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架空電力線路用增容導線

文檔作者：黃崇棋馮錦泉2 李文浩覃雪芳丁關(guān)森付旭平2 黃國飛鄧永鴻2 文檔來源： 1.上海電纜研究所 2.江門市新會三新電工器材有限公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2025年07月13日
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2005年第2期
No .2 2005
電 線 電 纜
Electric Wire&amp;amp; Cable
2005年4月
Apr.,2005
架空電力線路用增容導線
黃崇棋‘，
馮錦泉2，
李文浩‘
覃雪芳“
丁關(guān)森，
付旭平2
黃國飛‘
鄧永鴻2
(1.上海電纜研究所，上海200093; 2.江門市新會三新電工器材有限公司，廣東江門529145)
摘要:闡述了具有代表性的由耐熱銘合金線、或退火鋁線、或成型鋁線的導體與碳鋼、或“Invar'鋼、或碳纖維-
聚合物復合加強材料組合的大容童導線的結(jié)構(gòu)與材料，介紹了經(jīng)改進后的型號為NRLH( 60% I ACS)G J4 00/35
“鋼芯耐熱鋁合金導線”的試驗結(jié)果。為了推廣應用和開發(fā)新穎的大容童導線，建議對大容量導線的選擇應進
行多方案考慮;調(diào)研總結(jié)經(jīng)使用后的耐熱鋁合金導線線路設計和運行的經(jīng)驗;組織不同學科和行業(yè)的有關(guān)單
位進行深入的研討。
關(guān)鍵詞:大容童;導線;架空;線路
中圖分類號二TM244.2 文獻標識碼:A 文章編號:1672-6901(2005)02-0009-05
with Improved Capacity for Overhead Power Lines
(Shanghai
HUANG Chong-qi，et al.
Cable Research Institute，Shanghai 200093，China)
Abstract二This paper describes the
Electrical
matarialand construction of typical large capacity
Al aloy wires or arm
strength member. It
steel reinforced. In o
ealed AI wires i Al wire as
of improved
conductor and carbon steel
conductors consisting of heat resistant
or Invar or carbon fiber-polymer as
35 heat resistant Al aloy conductors
capacity conductors be made considering a number of candidates,
operation of heat resistant Al aloy conductors and that further
tha te xpeirencesb es ummedu pc oncenringd esigna nd
study be made by people from diferent industries and
Key words: large capacity; conductor; overhead instalation; line
1 前宮
大 容 量 導線是在電力需求不斷增長、新線路輸
電容量不斷增大、老線路增容改造的推動下發(fā)展起
來的?，F(xiàn)在我國和世界經(jīng)濟發(fā)達國家的電力工業(yè)都
對大容量導線給予非常的關(guān)注。因此，與大容量導
線有關(guān)的國際電工委員會(IEC )標準，如型線同心絞
架空導線[I](I EC-62219)已經(jīng)公布，耐熱鋁合金線和
鋼芯軟(退火)鋁絞線(ACSS)已由IEC/TC 7作為項
目建議提出。大容量導線主要用于新建大容量架空
輸電線路、變電站內(nèi)部的大電流母線、老線路增容改
造和特殊需要的大跨越工程等場合。導線要傳輸大
的容量，從導線而言有三種思路:(1)采用耐熱鋁合
金，提高導線的運行溫度;(2)采用退火的軟鋁線，
提高導線的運行溫度;(3)改變導線的結(jié)構(gòu)，采用由
收稿日期
作者簡介)，男，江蘇常熟人，中國工程
成型鋁線，在等直徑下，提高填充系數(shù)，增加導線的
載流面積。大容量導線的制造，關(guān)鍵在于材料的選
擇(導體和加強材料)，通過不同材料的組合，各展材
料之長，從而制造出具有不同特性的導線，故一般大
容量導線均屬組合導線(Composite Conductor)。大容
量導線的開發(fā)和應用，我國與日本、歐洲、北美等先
進工業(yè)國相比有相當大的差距[2)。上世紀80年代，
上海電纜研究所曾開發(fā)過58%和60 % IACS的耐熱
鋁合金線，但品種及其使用均少，所以線路的設計和
運行經(jīng)驗也少;也曾開發(fā)過鋼芯軟(退火)鋁絞線和
型線同心絞架空導線，但僅作為技術(shù)儲備。大容量
導線的開發(fā)的確需采用新材料和新技術(shù)，以及在生
產(chǎn)中需要增添一點新裝備，但也不全是，有的只屬老
樹開新花而已。在應用中不僅有高溫和超高溫架空
線路的設計，亦有配套金具、連接和施工等問題〔310
在2020年以前，我國的電力事業(yè)將是一個超常發(fā)展
的時期，大容量輸電需要大容量導線，在這種大好形
勢下，電力、電纜、冶金和化工行業(yè)的有關(guān)部門應互
相交流和研討是很有意義的。
作者地址:
2004-08-03
黃崇棋(1934-
院院士.
