品通过鉴定。根据向相关厂家和科研单位咨询，目前国内主要厂家节能导线的产能情况如下：中强度铝合金绞线可年产4万吨，按照招标至供货半年时间计算，产能可满足约220km的8×630截面同塔双回特高压需求；铝合金芯铝绞线可年产12万吨，按照招标至供货半年时间计算，产能可满足约660km的8×630截面同塔双回特高压需求；高导电率钢芯铝绞线可年产5万吨，按照招标至供货半年时间计算，产能可满足约250km的8×630截面同塔双回特高压需求。由上述分析可见，三种节能导线的产能均可满足新建特高压线路大规模使用的要求。其中铝合金芯铝绞线由于具备生产能力的厂家多，产能大，因此不仅可以大规模应用，且通过充分竞争可以得到最优价格。2.2 适合特高压线路应用的节能导线2.2.1 高导电率钢芯铝绞线铝的导电率除了与铝的状态（硬态、软态）外，与铝的纯度也相关。根据相关研究，纯铝的极限导电率约为64%IACS，这也是目前大量使用牌号AL99.70%电工铝锭，以普通熔炼、轧制工艺生产的铝线导电率一直维持在61%IACS的主要原因。但99.99%的高纯铝锭满足不了目前架空铝导线的市场需求，另外其价格、成本约是普通铝锭的150%左右，缺乏商业价值。而软铝导线的强度和表面硬度等方面的缺陷，阻碍了其全面推广使用。在常规钢芯铝绞线的基础上，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，在保障铝线强度满足国标规定的LY9硬铝线条件下，铝线导电率可以达到63%IACS。依此开发的高导电率钢芯铝绞线，承力构件采用镀锌钢线，导体采用导电率63IACS（对应电阻率0.027367·mm2/m）的硬铝线型，可降低线路的电阻损耗，节能效益明显，而其结构、机械性能及施工条件与普通钢芯铝绞线完全一致。镀锌钢丝63% IACS硬铝线图2-1 高导电率钢芯铝绞线结构图此种导线的拉丝和绞合技术与普通导线无异，根据目前制造成本及合理利润测算，其价格约高出普通钢芯铝绞线510%。2.2.2 铝合金芯铝绞线铝合金芯铝绞线采用53%IACS的高强度铝镁硅铝合金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的铝线相同。在等总截面应用条件下，基本无导电能力的9%IACS钢芯被铝合金芯替代，铝合金芯铝绞线的直流电阻比钢芯铝绞线小3%。同时铝合金芯铝绞线是铝基体材质，可避免由于磁滞损耗和涡流损耗带来的电能损失，对于输电线路的节能降耗具有积极的意义。同时铝合金芯铝绞线的单一铝基体材质，没有多金属的电化学腐蚀，耐腐蚀与钢芯铝铰线相比有所提高。图2-2 铝合金芯铝绞线结构图由于铝合金芯铝绞线单位长度质量轻，在满足与普通钢芯铝绞线相同载流量和对地高度的前提下，导线张力与垂直荷载可降低710%；另外铝合金芯铝绞线的单位重量价格约高出普通钢芯铝绞线1118%，但该导线单位质量轻，其单位长度价格较普通钢芯铝绞线略高。2.2.3 中强度铝合金绞线我国导线标准GB/T1179-2008圆线同心绞架空导线中的LHA1和LHA2为高强铝合金，导电率分别为52.5%IACS 和53%IACS，与普通钢芯铝绞线的导电率61%IACS硬铝线LY9相比，相同导线截面时直流电阻要增大15%左右。中强度铝合金绞线由于其在制造、设计、施工、运行等方面的诸多优点，已在世界上许多国家的输电线路上应用，特别是日本、美国、法国等一些发达国家，通过采用非热处理工艺生产的铝合金导电率可达58.559%IACS。在国内，中强度铝合金绞线全部采用58.5%IACS中强度铝合金材料，同样具有交流电阻小、耐腐蚀好等优点。图2-3 中强度铝合金绞线结构图中强度铝合金绞线的单位重量价格大致高出普通钢芯铝绞线18-26%；由于其自重轻，单位长度价格较普通导线高出约6-13%。2.2.4 三种节能导线的适用条件根据高压和超高压线路中节能导线应用经验总结，三种节能导线的总体特点和适用范围如下：（1）高导电率钢芯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，如直接采用特高压典型塔时，需注意验算塔头间隙；（3）中强度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，直线塔的数量可减少或呼高降低，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、本体指标低、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、交跨物少时，建议优先选用中强度铝合金绞线，充分利用其防腐防振性能和弧垂特性好的优势；（3）无其它特殊技术要求，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，可优先采用高导电率钢芯铝绞线。