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耐熱鋁合金導(dǎo)線性能參數(shù) - 無圖版
xuesong --- 2009-07-29 21:22:36
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1 耐熱導(dǎo)線的種類和主要性能參數(shù)
1.1 耐熱導(dǎo)線的分類
早在20世紀(jì)60年代日本便開始研制并采用耐熱導(dǎo)線。它采用鋁鋯合金作為導(dǎo)電部分，提高導(dǎo)線的允許運(yùn)行溫度從而提高輸送容量。因?yàn)殇X鋯合金可以有效地抵抗高溫退火的影響，能夠在高達(dá)230℃的溫度保持它的強(qiáng)度。鋁鋯合金根據(jù)耐熱性能分為普通型鋁合金(TAL)，超耐熱型鋁合金(ZTAL)和特耐熱型鋁合金(XTAL)。采用不同型號(hào)的耐熱鋁合金可以制造出不同耐熱性能的導(dǎo)線。
由于導(dǎo)線運(yùn)行溫度的提高，弧垂也將隨溫度增大。為了適應(yīng)線路架設(shè)中的弧垂要求，殷鋼心耐熱鋁合金絞線(TACIR)被開發(fā)了出來。殷鋼是由鐵和鎳等元素組成的合金。殷鋼膨脹系數(shù)只有普通鋼材的1/3(低于100℃為2.8，高于100℃為3.6，相同條件下普通鋼材則為11.5)。用殷鋼作為導(dǎo)線鋼心如：殷鋼心耐熱鋁合金導(dǎo)線(TACIR)可以在150℃下運(yùn)行，而殷鋼心超耐熱鋁合金導(dǎo)線(ZTACIR)和殷鋼心特耐熱鋁合金導(dǎo)線(XTACIR)可以在210℃和230℃下運(yùn)行，可以在滿足低弧垂的要求下，更好的利用鋁合金的耐高溫性能，從而提高輸送容量。
1.2 耐熱導(dǎo)線的載流性能
若把普通鋼心鋁鉸線(ACSR)的載流量當(dāng)作1，則普通耐熱導(dǎo)線(TAL)的載流量是鋼心鋁鉸線的1.6倍，ZTACIR的載流量是ACSR的2.0倍，XTACIR是ACSR的2.1倍。具體情況見表1。
1.3 輸電度夏工程所選耐熱導(dǎo)線型號(hào)
度夏工程載流量選擇，主要考慮負(fù)荷的發(fā)展及N-1情況下能夠滿足輸送容量的要求。110kV八紫和君南二線選用普通鋼心耐熱鋁合金絞線TACSR240/30；220kV昌清線選用殷鋼心特耐熱鋁合金絞線XTACIR180/50。它們的主要性能參數(shù)以及和改造前線路的參數(shù)見表2。
2 經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)比較
2.1 耐熱導(dǎo)線與國(guó)產(chǎn)導(dǎo)線價(jià)格比較
采用日本的耐熱導(dǎo)線，還要考慮關(guān)稅、增值稅和代理費(fèi)等；另外運(yùn)行和施工過程中為保證質(zhì)量，還應(yīng)進(jìn)口相應(yīng)的金具和工器具�？紤]這些因素后的單位造價(jià)見表3，為了便于比較，國(guó)內(nèi)相應(yīng)的一些價(jià)格也列入表中。
2.2 采用耐熱導(dǎo)線與常規(guī)導(dǎo)線工程造價(jià)比較
我們根據(jù)昌清和君南二兩項(xiàng)工程的實(shí)際造價(jià)與相同電壓等級(jí)、外界環(huán)境相類似的工程進(jìn)行比較，具體情況見表4。
由上表可見，110kV八紫線工程投資效益是比較明顯的，其單位綜合造價(jià)相當(dāng)于草沙線的一半；220kV昌清線的投資與苑房線相當(dāng)，但昌清線中含有一次性進(jìn)口的施工工具的費(fèi)用。
2.3 單位輸送容量的工程造價(jià)比較