上海市軍工路1001)號〔200093].
萬方數(shù)據(jù)
2005年第2期
No .2 2005
電 線 電 纜
Electric Wire&amp;amp; Cable
2005年4月
Apr.,2005
2 大容量組合導線的導體和加強材料
2.1 導體
導 體 可 由圓形或梯形的耐熱鋁合金線、電工硬
鋁線和軟鋁線經(jīng)絞合后制成。
(1) 耐 熱 鋁合金線(見表 1) 耐熱鋁合金線根
據(jù)耐熱等級和強度分為超耐熱、特別耐熱、耐熱和高
強度耐熱鋁合金等四種，按導電率分有58%,60%,
55 % IACS等幾個檔次。在幾十年的發(fā)展中盡管牌
號甚多，但都屬鋁一錯系合金。隨著鋁中含錯量的增
加，耐熱性也增加，但導電率下降，因此要添加其它
輔助元素和采取熱處理等措施。目前導電用耐熱鋁
合金有下列兩個類型:① 固溶型耐熱鋁合金。早期
的耐熱合金(如58和60 TAL)，由于耐熱等級較低，
而且為了滿足導電率的要求，一般含錯量不大于
0.1%，因此這種線的價格與電工純鋁線相比，僅少
許的增加;② 固溶析出型耐熱鋁合金。超耐熱鋁合
金就屬這種類型。首先使錯在鋁中強制過飽和固
溶，然后進行冷加工和長時間的熱處理，如果通過連
鑄連軋得不到應有的組織，甚至要進行二次熱處理，
這樣制造廠不僅要增添必要的大型熱處理裝備，且
生產(chǎn)效率下降，成為制約生產(chǎn)的瓶頸，故這種線的價
格必然會有大幅度的增加。
高強 度 耐 熱鋁合金線的強度與5005或KAL中
強度鋁合金相當，約為250 MPa。但其導電率(55%
IACS )較低，適用于大跨越或大高差等線路。
(2) 退 火 軟鋁線(見表 1) 它的特點是導電率
高(63 % IACS以上)、柔軟(伸長率約20%，遠比鋼高
得多)、彈性模量低、應力應變曲線沒有明顯的屈服
極限轉(zhuǎn)變點、強度低(約84 MPa)，但制造方便，價格
比耐熱鋁合金線低得多。
2.2 加強材料
加強 材 料 可分兩類，即金屬(鋼)加強材料、碳纖維
或碳纖維與聚合物復合的非金屬加強材料(見表1)0
表1 大容f導線用的導體、加強材料及它們的組合導線
導線線種代號
導 電率
不 小于
/(% IACS)
抗拉強度②
不 小于
/M p a
允許溫度/℃③ 耐熱性
加強材料線種
大容量組合導線
連續(xù) 短時 名稱(舉例) 代號(舉例)
強度殘存率，
不 小于1%
試驗條件
超耐熱
鋁合金0
57 巧8.8~175.0 200 230
1. 熱鍍 鋅 鋼線
(鍍 純 鋅 或鋅
一5 % 鋁 一 稀
土 的 G alf an
合 金 )
2. 熱 鍍 Galfan
合 金 高 強度
殷 鋼
( IN VA R -Fe -
36 % a N i )線或
鋁 包 殷 鋼 線
3. 碳纖 維加 強
線
4. 碳纖 維 和 聚
合 物 復 合 的
加 強 線
5. 鋁包鋼線
6. 熱鍍鋁鋼線
7. B ezinal.鍍鋅
鋼線 [ 121
1.鋼芯耐熱鋁合金絞
線
58或60TACSR
58UTAL 58 158.8~175.0 叩270'C x 1 h
2.鋼芯超耐熱鋁合金