2.3 节能导线的参数和标准2.3.1 单丝材质性能和相关标准三种节能导线以及普通钢芯铝绞线加强芯和导体所采用单丝主要性能对比如下表：表2-1 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）（<3.5mm）12901340325295250165200165200抗拉强度（MPa）（>3.5mm）1290315295240160160最小延伸率（250mm）%3.04.03.03.53.5*（2.0）1.52.01.52.0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/ ）0.00360.00360.00380.004030.00416执行的标准GB/T3428-2002GB/T 23308-2009国网企标（报批稿）GB/T17048-009Q/GDW632-2011注：*（）内为非热处理工艺产品延伸率2.3.2 绞线参数和相关标准各类节能导线所遵照的标准，除国标圆线同心绞架空导线(GB/T 1179-2008)外，各厂家也有自己的企业标准，大多与GB/T 1179-83的钢芯铝绞线规格对应等截面。为统一规格参数、便于统一平台比较和招标，国家电网发布和在编一系列节能导线标准，包括：高导电率钢芯铝绞线（Q/GDW 632-2011）、铝合金芯高导铝绞线（国网企标报批稿）和中强度铝合金绞线（国网企标报批稿）。本次报告均采用了上述国网企标的规格参数。为与本工程可研评审意见确定的8×JL/G1A-630/45钢芯铝绞线匹配，选择了3种等截面的节能导线与钢芯铝绞线进行比较，分别为：高导电率钢芯铝绞线JL(GD)/G1A-630/45、铝合金芯铝绞线JL/LHA1-465/210和中强度铝合金绞线JLHA3-675，各种导线的主要技术参数列入表2-2。需要指出的是，考虑到上述国网企标尚未完全发布，并且照顾阅读习惯的考虑，本报告所用导线型号命名与国网企标有一定差异，表2-2给出了对照关系。表2-2 导线型号及技术参数表导线型号JL/G1A-630/45JL(GD)/G1A-630/45JL/LHA1-465/210JLHA3-675国网企标对应型号JL4/G1A-630/45JL1/LHA1-465/210JLHA3-675根×直径(mm)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(铝合金)43.6/63043.41/629.40/673.730/673.73总截面674672.81673.73673.73铝钢截面比14.4 14.5 直径(mm)33.7533.7533.7533.75单位质量(kg/km)2079.22078.41864.21864.3计算拉断力(N)15045015019013702016170020直流电阻（/km）0.04590.04450.04450.0448执行的标准GB/T1179-2008Q/GDW632-2011国网企标（报批稿）国网企标（报批稿）注：根据目前导线制造工艺水平，表中JL/LHA1-465/210的直流电阻值按照JL/LHA2-465/210取。3 导线机电特性3.1 导线弧垂导线的弧垂特性与导线的计算拉断力、铝钢截面比、自重等因素有关。随着高温弧垂的减小，施放档距将增加，理想情况下杆塔数量可减少。各导线40弧垂、施放档距及杆塔数量的计算结果见表3-1。