耐熱導(dǎo)線是一次性投資較高，它的較高輸送容量是長(zhǎng)期受益的。將不同工程的投資拆算到單位輸送容量上更具有可比性，因不同工程的線路長(zhǎng)度不一樣，所以還須折算到單位長(zhǎng)度上。
由表5可見，若考慮單位容量、單位長(zhǎng)度下的工程投資，采用耐熱導(dǎo)線工程投資要低很多，220kV和110kV線路工程基本相當(dāng)于比較工程投資的73.3%(3.16/4.31×100%)和43.8%(6.17/14.09×100%)，其投資效益能很好地顯現(xiàn)出來。
3 幾個(gè)需要說明和探討的問題
3.1 耐熱導(dǎo)線的型號(hào)選擇
前面已提到更換耐熱導(dǎo)線是提高現(xiàn)有輸電線路傳輸容量的一個(gè)有效措施。選擇耐熱導(dǎo)線型號(hào)時(shí)應(yīng)考慮以下幾個(gè)方面的要求：
3.1.1 根據(jù)負(fù)荷的發(fā)展和N-1的情況下傳輸容量的要求選擇導(dǎo)線型號(hào)
對(duì)于輸電線路的改造選擇耐熱導(dǎo)線的型號(hào)，必須根據(jù)負(fù)荷的發(fā)展和N-1的情況下傳輸容量的要求。利用耐熱導(dǎo)線的高傳輸容量的特性，使線路具有傳輸一定儲(chǔ)備容量的能力，從而滿足負(fù)荷的發(fā)展同時(shí)滿足系統(tǒng)在N-1等非正常運(yùn)行方式下傳輸能力的要求，增加電網(wǎng)的可靠性。
3.1.2 選擇耐熱導(dǎo)線型號(hào)必須結(jié)合導(dǎo)線截面的選擇
不同耐熱性能的導(dǎo)線具有不同的載流能力，因此選擇導(dǎo)線型號(hào)時(shí)應(yīng)同時(shí)考慮其截面大小。導(dǎo)線耐熱性能和截面積直接影響線路的造價(jià)，同時(shí)也影響線損的比例。截面相同的不同耐熱等級(jí)的導(dǎo)線，線損隨允許運(yùn)行溫度的增高而增大。
3.1.3 選擇的耐熱導(dǎo)線必須滿足弧垂變化的要求
不同的耐熱導(dǎo)線，具有各自的弧垂特性。在利用原有線路的鐵塔時(shí)必須考慮耐熱導(dǎo)線的弧垂隨溫度的升高而增加的情況，滿足導(dǎo)線對(duì)地距離及交叉跨越的要求。
3.2 中日兩國(guó)安裝防震錘的差異
在日本，耐熱導(dǎo)線采用的防震方式與我們國(guó)內(nèi)相同，即采用防震錘。然而安裝方式和數(shù)量與我國(guó)的設(shè)計(jì)要求有差異。例如按要求需裝一個(gè)防震錘時(shí)，我國(guó)的安裝方式是在檔距兩端各裝一個(gè)，而日本的做法是只在相對(duì)較高的一側(cè)裝一個(gè)防震錘；當(dāng)需安裝2個(gè)時(shí)，我國(guó)是在檔距兩端各裝2個(gè)，而日本則是每一端裝一個(gè)，共裝兩個(gè)，依此類推。在我們的三個(gè)耐熱導(dǎo)線項(xiàng)目中，對(duì)于這種差異，我們選擇了按照日本的要求安裝。
3.3 導(dǎo)線弧垂要求的確定
我國(guó)的輸電線路弧垂是按40℃設(shè)計(jì)的，重要跨越按70℃弧垂進(jìn)行校核；導(dǎo)線的允許最高運(yùn)行溫度為70℃；而日本的ACSR允許最高運(yùn)行溫度為90℃。對(duì)于耐熱導(dǎo)線則考慮線路短時(shí)間過負(fù)荷及其對(duì)使用壽命的影響，將運(yùn)行溫度分為連續(xù)、短時(shí)和瞬時(shí)三個(gè)運(yùn)行溫度。日方三個(gè)溫度的弧垂值與我國(guó)兩個(gè)溫度(40℃、70℃)弧垂的對(duì)應(yīng)，直接關(guān)系到改造線路工程耐熱導(dǎo)線的選型，關(guān)系到工程的投資和運(yùn)行時(shí)線損的大小。