新型导线助力架空线提升输电能力

• 陈博 2023年11月6日 来源：中研网 1033 65
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承力芯部分，可以采用高强度的铝合金芯（52%-55%IACS）取代钢芯，形成铝合金芯铝绞线，以获得更高的导电率，同时也拥有了优秀的抗拉强度。高强度的铝合金主要是铝镁硅系铝合金，部分品种可再加入一些铁、铜、锑、铌等元素，获得一些蠕变性能和耐腐蚀性能。由于铝合金5

电线电缆行业是我国经济第二大的配套产业，仅次于汽车产业，年市场规模超万亿，按产品可分为电力线缆、电气装备用线缆、通信线缆以及绕组线等。电力线缆包括0.4kV及以上用于输电的线缆，本报告主要针对10kV及以上的电力线缆行业进行讨论。

10kV及以上的电力线缆主要用于发输配领域以及一部分大型工商业用户，受到电力"现代流通网络"以及新型电力系统建设的需要，未来有望加速发展。从技术形态上看，目前电力线缆主要以架空、电缆、GIL(气体绝缘输电线路)的形式存在。

三种技术方案各有各的优点，架空优点主要是便宜、缺点主要是占地;电缆优点主要是不占地，缺点是故障点难以发现，绝缘易老化;GIL优点主要是性能接近架空线，且不占地，缺点主要是贵。

预计三种输电方案将继续作为建设电力网络的主要方案，支撑更大规模的电网建设。同时，技术、政策的演变使电力线缆行业出现了一些新的变化，带来投资机会。

架空线路主要由杆塔基础，杆塔，导线，金具，绝缘子，避雷线，和接地装置等组件构成，其中导线用于传输电能，是架空线承载电力能量的核心载体。绝缘子串用于连接导线和杆塔，是架空线核心的绝缘材料。

由于架空输电方案主要依靠空气绝缘，因此成本低、占地大，容量大，是远离城镇的高电压等级输电的主流方案。750kV及以上特高压长距离输电项目中，几乎只会采用架空输电方案。

另外根据电力系统设计规程，一般按5-10年的远景发展水平进行容量规划。随着新型电力系统的加快建设，能源结构的不断调整、电能替代的深入推进，我们预计系统整体输送容量需求或加速上升。因此架空线需要向大容量化发展，新建项目可以更多地采用节能导线、已建项目可以进行增容改造。

传统导线为钢芯铝绞线，导电部分主要为硬铝绞线，导电率达61%IACS(标准退火铜导电率)，承力部分主要为钢芯，导电率仅9%IACS。为了提升导线的整体导电率、降低损耗、实现节能，通常的思路就是提升外层铝绞线部分的导电率或者使用更高导电率的承力芯，或者两者结合。

照此想法，外层绞线部分，可以采用高导电率硬铝合金(61.5%-63%IACS)或软铝(63%IACS)。研究表明，通过合理控制合金元素的种类、含量及配比，采用合理的加工手段及热处理工艺，可以使得合金的细晶强化、加工硬化以及净化晶界的效果显著，从而得到导电率有较大程度提高的硬铝合金。如果采用软铝，不仅能够获得更高的材料导电率，还可以加工成T型或者SZ型的型线取代圆线，从而获得更大的导电截面，进一步降低电阻。但由于软铝抗拉强度低，因此需要采用更强的承力芯，如特/高强度钢芯、殷钢芯或碳纤维复合芯等。最后可制造出多种芯的高导电率铝绞线和软铝型线。

承力芯部分，可以采用高强度的铝合金芯(52%-55%IACS)取代钢芯，形成铝合金芯铝绞线，以获得更高的导电率，同时也拥有了优秀的抗拉强度。高强度的铝合金主要是铝镁硅系铝合金，部分品种可再加入一些铁、铜、锑、铌等元素，获得一些蠕变性能和耐腐蚀性能。由于铝合金优异的性能，如果采用全铝合金的绞线，还可以消除磁滞损耗和涡流损耗，进一步提升节能效果，比如，目前已经应用在部分项目中的中强度全铝合金绞线(58.5%-59%IACS)等。

由于软铝还拥有优秀的耐高温性能，因此它更加适合用于增容项目，而不是新建项目，毕竟新建项目可以靠增大截面来提升容量。因此，新建项目主要采用高导电率铝系的、铝合金芯系的、或全铝合金系的节能型导线。

增容导线适用于已建项目，性价比极高。在已建线路增容改造方面理论上主要有两种方法：

1)更换导线为更大截面的架空导线。例如，把原本的240/30导线截面增大至400/35及以上。但是，因为增大截面会大幅增加架空导线的总重量，导致铁塔无法承受，因此需要换塔重建。此方法投资高、改造施工周期长、停电时间长、约等于新建需要规划审批同意，同时，我国架空线目前大多只建设了5-20年，铁塔部分尚未达到30-50年的设计寿命，综合性价比非常低。

2)仅将导线替换为增容导线。增容导线在不增加过多导线总重量的同时达成增容效果，具有无需换塔、无需规划审批(仅办理施工许可)、总投资少、工期短、停电时间短的优势，通常可实现30%-150%容量提升，一般已经可以满足中期发展的容量需求，是极具性价比的选择。

由于钢、铝为基础材料的导线密度差别不大，如果要求重量不显著增加，则体积不能显著增加，因此导线截面也无法显著增加。又因为各种导线的导电率实际相差不大(53%-63%IACS)，因此当要求容量倍增时，导线的运行温度会上升很多，耐高温能力是增容导线的重要考虑因素，另外还需考虑机械特性等因素。

钢的软化温度很高，一般不会有什么问题。但由于传统硬铝材料软化温度低，一般运行温度不大于80度，因此无法满足增容后正常运行温度在100-150度的要求。对此，技术上有两种思路可以提升导线耐高温能力：一种是采用基于各种特高强度芯的软铝型线，软铝有更高的软化温度，因此它是可以耐高温的;另一种是采用添加了稀土元素锆、钇等的铝合金，形成耐热铝合金系列导线，用来增容。再经过恰当的设计和选型，便可实现只换导线达到增容效果。

碳纤维复合芯具有重量轻、抗拉强度大、载流量大、耐高温等多种优点，与软铝型线结合在一起构成的碳纤维复合芯软铝型线，是未来导线的重要发展方向。但目前，也存在缺陷难检测、施工易断线、弯曲性能受限等缺点。根据南网电科院的研究成果，绞合型的碳纤维复合芯具有更好的柔软性、径向耐压性和稳定性、导线施工和金具安装也更加简单等优点，目前已于海南220kV福丰I线的增容改造项目中试运行。

综上所示，以高导电率铝、铝合金芯或全铝合金为代表的节能导线，和以耐热铝合金、软铝型线以及碳纤维复合芯类为代表的增容导线是未来新型导线的重要发展方向，可以有效提升架空线路的输电能力。

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