表3-1 各导线40弧垂、施放档距及杆塔数量导线型号JL/G1AJL(GD)/G1AJL/LHA18×JLHA38×JLHA3-630/45-630/45-465/210-675-675（正常）（放松）40弧垂(Ldb=400m)弧垂(m)12.53 12.59 12.74 10.81 12.74 差值 (m)0(基准)0.06 0.21 -1.73 0.21 40弧垂(Ldb=500m)弧垂(m)19.03 19.12 19.42 16.47 19.42 差值 (m)0(基准)0.10 0.39 -2.55 0.39 40弧垂(Ldb=600m)弧垂(m)26.92 27.06 27.54 23.37 27.54 差值 (m)0(基准)0.14 0.62 -3.55 0.62 施放档距档距(m)531.50 531.20 497.12 539.70 497.19 (呼高51m)百分比(%)100(基准)99.94 93.53 101.54 93.54 杆塔数量百分比(%)100(基准)100.06 106.92 98.48 106.90 注：上表最后一列数据为 JLHA3-675放松至与JL/LHA1-465/210相当水平的值，下同。4种导线中， 钢芯铝绞线JL/G1A-630/45与高导电率钢芯铝绞线JL(GD)/G1A-630/45弧垂特性基本相同。铝合金芯铝绞线JL/LHA1-465/210弧垂特性略差，小档距下基本可以忽略，但在大档距条件下，铝合金芯铝绞线相对于普通导线体现出一定的劣势。中强度铝合金绞线JLHA3-675正常使用时弧垂特性最好，大档距条件下优势更明显，理想条件下平均档距500m时可降低直线塔呼高约2.5m。该导线放松使用时弧垂特性与铝合金芯铝绞线基本一致。3.2 导线过载能力计算覆冰过载能力时，弧垂最低点的最大张力不超过额定拉断力的60%，悬挂点的最大张力不超过额定拉断力的66%。其验算的基本气象条件为：气温-5、风速10m/s。各导线过载能力见表3-2。表3-2 导线过载冰厚比较表导线型号8×JL/G1A-630/458×JL(GD)/G1A-630/458×JL/LHA1-465/2108×JLHA3-675（正常）8×JLHA3-675（放松）过载覆冰能力(mm)Ld=300m25.39 25.39 24.02 27.17 30.69 Ld=400m22.98 23.01 21.96 23.71 27.68 Ld=500m21.74 21.77 20.90 22.11 26.07 Ld=600m21.01 21.05 20.29 21.17 25.13 从上表可看出，由于中强度铝合金绞线JLHA3-675导线单位重量轻、强度高，因此覆冰过载能力最强，放松使用时的过载冰厚达到25mm以上，已经能满足15mm中冰区的使用要求。铝合金芯铝绞线JL/LHA1-465/210的覆冰过载能力稍差，钢芯铝绞线JL/G1A-630/45和高导电率钢芯铝绞线JL(GD)/G1A-630/45覆冰过载能力居中，均能满足10mm轻冰区要求，故表中4种导线均能满足本工程覆冰过载的要求，且有一定裕度。3.3 导线耐张串强度选择随着导线钢铝截面比的减少，自重、张力及绝缘子串的受力随之增加。导线耐张串安全系数见表3-3。表3-3 耐张串安全系数表（Ldb=300600m）导线结构挂点张力(kN)安全系数耐张串强度取值(kN)覆冰工况常年荷载断联覆冰工况常年荷载断联8×JL/G1A-630/455697235732565903.29 5.25 2.21 3×5508×JL(GD)/G1A-630/455680435670564253.30 5.26 2.22 3×5508×JL/LHA1-465/21052068 31599517192.75 4.53 1.85 3×4208×JLHA3-675（正常）61442 38401610813.05 4.88 2.05 3×5508×JLHA3-675（放松）5206831599517202.75 4.53 1.85 3×420从表3-3可知，铝合金芯铝绞线8×JL/LHA1-465/210的挂点张力较小，采用3×420kN强度的耐张串即可，其他3种导线正常使用时均需采用3×550kN强度的耐张串。中强度铝合金绞线JLHA3-675放松使用时，亦可采用3×420kN强度的耐张串。3.4 导线对杆塔荷载的影响各种导线结构每相荷载见表3-4。