紋 線
58或60UTACSR
ZTACSH XTACSR
XTAL 58 巧8.8~175.0 230 290 叩280'C x 1 h
印158.8~175.0 210 240
3.鋁包鋼芯耐熱鋁合
金 絞線
58或6 ITACSR
TACSR/ACSI川
印UTAL 印158.8~175.0 叩270'C x l h
ZTAL[61 印158.8一175.0 210 240 90 280`0 x 1 h
4.鋼芯高強度耐熱鋁
合 金絞線
KTA,SR
印158.8~175.0 280 90 28090 x 1 h
特別耐熱
鋁合金①
5f.' 巧8.8-175.0 230 310
5.鋁包鋼芯高強度耐
熱 鋁合金紋線
KTACSR/AC
耐 熱
鋁合金①
58TAL 58 158.8一175.0 150 180 90 230'C xIh
60TAL 60 巧8.8一175.0 150 180 卯23090 x I h
6.殷鋼芯低弧垂超耐
熱 鋁合金絞線
XT或2TACIR
高強度耐
熱鋁合金
KTAL 55 225.0一252.0 150 1so 90 23090 x I h
50 274.4
相當于15090
下加熱36年
180 o 18090 x 400 h
59 235.2 150 180 87 400℃ x 4 h
7.碳纖維芯超耐熱鋁
合 金絞線
ZTACFR
8.碳纖維和聚合物復合
芯耐 熱鋁合金絞線
ACFR
TACFR
9.鋼芯軟(退火)鋁絞
線
電工鋁圓 ACSS
線或電工
鋁 型線
硬線61 巧8.8~175.0 90 120
軟線63
約84.0(伸長
率約20%)
2以】10.型線同心絞架空導
線
TV
AXF/SXY
250) AXF/AYF
① 本產(chǎn)品的技術(shù)參數(shù)摘自于《日本電氣共同研究》第43卷第3號第7頁。
② 抗拉強度值系指導線直徑為2.3一4.8 mm時的測量值。
③ 連續(xù)允許溫度系指連續(xù)運行溫度下導線允許最高溫度;短時允許溫度系指由于事故等原因，要求在30 min內(nèi)短時的條件下，導線允許(短時)的最高溫度。
據(jù) JEC3406(日本電工委員會標準)JCS1405和1404(日本電線電纜制造廠協(xié)會)標準，短時允許溫度是指持續(xù)時間為400h ，而且強度殘存率不小于90%時的
允許 溫度值。
④ 根據(jù)Alcan公司ACSS導線信息報道，與鍍鋁鋼線或鋁包鋼線組合后，導線連續(xù)允許溫度可達2509C o
10
萬方數(shù)據(jù)
2005年第2期
No .2 2005
電線電纜
Electric Wire&amp;amp; Cable
2005年4月
Apr.,2005
(1 )鋼 加 強材料 在大容量組合導線中使用的
鋼線，由于增強要求的不同，可采用普通強、高強和
特強鋼線;由于耐蝕要求的不同，鋼絲的鍍層可采用
熱鍍純鋅、鋅一5%鋁一稀土(即Galfan)耐蝕合金、熱鍍
鋁(或鋁包鋼);如既要增強，又要兼顧組合導線的導
電率和耐熱性，可用鋁包鋼線;為減小導線的弧垂，