我國(guó)的輸電線路設(shè)計(jì)規(guī)程《110～500kV架空送電線路設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》DL/T 5092-1999中，沒有耐熱導(dǎo)線的相關(guān)規(guī)定，筆者認(rèn)為耐熱導(dǎo)線選型時(shí)應(yīng)主要考慮日本連續(xù)運(yùn)行溫度和我國(guó)40℃時(shí)的弧垂對(duì)應(yīng)，其它溫度下的弧垂值可作為參考。
3.4 雙回線路輸送容量懸殊較大
昌清一、二回更換耐熱導(dǎo)線工程采用分路倒停的施工方式。2004年5月6日昌清一回?fù)Q線后試運(yùn)行4天。在試運(yùn)行期間，換線后的昌清一回和未換線的昌清二回的傳輸容量存在懸殊差異，較大的記錄是昌清一回輸送容量為290MW，昌清二回僅90MW，相當(dāng)于增加了串補(bǔ)的功能。雖然耐熱導(dǎo)線與常規(guī)線路的阻抗值不同，但對(duì)于輸送容量出現(xiàn)如此懸殊的差別還是我們所未預(yù)料的。
3.5 線損的問題
導(dǎo)線的線損取決于導(dǎo)線傳輸?shù)碾娏骱蛯?dǎo)線的電阻。導(dǎo)線的電阻取決于導(dǎo)線的電阻率、導(dǎo)線截面積和導(dǎo)線運(yùn)行溫度。對(duì)于耐熱導(dǎo)線，其單位截面積傳輸?shù)碾娏鞔�，�?dǎo)線運(yùn)行溫度高，其線損也較同樣截面的普通導(dǎo)線大。如果為了滿足弧垂的特殊需要，選擇了較小截面的高耐熱性能、低導(dǎo)電率的導(dǎo)線，則線損更大。所以在選擇更換耐熱導(dǎo)線時(shí)，必須對(duì)兩者進(jìn)行綜合效益的比較，即耐熱導(dǎo)線低建設(shè)投資，高運(yùn)行投入與常規(guī)導(dǎo)線的高建設(shè)投資，低運(yùn)行費(fèi)用進(jìn)行綜合比較。關(guān)于耐熱導(dǎo)線線損的問題已經(jīng)引起了運(yùn)行、設(shè)計(jì)和科研單位的重視，準(zhǔn)備列專項(xiàng)課題進(jìn)行研究。
2004年的輸電度夏工程我們總共采用了74km耐熱導(dǎo)線(單回長(zhǎng)，其中殷鋼心特耐熱鋁合金絞線51km)，目前電網(wǎng)建設(shè)部組織的安老一、二線路改造決定使用長(zhǎng)度約32km的殷鋼心特耐熱鋁合金絞線，工程已進(jìn)入訂貨階段。在我們與日本技術(shù)人員交流中得知，殷鋼心特耐熱鋁合金絞線80年代掛網(wǎng)運(yùn)行，目前在日本國(guó)內(nèi)運(yùn)行總長(zhǎng)只有1000多km，我國(guó)應(yīng)用耐熱導(dǎo)線較早的臺(tái)灣省2004年才建設(shè)第一條殷鋼心耐熱鋁合金絞線路。因此加強(qiáng)對(duì)耐熱導(dǎo)線線路的試驗(yàn)、研究與經(jīng)驗(yàn)積累已成為各級(jí)工程技術(shù)人員面前的較大課題，是關(guān)系到耐熱導(dǎo)線能否在我國(guó)廣泛推廣應(yīng)用的重要工作。
1.1 耐熱導(dǎo)線的分類
早在20世紀(jì)60年代日本便開始研制并采用耐熱導(dǎo)線。它采用鋁鋯合金作為導(dǎo)電部分，提高導(dǎo)線的允許運(yùn)行溫度從而提高輸送容量。因?yàn)殇X鋯合金可以有效地抵抗高溫退火的影響，能夠在高達(dá)230℃的溫度保持它的強(qiáng)度。鋁鋯合金根據(jù)耐熱性能分為普通型鋁合金(TAL)，超耐熱型鋁合金(ZTAL)和特耐熱型鋁合金(XTAL)。采用不同型號(hào)的耐熱鋁合金可以制造出不同耐熱性能的導(dǎo)線。