表3-4 各种导线结构每相荷载（kN）导线型号8×JL/G1A-630/458×JL(GD)/G1A-630/458×JL/LHA1-465/2108×JLHA3-675（正常）8×JLHA3-675（放松）纵向荷载最大荷载455.8 454.4 416.5 491.5 416.5 平均温285.9 285.4 256.0 307.2 256.0 水平荷重(32m/s)Lh=42090.9 90.9 90.9 90.9 90.9 Lh=500104.2 104.2 104.2 104.2 104.2 垂直荷重(10mm)Lv=550156.2 156.6 145.8 145.9 145.8 Lv=700182.2 182.6 170.1 170.2 170.1 由于各种导线的直径相同，其水平荷载均相同；钢芯铝绞线JL/G1A-630/45和高导电率钢芯铝绞线JL(GD)/G1A-630/45的垂直荷载基本相同，铝合金芯铝绞线JL/LHA1-465/210和中强度铝合金绞线JLHA3-675的垂直荷载可降低约7%；纵向荷载方面，铝合金芯铝绞线纵向荷载最低，较普通导线降低约9%，中强度铝合金绞线JLHA3-675由于计算拉断力较大，因此正常使用时的纵向荷载最高，导致耐张塔单重增加约2.4%，放松使用后与铝合金芯铝绞线持平。3.5 导线摇摆角当基本风速为32m/s时，各种导线结构的摇摆角见表3-5。表3-5 32m/s风速各种导线摇摆角(Kv=0.85)导线结构8×JL/G1A-630/458×JL(GD)/G1A-630/458×JL/LHA1-465/2108×JLHA3-675（正常）8×JLHA3-675（放松）大风摇摆角(°)59.2859.1762.2962.3462.26操作摇摆角(°)28.0127.9230.7230.830.69雷电摇摆角(°)16.516.4418.2618.3318.24从上表可看出，铝合金芯铝绞线JL/LHA1-465/210和中强度铝合金绞线JLHA3-675的垂直荷载相对较小，导线摇摆角增大约3°，使用时需注意校核定位条件。3.6 导线防振性能输电线路不可避免要发生微风振动，严重的振动会导致导线的疲劳断股或断线，且随着铝（铝合金）部应力的提高而使振动断股发生的可能性随之增大。选择导线平均运行应力时，应按不同的导线材料的应力分配，使铝股或铝合金股的应力不大于它们各自的疲劳极限。各种节能导线各层铝（铝合金）股的单股应力及安全系数见表3-6。表3-6 铝（铝合金）股的单股应力及安全系数导线结构所在层数单股应力（MPa）疲劳极限（MPa）破断应力MPa）占疲劳极限的比例安全系数8×JL/G1A-630/45147.763.71600.763.32 247.8348.28×JL(GD)/G1A-630/45147.663.71600.763.32 247.8348.28×JL/LHA1-465/210149.463.71600.783.21 249.88×JLHA3-675（正常）157.988.22400.674.08258.0358.1458.3558.88×JLHA3-675（放松）147.788.22400.554.96247.8347.9448.0548.4由上表可以看出，钢芯铝绞线和高导电率钢芯铝绞线的外层铝线应力安全系数及单股应力完全相同，铝合金芯铝绞线的耐振性能稍低，而中强度铝合金导线的耐振性能明显优于其它几种导线，放松使用时优势更明显。总体来看，三种节能导线的防振性能均能满足特高压工程要求。3.7 导线蠕变和初伸长补偿导线架设完成后受拉力会释放塑性伸长和蠕变，称为初伸长，并导致档内线长和弧垂增加。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。高导电率钢芯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铝合金绞线的降温度数在规范中未给出，应根据蠕变实验数据确定降温度数。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。根据某厂导线样品的蠕变试验结果（如图3-1、2），JL/LHA1-460/210在25%RTS下10年蠕变量为0.0666%，线膨胀系数0.0000233，设计降温应取30。JLHA3-765在25%RTS下10年蠕变量为0.0562%，线膨胀系数0.0000233，则设计降温应取25。 图3-1 铝合金芯铝绞线蠕变试验结果图3-2 中强度铝合金线蠕变试验结果由上述实验数据可见，由于材质特性的差异，铝合金芯铝绞线蠕变量较大，故架线设计中较普通导线应多降温5以弥补初伸长的释放。建议特高压工程对中标铝合金芯铝绞线再次进行蠕变试验，以确定架线设计采用的降温度数。3.8 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。