以降低鋼線的熱膨脹系數(shù)的特殊需要，可用殷鋼
(Invar)線。
(2) 非 金 屬加強材料 這種材料與組合導線中
的鋼絞線相比[5]具有重量輕、強度高、熱膨脹系數(shù)小
(1.O x 10-6/9C)、耐熱(允許的連續(xù)溫度為150 9C ,短
時溫度為180 9C)等特點，重量和熱膨脹系數(shù)分別僅
為鋼絞線的1/5的1/12，而兩者的拉斷力幾乎相等，
因此開發(fā)和應用于大容量低弧垂組合導線的前景看
好。
3 大容量組合導線
如上 所 述 ，經(jīng)不同導體材料和加強材料的絞合
可制造出符合不同特性要求的組合導線，現(xiàn)將具有
代表性的大容量組合導線(見表1)舉例如下。
3.1 耐熱鋁合金一碳鋼加強的大容f組合導線
由于 耐 熱 鋁合金線種較多，與碳鋼加強材料組
合，可組合出許多不同特性的組合導線，此類導線與
鋼芯鋁絞線相比，其容量約可增加到1.5一2.0
倍[71。
3.2 耐熱鋁合金·非金屬加強的大容量組合導線
這類 組 合 導線[5.71可設計得與鋼芯耐熱鋁合金
絞線具有相同的綜合拉斷力，但導線的重量大大減
輕，并在150℃的連續(xù)允許溫度下運行，弧垂明顯改
小，且不需更多地關(guān)注線路的熱膨脹。另外，不需改
變通常輸電線路的鐵塔和支持物。這種導線已于
2002年10月在日本“Tohoku”公司管轄區(qū)的輸電線
路上投人試運行。
3.3 超耐熱鋁合金一殷鋼加強的低弧垂大容t組合
導 線
這類 組 合 導線[4.8-lo ] 現(xiàn)以超耐熱鋁合金一高強度
熱鍍Galfan合金殷鋼線加強的大容量導線
(ZTACIR)為例，它可在連續(xù)210 cC ,短時240℃下工
作，從而使輸電容量為鋼芯鋁絞線的2倍;由于殷鋼
的熱膨脹系數(shù)小，在20℃一100℃為小于2.8 x
10-6/cC , 100℃一240℃為小于3.6x 1 0-6/9C，所以鐵
塔間導線的弧垂可減小;由于Galfan合金鍍層的耐
蝕性好，所以組合導線具有良好的耐蝕性。
3.4 鋼芯軟(退火)鋁線大容f組合導線(ACSS和
AC SS /TW ) [”]
這 種 導 線的制造基本上與鋼芯鋁絞線相同，只
增加了退火工序，因此價格只是稍有提高而已，它具
有下列特點:
(1) 可 提 高線路輸電容量。由于電工軟(退火)
鋁股線具有第2.1節(jié)(2)所述的特性，當導線在高溫
下運行時，根據(jù)軟鋁線和鋼線的應力應變曲線可以
看出，導線上所受的力將絕大部分轉(zhuǎn)向鋼芯，實際上
軟鋁線已和導線的強度損失無關(guān)，所以導線可在
200℃和250 OC(軟鋁線和鍍鋁鋼線或鋁包鋼線組合)
下運行，從而線路容量可增加到1.5一2.0倍。
(2) 可 提 高阻尼能力、允許的每日應力，和減少
蠕變。由于導線中軟鋁線所受的應力很低，且蠕變
伸長減少，故阻尼能力提高，可提高每日應力和少考
慮或不考慮消振措施。由于軟鋁線伸長率很高，導
線的蠕變主要取決于鋼芯，而鋼芯的蠕變是非常低
的。
AC SS 導 線亦可用梯形等型線制造，這種緊密的
導線，因載流面積增加而使載流量增加約20%.