由于導(dǎo)線運(yùn)行溫度的提高，弧垂也將隨溫度增大。為了適應(yīng)線路架設(shè)中的弧垂要求，殷鋼心耐熱鋁合金絞線(TACIR)被開發(fā)了出來。殷鋼是由鐵和鎳等元素組成的合金。殷鋼膨脹系數(shù)只有普通鋼材的1/3(低于100℃為2.8，高于100℃為3.6，相同條件下普通鋼材則為11.5)。用殷鋼作為導(dǎo)線鋼心如：殷鋼心耐熱鋁合金導(dǎo)線(TACIR)可以在150℃下運(yùn)行，而殷鋼心超耐熱鋁合金導(dǎo)線(ZTACIR)和殷鋼心特耐熱鋁合金導(dǎo)線(XTACIR)可以在210℃和230℃下運(yùn)行，可以在滿足低弧垂的要求下，更好的利用鋁合金的耐高溫性能，從而提高輸送容量。
1.2 耐熱導(dǎo)線的載流性能
若把普通鋼心鋁鉸線(ACSR)的載流量當(dāng)作1，則普通耐熱導(dǎo)線(TAL)的載流量是鋼心鋁鉸線的1.6倍，ZTACIR的載流量是ACSR的2.0倍，XTACIR是ACSR的2.1倍。具體情況見表1。
1.3 輸電度夏工程所選耐熱導(dǎo)線型號(hào)
度夏工程載流量選擇，主要考慮負(fù)荷的發(fā)展及N-1情況下能夠滿足輸送容量的要求。110kV八紫和君南二線選用普通鋼心耐熱鋁合金絞線TACSR240/30；220kV昌清線選用殷鋼心特耐熱鋁合金絞線XTACIR180/50。它們的主要性能參數(shù)以及和改造前線路的參數(shù)見表2。
2 經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)比較
2.1 耐熱導(dǎo)線與國(guó)產(chǎn)導(dǎo)線價(jià)格比較
采用日本的耐熱導(dǎo)線，還要考慮關(guān)稅、增值稅和代理費(fèi)等；另外運(yùn)行和施工過程中為保證質(zhì)量，還應(yīng)進(jìn)口相應(yīng)的金具和工器具�？紤]這些因素后的單位造價(jià)見表3，為了便于比較，國(guó)內(nèi)相應(yīng)的一些價(jià)格也列入表中。
2.2 采用耐熱導(dǎo)線與常規(guī)導(dǎo)線工程造價(jià)比較
我們根據(jù)昌清和君南二兩項(xiàng)工程的實(shí)際造價(jià)與相同電壓等級(jí)、外界環(huán)境相類似的工程進(jìn)行比較，具體情況見表4。
由上表可見，110kV八紫線工程投資效益是比較明顯的，其單位綜合造價(jià)相當(dāng)于草沙線的一半；220kV昌清線的投資與苑房線相當(dāng)，但昌清線中含有一次性進(jìn)口的施工工具的費(fèi)用。
2.3 單位輸送容量的工程造價(jià)比較
耐熱導(dǎo)線是一次性投資較高，它的較高輸送容量是長(zhǎng)期受益的。將不同工程的投資拆算到單位輸送容量上更具有可比性，因不同工程的線路長(zhǎng)度不一樣，所以還須折算到單位長(zhǎng)度上。
由表5可見，若考慮單位容量、單位長(zhǎng)度下的工程投資，采用耐熱導(dǎo)線工程投資要低很多，220kV和110kV線路工程基本相當(dāng)于比較工程投資的73.3%(3.16/4.31×100%)和43.8%(6.17/14.09×100%)，其投資效益能很好地顯現(xiàn)出來。
3 幾個(gè)需要說明和探討的問題
3.1 耐熱導(dǎo)線的型號(hào)選擇
前面已提到更換耐熱導(dǎo)線是提高現(xiàn)有輸電線路傳輸容量的一個(gè)有效措施。選擇耐熱導(dǎo)線型號(hào)時(shí)應(yīng)考慮以下幾個(gè)方面的要求：