3.9 中强度铝合金绞线放松张力使用分析中强度铝合金线相对于普通导线自重轻、拉断力大，按照正常张力使用时弧垂小，直线塔能够降低呼高；但由于风偏和张力大，部分直线塔受摇摆角控制需要增大呼高，耐张塔塔重和基础作用力增大，故应根据具体情况考虑是否采用放松张力的架设方式。在人口密集、障碍物较多的区段，受交跨物控制，档距难以放开，只有少量直线塔呼高可以降低，同时耐张段长度短，耐张塔比例高，中强度铝合金绞线的弧垂优势受到限制，故施放档距大的优势无法发挥，且耐张塔塔重和基础工程量均增加。故在此类区段应用中强度铝合金绞线时宜放松张力使用，可放松到与铝合金芯铝绞线相当的水平，同时可以起到进一步改善导线防振性能，降低耐张串强度的作用。在丘陵低山地区，人口密度低，路径顺直，主要由对地或跨树距离决定杆塔排位情况，平均档距较大，耐张塔比例低，则中强度铝合金绞线弧垂优势得到较好发挥，杆塔和基础投资能够有所降低。故在此类区段应用中强度铝合金绞线时宜按正常张力使用（K=2.5/Tcp=25%），以降低杆塔高度、减少树木砍伐。具体到本工程，由表1-2可知，淮南南京泰州长江北岸55km区段的耐张塔比例相差不大，约为17%，若在这一区段采用中强度铝合金绞线，则应按正常张力设计相对于放松架线，本体投资更为节约；在长江北岸55km苏州沪西段耐张塔比例高达27%，若采用中强度铝合金绞线则应按放松张力设计。3.10 小结（1）在力学特性方面，高导电率钢芯铝绞线、铝合金芯铝绞线与普通导线基本相同，中强度铝合金导线与普通导线相比有一定改善。（2）铝合金芯铝绞线采用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，提高了导电能力，其纵向荷载条件略优于普通钢芯铝绞线，耐腐蚀性能较好，但弧垂和蠕变量略大。（3）中强度铝合金绞线拉断力较高，具有很好的弧垂特性、过载覆冰能力和防振性能，放松使用时过载覆冰能力和防振性能进一步提高。该导线按照正常张力使用时，直线塔的呼高可降低，但其转角塔的荷载加大，在转角数较多的线路其经济性降低，故应区分不同情况决定是否放松张力使用。（4）从机械、电气性能来看，三种节能导线均能够适用于本工程。4 交流电阻及能耗计算4.1 节能导线的交流电阻计算研究提高交流架空输电线路的输送容量和降低电阻损耗都与导线交流电阻相关。随着节能导线的推广应用，高导电率钢芯铝绞线、铝合金芯铝绞线和中强度铝合金绞线的交流电阻的差异成为值得关心的问题。目前工程上最常用是日本JCS-0374算法，此外还有Morgan交直流电阻比法，两者计算结果有一定差异。为选择合理的交流电阻算法，本报告采用基于经典麦克斯韦方程组的Bessel函数集肤效应算法、Morgan交直流电阻比法和日本JCS-0374算法进行了集肤效应系数和磁滞涡流损耗系数的对比分析，给出了节能导线比选的推荐算法，为导线交流电阻计算和节能导线的推广应用提供参考。4.1.1 算法比较及敏感因素分析（1）集肤和邻近效应系数以钢芯铝绞线和铝绞线为例，不同工作频率、截面、电流密度、温度直流电阻和分裂间距下的集肤和邻近效应系数详见图4-1。(a)不同工作频率(b) 不同铝线截面(c) 不同钢芯截面(d) 不同电流密度(e) 不同温度直流电阻(f) 不同分裂间距图4-1 集肤邻近效应系数由经典的电磁场理论可知，工作频率越高、铝线截面越大，导线的集肤效应越明显，图4-1（a）、（b）证明了这一结论；从图4-1（c）可以看出，当铝线截面相同，随着钢芯截面增大，集肤效应略有减小；导线电流密度对集肤和邻近效应基本无影响，详见图4-1（d）；随着温度升高直流电阻增大，集肤效应整体成下降的趋势，但降幅不断减缓，详见图4-1（e）；当分裂间距越小时，导线邻近效应越大，见图4-1（f）中采用Morgan算法的计算结果，但Bessel集肤效应算法和JCS-0374算法未考虑邻近效应的影响。同时还可以看出，采用JCS-0374算法计算的集肤效应相对偏大；若不计及邻近效应的影响，Morgan算法与经典电磁场理论的计算结果完全一致，但若需考虑邻近效应的影响则应采用Morgan算法。（2）磁滞和涡流损耗系数对于钢芯复合材质绞线，除了具有集肤效应和邻近效应外，由于外层反向绞向的铝线或铝合金线的磁化力未能完全抵消，在交变电流的作用下，内层的钢芯便会产生磁滞损耗和涡流损耗。以钢芯铝绞线为例，不同工作频率、截面和电流密度下的磁滞和涡流损耗系数详见图4-2。(a)不同工作频率(b) 不同