這 種 導線 在重冰區(qū)使用，由于其拉斷力(相對于
標準的鋼芯鋁絞線而言)降低了，所以在導線的強度
上可能不應有太多的苛求。此外，由于軟鋁股線柔
軟，因此在緊線和控制弧垂以前可能需要預應力。
3.5 型線同心絞架空導線(TW和AERO-ZI'01)
這 種 導 線具有下列特點:
(1) 由 梯 形或 Z形鋁股線與加強材料同心絞
合，與自阻尼導線相類似，這種結(jié)構(gòu)在長期試驗和應
用中已得到證實是可靠的。
(2) 可 增 加載流量，與標準的鋼芯鋁絞線相比，
在等直徑下，可增加載流面積20%，由此，電阻可減
小17%，如果以等面積相比，直徑可減小10%0
(3) 有 較 低的徑向溫度梯度，這是由于梯形股
線間接觸面的增加，傳熱改善所致，從而具有較低的
運行溫度;有較低的AC-DC電阻比，這是由于梯形
股線尺寸大，導線一般只需2層股線，從而排除了鋼
芯的磁效應而使電阻降低。也因股線尺寸大，加工
中冷加工率低，所以導電率較高;可改善電流的分布
和耐蝕性，因為股線間接觸面的增加，改善了圓周上
和層間的電流分布，使電流更趨向于按直線流動，從
而減小了不平衡的磁化力。梯型股線絞合密集性
好，減少了有鹽分的潮氣和污染氣體向?qū)Ь€中滲透，
從而改善了耐蝕性。
(4) 安 裝 、金具和設備與鋼芯鋁絞線相同。
綜 上 所 述，如果集上述大容量組合導線結(jié)構(gòu)、導
體材料和加強材料之長，可以預計將可進一步開發(fā)
出性能更好的新穎大容量導線。
萬方數(shù)據(jù)
2005年第2期
No .2 2005
電 線 電 纜
Electric Wire&amp;amp; Cable
2005
Apr.
年4月
,2005
4 型號為NRLH( 60% I ACS)G J-400/35鋼芯
耐 熱 鋁 合金絞線
日本 ( IE C/TC7 ) 國家委員會向國際電工委員會
(IEC/TC 7)提出了《架空導線用耐熱鋁合金線》標準
草案〔151，在草案里所列的四種線種，沒有導電率為
58 % IACS的耐熱鋁合金線(早期開發(fā)的)，這說明它
在日本已被淘汰。
200 2 年上 海電纜研究所和江門新會三新電工
器材有限公司合作，在原有60 % IACS耐熱鋁合金的
基礎(chǔ)上進行了工藝、技術(shù)改進，并試制了型號為
NRLH(60% IACS) GJ-120/20, GJ-185/30和GJ-400/35
等三種規(guī)格的高導電(60 % IACS )耐熱鋁合金導線，
其中GJ-400/35經(jīng)上海電纜研究所檢測全部合格。
該成果已于2003年1月由廣東省機械行業(yè)協(xié)會和
廣東省廣電集團有限公司受中國機械工業(yè)聯(lián)合會和
中國南方電網(wǎng)有限責任公司的委托，組織產(chǎn)品技術(shù)
鑒定，并獲得通過。NRLH( 60% I ACS)G J4 00/35導線
的主要試驗結(jié)果見表2、表30
表 2 耐 熱 鋁 合 金 線 與 鍍鋅鋼線的性能
項目耐熱鋁合金線鍍鋅鋼線
? 0
7 ， .
，. 又2
抗拉強度/MPa
導電率/(%IACS)
伸長率/%
1%伸長時應力/MPa
自身卷繞試驗i次①
4d卷繞試驗/次。
100 d扭轉(zhuǎn)試驗/次。
鋅層重量(g/m2)
1 567
5.1
1 302
未斷裂 未 斷 裂
無開裂和起皮
3 247
① 自身卷繞試驗的彎曲直徑為1 d;4 d卷繞試驗彎曲直徑為4
d,d為導線的標稱直徑(mm)，以下相同。
② 扭轉(zhuǎn)試驗的試樣的標距長度為100 de
表3 導線主要特性試驗結(jié)果
項目結(jié)果條件}項目結(jié)果條件
1.常溫綜合拉斷力109.5,10.8和
1的.6 kN,
平均109.6 kN
試樣長12 m，環(huán)氧樹
脂端頭，500 kN臥式
拉力機一“’流’導體溫度
/℃
載流量
/A
無風、無日照自然對流，試樣
張力25.98 kN (25 % RTS)，加
熱區(qū)長13 m，熱電偶測溫，環(huán)
·境溫度10.5一10.890
45.4
61.0
83.1
104.4
126.1
147.9
157.7
168.6
5印
660
800
9如
1060