3.1.1 根據(jù)負(fù)荷的發(fā)展和N-1的情況下傳輸容量的要求選擇導(dǎo)線型號(hào)
對(duì)于輸電線路的改造選擇耐熱導(dǎo)線的型號(hào)，必須根據(jù)負(fù)荷的發(fā)展和N-1的情況下傳輸容量的要求。利用耐熱導(dǎo)線的高傳輸容量的特性，使線路具有傳輸一定儲(chǔ)備容量的能力，從而滿足負(fù)荷的發(fā)展同時(shí)滿足系統(tǒng)在N-1等非正常運(yùn)行方式下傳輸能力的要求，增加電網(wǎng)的可靠性。
3.1.2 選擇耐熱導(dǎo)線型號(hào)必須結(jié)合導(dǎo)線截面的選擇
不同耐熱性能的導(dǎo)線具有不同的載流能力，因此選擇導(dǎo)線型號(hào)時(shí)應(yīng)同時(shí)考慮其截面大小。導(dǎo)線耐熱性能和截面積直接影響線路的造價(jià)，同時(shí)也影響線損的比例。截面相同的不同耐熱等級(jí)的導(dǎo)線，線損隨允許運(yùn)行溫度的增高而增大。
3.1.3 選擇的耐熱導(dǎo)線必須滿足弧垂變化的要求
不同的耐熱導(dǎo)線，具有各自的弧垂特性。在利用原有線路的鐵塔時(shí)必須考慮耐熱導(dǎo)線的弧垂隨溫度的升高而增加的情況，滿足導(dǎo)線對(duì)地距離及交叉跨越的要求。
3.2 中日兩國(guó)安裝防震錘的差異
在日本，耐熱導(dǎo)線采用的防震方式與我們國(guó)內(nèi)相同，即采用防震錘。然而安裝方式和數(shù)量與我國(guó)的設(shè)計(jì)要求有差異。例如按要求需裝一個(gè)防震錘時(shí)，我國(guó)的安裝方式是在檔距兩端各裝一個(gè)，而日本的做法是只在相對(duì)較高的一側(cè)裝一個(gè)防震錘；當(dāng)需安裝2個(gè)時(shí)，我國(guó)是在檔距兩端各裝2個(gè)，而日本則是每一端裝一個(gè)，共裝兩個(gè)，依此類推。在我們的三個(gè)耐熱導(dǎo)線項(xiàng)目中，對(duì)于這種差異，我們選擇了按照日本的要求安裝。
3.3 導(dǎo)線弧垂要求的確定
我國(guó)的輸電線路弧垂是按40℃設(shè)計(jì)的，重要跨越按70℃弧垂進(jìn)行校核；導(dǎo)線的允許最高運(yùn)行溫度為70℃；而日本的ACSR允許最高運(yùn)行溫度為90℃。對(duì)于耐熱導(dǎo)線則考慮線路短時(shí)間過負(fù)荷及其對(duì)使用壽命的影響，將運(yùn)行溫度分為連續(xù)、短時(shí)和瞬時(shí)三個(gè)運(yùn)行溫度。日方三個(gè)溫度的弧垂值與我國(guó)兩個(gè)溫度(40℃、70℃)弧垂的對(duì)應(yīng)，直接關(guān)系到改造線路工程耐熱導(dǎo)線的選型，關(guān)系到工程的投資和運(yùn)行時(shí)線損的大小。我國(guó)的輸電線路設(shè)計(jì)規(guī)程《110～500kV架空送電線路設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》DL/T 5092-1999中，沒有耐熱導(dǎo)線的相關(guān)規(guī)定，筆者認(rèn)為耐熱導(dǎo)線選型時(shí)應(yīng)主要考慮日本連續(xù)運(yùn)行溫度和我國(guó)40℃時(shí)的弧垂對(duì)應(yīng)，其它溫度下的弧垂值可作為參考。
3.4 雙回線路輸送容量懸殊較大
