耐热铝合金导线在变电站设计中的应用

耐热铝合金导线在变电站设计中的应用

赵显义

（中国能源建设集团广西电力设计研究院有限公司广西南宁530007）

摘要：耐热铝合金导线具有耐热性能好、允许工作温度高、载流量大、耐腐蚀性能好等特性，在走廊狭窄的高压输电线路及线路扩容改造项目中均有较多应用，已成为提高线路输送能力、节省建设成本的有效途径。随着我国电网建设的发展，近年来电网容量实现了较大幅度增长，高压电网、特高压电网建设的同时，对变电站的汇集电能和分配电能能力的要求也不断提高。基于此，文章就耐热铝合金导线在变电站设计中的应用进行分析和探讨。

一引言

在变电站应用耐热铝合金导线，可实现同等截面的前提下导线载流量的提升，节省跨线构架投资；同时相比线路，由于变电站的导线长度较短，耐热铝合金导线的线损也可以控制在合理范围，因此耐热铝合金导线在500kV新建变电站及220kV级以下变电站增容改建变电站的大电流回路中亦有较广泛的应用。

二、耐热导线的特性

导线在运行过程中，遵循热能的平衡公式[1，2]

式中：I为导线载流量，A；R为20℃时导线单位长度直流电阻，Ω/m；α为20℃时导线电阻系数，l/℃：k为因集肤及邻近效应涡流及磁滞电阻增加的系数；为运行电流I时导线的温度，℃；为导线单位长度的辐射散热量，W/m；为导线单位长度在有风时的对流散热量，W/m；为导线单位长度自太阳吸收的热量，W/m。

由以上公式可知，在既定的环境条件、线路参数下，可考虑通过提高导线允许运行温度实现导线的载流量提高。1949年Herrington研究发现微量锆可以提高铝材的耐热性能。该发现首先引起日本线缆材料工作者的关注，相继开发了电导率为58％IACS的铝锆合金耐热导线及电导率为60％IACS的铝锆合金耐热导线。在国内，1986年率先将武汉电缆厂的截面积为1440/120mm的58TACSR用在安徽500kV繁昌变电站的母线上。

耐热铝合金导线允许较高工作温度，实现载流量的提高。表1为几种典型截面的耐热铝合金导线、普通钢心铝绞线参数对比。

三、变电站设计中耐热导线的应用

1、500kV变电站设计的应用

在500kV变电站典型设计中，对于采用一个半断路器接线的500kV配电装置，为提高电能的汇流及分配能力，除母线及主变进线回路，500kV串内导线均采用2×（NRLH58GJ-1440/120）耐热铝合金导线（导线运行温度150℃，下同）；为提高回路通流容量，220kV配电装置的母线分段回路采用2x（NRLH58GJ-1440/120）耐热铝合金导线、主变220kV进线回路采用2×（NRLH58GJ-800/55）耐热铝合金导线。[3]

2、220kV变电站设计的应用

耐热铝合金导线主要应用于亟需提高通流能力的母线及分段回路。根据DL/T5222的规定，导体应根据具体情况，按电流、电晕、动稳定和机械强度、热稳定、允许电压降、经济电流密度等技术条件进行选择或校验；户外导体尚应按环境温度、日照、风速、污秽、海拔高度等使用环境条件进行校验。本文以桂林地区220kV侯寨变电站为例，介绍耐热导线在220kV变电站设计中的应用。

220kV侯寨变电站供电范围为桂林市区、永福县和临桂县。变电站初期220kV、110kV配电装置均采用了屋外中型软母线布置方式，220kV母线型号为LGJ-500/65钢芯铝绞线，110kV母线型号为LGJ-400/50钢芯铝绞线。随着负荷增长，现有母线的通留能力已不能满足要求。按照设计水平年的潮流计算，220kV母线需满足最大通流容量800MVA要求，110kV母线需满足最大通流容量360MVA的要求，现在有母线导线截面过小，载流量不满足要求，考虑更换。

a）载流量校验

220kV母线按满足最大通流容量800MVA校验，导体载流量应不小于2099A；110kV母线按满足最大通流容量360MVA校验，导体载流量应不小于1890A。采用NAHLGJQ-1440型耐热铝合金导线进行更换，在环境温度为40℃，导体工作温度150℃时，其载流量为2822A，载流量校验满足要求。

b）拉力校验

由于220kV、110kV母线更换涉及的停电范围广、影响较大，为尽量减少停电停电时间，考虑沿用现有母线构架，尽量在现有构架荷载允许值范围内选择导线。根据前期资料，变电站母线构架的最大设计水平拉力为22kN。站内现有220kV、110kV母线构架的最大跨距为48.25m，应以此跨线更换导线后的最大应力验算拉力是否满足要求。按变电站所处区域的气象条件，考虑跨线内的引线，按最大允许弧垂2.05m计算，计算结果表明，在单相上人检修的情况下水平拉力为最大，约18kN，在母线构架的最大设计应力范围内，拉力校验满足要求。

C）金具选型

母线通过较大通流容量时，随着电流的增大，导线温度升高，与导线连接的耐张线夹、T接线夹等金具的温度亦随之升高。与耐热导线连接的金具如采用常规金具，将存在由于运行温度过高而导致金具加剧氧化、接触电阻升高等。因此在变电站设计中，与耐热导线连接的所有金具须采用耐热金具。随着我国首批耐热铝合金导线在500kV变电站的应用，耐热金具亦有同步生产和使用。[4]

d）施工配合

耐热铝合金导线需按规范施工。金具安装时，线夹之间、线夹与设备的连接部位，须按施工规范的要求紧固螺栓、保证紧固力矩，避免螺栓松动导致接触不实、接触电阻增大。

四、结束语

以500kV变电站典型设计及220kV变电站改造为例，为满足变电设计中导线载流量的提升、减少停电影响、节省投资的需求，耐热铝合金导线在变电站设计中具有较为广泛的应用空间。

当前我国还没有耐热铝合金导线的国家标准或行业标准。2007年颁布的IEC62004标准中已淘汰了58TACSR，而当前国内还处于58TAL和60TAL耐热铝合金导线生产并存阶段。随着61％IACS耐热铝合金导线的研制及低能耗电网建设需求，导电率更高的耐热铝合金导线必将以其更低能耗的特性受到青睐。

参考文献：

[1]祝志祥等．架空线路用高导电率耐热铝合金导线的研制．中国电力，第47卷第6期；2014（6）

[2]戴新文．常用钢芯铝绞线及铜导线载流量的经验计算公式【J】．电工技术，1996（1）：46—47．

[3]中国南方电网公司输变电工程标准设计V1.0第2部分110kV~500kV变电站标准设计．

[4]朱文法1440毫米~2耐热铝合金导线金具的研制.电力建设，1986（02）

作者简介：

赵显义（1982.7-），男，广西南宁人，单位：中国能源建设集团广西电力设计研究院有限公司，研究方向：变电高压专业.