11印
1 190
1 238
2.高溫綜合拉斷力15090 x 3 hr:
10 9.5,108.9,
10 9.3 kN
加熱區(qū)長10 m，熱電
偶測溫，其它同上
3.彈性模量及應力-
應 變曲線
最終彈性模量為
66.4 GPa
標距長2 m,測試精
度:應力為土1%，應
變?yōu)閠 0.01 mm/2 m,
其它同上
}7·在209v“
}的直流電
一’
理論值:鑒0.075140/
km
實驗值:0.074250/
km
試樣長度為12 m,測試有效
長度為10 m
4.振動疲勞性能3.01 x 10';3. 02 x
10';3.01x10'次振
動后，未見有任何開
裂斷股現(xiàn)象
振動角:25，一30'，張
力25%計算拉斷力，
試樣塔距56 m
5.熱膨脹性能熱膨脹系數(shù):
(1)室溫一10090:
21 .2x 1 0一6/℃
(2) 100~1609v:
21 .1x 1 0一4/℃
”熱區(qū)長13.5m，張 一
力25.98 kN ‘25%RTS)，側(cè)試有效長度一
刀3’一一
‘’‘變性能端變量:在15%、
25%和35% R15張
力下的蠕變方程可
推算出10年(87600
h)后的蟠變量分別
為207,491和908
mm/km
100 kN臥式拉力試驗機，試
樣端間長14 m，試樣標距長5
m，環(huán)氧樹脂端頭
試驗溫度:20:t 190
張力:15%(RTS)
25 0l o ( R TS )
35 % (R TS )
試驗時間:1 000 h
注:導線結(jié)構(gòu):耐熱鋁合金線48根x 3.22 mm;鍍鋅鋼線7根x 2.50 mm.
12
萬方數(shù)據(jù)
2005年第2期
No.2 2005
電 線 電 纜
Electric Wire&amp;amp; Cable
2005
Apr.
年4月
,2005
飛.J 飛esJ
6 7
r.L FesL
5 結(jié)論
[s] [9j
(1) 在 新 建大容量架空輸電線路和老線路增容
改造的設計中，對大容量組合導線的選擇應根據(jù)不
同容量、不同使用場合等多方案考慮。
(2) 建 議 對國內(nèi)已使用耐熱鋁合金導線的架空
輸電線路和電站內(nèi)部用大電流母線進行調(diào)研、總結(jié)
交流設計和運行的經(jīng)驗，以利擴大應用。
(3) 為 開 發(fā)新穎的大容量組合導線，建議電力、
電纜、冶金和化工行業(yè)的有關(guān)單位共同深人研討，以
利明確目標及時開展研發(fā)工作。
[10]
[11]
[12]
參考文獻:
圈網(wǎng)
IEC-62219,型線同心絞架空導線〔S].
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下電纜》標準進行。但是對于由工廠預制加工好的
整體式帶分支電纜，這兩項試驗如何進行，目前尚無
適合的試驗方法，還有待于進一步研究和制定。
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(上接第S頁)
參考尺寸作為標準的資料性附錄提出，這明顯有著
優(yōu)先采用之意。目前我國多數(shù)廠家采用“C”形連接
管，但也有一些廠家采用其他形狀的連接管。一些
制造廠自制的“C”形連接管是用銅板彎制而成，也
有采用厚壁銅管在其軸向圓柱面上銑去一條而形成
"C”字形，不同廠家采用的厚度各有不同。近幾年
已有專門廠家生產(chǎn)供應“C”形管。
5.4 阻燃與耐火型試驗方法
迄今 為 止，阻燃電纜的阻燃性試驗主要依據(jù)
GB/1' 18380-2001《電纜在火焰條件下的燃燒試
驗》，耐火電力電纜的耐火試驗按GB/T 19216.21-
2003《在火焰條件下電纜或光纜的線路完整性試驗
第21部分:試驗步驟和要求一額定電壓0.6/1 kV以
，，，，，》，，，，，，》，，》，，》，，》，，，》，，》，，，》》》，，，，，，，》，，，，，，，，，，，，、
....… … 滬
} 節(jié)約資源，減少污染;
{ 保護自然，萬物共存
.
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