昌清一、二回更換耐熱導(dǎo)線工程采用分路倒停的施工方式。2004年5月6日昌清一回?fù)Q線后試運(yùn)行4天。在試運(yùn)行期間，換線后的昌清一回和未換線的昌清二回的傳輸容量存在懸殊差異，較大的記錄是昌清一回輸送容量為290MW，昌清二回僅90MW，相當(dāng)于增加了串補(bǔ)的功能。雖然耐熱導(dǎo)線與常規(guī)線路的阻抗值不同，但對(duì)于輸送容量出現(xiàn)如此懸殊的差別還是我們所未預(yù)料的。
3.5 線損的問題
導(dǎo)線的線損取決于導(dǎo)線傳輸?shù)碾娏骱蛯?dǎo)線的電阻。導(dǎo)線的電阻取決于導(dǎo)線的電阻率、導(dǎo)線截面積和導(dǎo)線運(yùn)行溫度。對(duì)于耐熱導(dǎo)線，其單位截面積傳輸?shù)碾娏鞔�，�?dǎo)線運(yùn)行溫度高，其線損也較同樣截面的普通導(dǎo)線大。如果為了滿足弧垂的特殊需要，選擇了較小截面的高耐熱性能、低導(dǎo)電率的導(dǎo)線，則線損更大。所以在選擇更換耐熱導(dǎo)線時(shí)，必須對(duì)兩者進(jìn)行綜合效益的比較，即耐熱導(dǎo)線低建設(shè)投資，高運(yùn)行投入與常規(guī)導(dǎo)線的高建設(shè)投資，低運(yùn)行費(fèi)用進(jìn)行綜合比較。關(guān)于耐熱導(dǎo)線線損的問題已經(jīng)引起了運(yùn)行、設(shè)計(jì)和科研單位的重視，準(zhǔn)備列專項(xiàng)課題進(jìn)行研究。
2004年的輸電度夏工程我們總共采用了74km耐熱導(dǎo)線(單回長(zhǎng)，其中殷鋼心特耐熱鋁合金絞線51km)，目前電網(wǎng)建設(shè)部組織的安老一、二線路改造決定使用長(zhǎng)度約32km的殷鋼心特耐熱鋁合金絞線，工程已進(jìn)入訂貨階段。在我們與日本技術(shù)人員交流中得知，殷鋼心特耐熱鋁合金絞線80年代掛網(wǎng)運(yùn)行，目前在日本國(guó)內(nèi)運(yùn)行總長(zhǎng)只有1000多km，我國(guó)應(yīng)用耐熱導(dǎo)線較早的臺(tái)灣省2004年才建設(shè)第一條殷鋼心耐熱鋁合金絞線路。因此加強(qiáng)對(duì)耐熱導(dǎo)線線路的試驗(yàn)、研究與經(jīng)驗(yàn)積累已成為各級(jí)工程技術(shù)人員面前的較大課題，是關(guān)系到耐熱導(dǎo)線能否在我國(guó)廣泛推廣應(yīng)用的重要工作。
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［xuesong 在 2009-7-29 21:27:14 編輯過］
xjz7722 --- 2009-09-22 15:42:27
2
講得很具體全面，謝謝，學(xué)習(xí)了
wanggx --- 2009-09-24 14:27:38
3
謝謝樓主, 辛苦了,很好的資料
zhupeixian --- 2010-02-03 16:01:12
4
講的很全面，謝謝分享，學(xué)習(xí)了
xunmeng --- 2010-02-14 08:59:40
5
謝謝樓主, 辛苦了,很好的資料
xjf0763 --- 2010-03-31 16:43:52
6
多謝樓主用心整理
zyp716 --- 2011-11-29 14:25:55
7
Cable888 --- 2011-11-29 20:38:17
8
謝謝樓主, 
很好的資料
zhh --- 2012-03-31 21:45:50
9
抄襲的
xiuq555 --- 2014-10-27 09:02:44
10
謝謝分享！
wv1985tao --- 2015-01-14 10:12:30
11
不錯(cuò)，很詳細(xì)
yx --- 2015-01-19 11:49:35
12
多謝擼主