摘要：节能导线因为本身的电阻比较小，导电能力比一般的钢芯绞线都要高，在输电线路中的应用可以降低线路损耗，提高电力传输的节能型。目前使用较多的节能导线包括中强度铝合金绞线、铝合金芯铝绞线和钢芯硬铝绞线等。本文将对新型节能导线及其生产制造进行介绍，探讨节能导线在输电线路中的应用及节能效果。
关键词：输电线路；节能技术；高压输电
导言：
导线选型是高压输电中的重要课题，合理选择导线对高压输电线路降低工程造价及运行损耗，确保工程安全可靠和满足环保要求都有着十分深远的意义。普通钢芯铝绞线作为最常用的导线形式，在我国输电线路中应用极其广泛，生产厂家众多，但其导电性能一般，线路损耗较高，因此，电气、机械特性相当但电能损耗相对较低的节能导线便应运而生。为推进电力工程建设“四新”应用，国家电网公司也积极倡导节能导线应用，并已在各地开展节能导线的应用试点。
1、输电线路节能导线类型
当前，电力企业在建设电力工程项目时，应用较多的节能导线有钢芯高导电率硬铝绞线、铝合金芯铝绞线、中强度全铝合金绞线，这三种导线都是通过不断提升导电率来降低线路直流电阻的。其中，钢芯高导电率硬铝绞线中，选用导电率和铝截面相同的铝单丝取代常规钢芯铝绞线，金属线导电率和退火铜的导电率比值从60%提高到了64%，从而降低了整个线路的直流电阻。在铝合金芯铝绞线中，选用金属线导电率和退火铜的导电率比值为53%的高强度铝合金芯取代60%的铝线；中强度全铝合金绞线中，选用金属线导电率和退火铜的导电率比值为57%的中强度铝合金芯取代61%的铝线。
2、节能导线的机械特性
2.1弧垂特性
采用实证分析方法对节能导线的机械特性进行分析，并与普通导线进行对比。在研究其弧垂特性时，选取33个交流输电工程作为研究样本，样本中共使用11种型号的普通钢芯铝绞线，3种新型节能导线均有应用，通过分析不同工况下相同截面积的普通导线和节能导线的弧垂特性可以发现，新型钢芯硬铝绞线的弧垂特性与普通导线完全一致，铝合金芯铝绞线的弧垂特性也与普通导线相近，只有铝合金绞线比普通导线的弧垂小，在400m档距高温条件下，铝合金绞线比普通导线的弧垂小0．4-1．7m。
2.2风偏角
根据33个线路工程的计算结果对新型节能导线对风偏角进行分析，同样普通绞线的风偏角进行对比。分析结果表明，新型钢芯硬铝绞线的风偏角与普通导线完全一致。在垂直、水平档距的比值为0．85条件下，铝合金芯铝绞线和铝合金绞线的风偏角比普通导线大2°-6°，约占6%-12%。因此，在新型节能导线的工程施工中，要合理选用塔型，调整好档距。
2.3覆冰过载能力
同样对33个线路工程的计算结果进行分析，在三种节能导线中，新型钢芯硬铝绞线的覆冰过载能力与普通导线完全一致，铝合金芯铝绞线的覆冰过载能力比普通导线略小，在400m档距条件下约小0．2-2．7m。铝合金导线的覆冰过载能力与普通导线基本相似，同样在400m档距条件下，若导线截面积大于300mm2，则覆冰过载能力比普通导线大0．2-1．5m，若导线截面积小于等于300mm2，则比普通导线小0．5-2．3mm。在节能绞线的应用过程中，若覆冰在15mm以内，可以使用铝合金芯铝绞线或铝合金导线代替普通导线，若覆冰超过15mm，则要进行计算后再决定使用何种类型的导线。
3、节能导线分类以及改造
目前市场主要的节能导线可以分为三类，其节能原理都是通过不同的方法提升自身导电率以满足减少直流电阻的效果。而在这些导线的对比过程中，其中钢芯高导电率硬铝绞线可以按照结构分为普通钢芯铝绞线以及铝单丝两类，而在IACS数据(即导线导电率与退火铜导电率的比值)对比中，后者比前者整整高出了2%，也是直流电阻减少的表现。因而节能导线的直流电阻控制则可以通过选择铝合金芯等材料或者控制其中铝线的股数就可以保证效果。即如铝合金芯铝绞线，若是将原本61%5IACS的铝线以53%IACS的高强度铝合金芯进行取代就可以达到降低直流电阻的效果;另外，在中强度全铝合金绞线方面，若是将61%IACS铝线以58．50%IACS的中强度铝合金芯取代，也可以降低直流电阻，从而达到降低输电损耗的效果。
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4、节能导线的性能分析
对于大部分导线来说，要保证其综合性能，从而提升输电效率就需要从其电气性能以及机械性能两个方面进行分析，首先电气性能，主要是代指导线本身所处的电磁环境、载流量等等，而且一般输送线路较长，就需要选择电气性能合适的导线以满足输电流程的安全性，所以需要对导线的基本指标(直径、分裂数等等)与环境场强、无线电、噪声干扰等各类干扰进行关联，而在本文中，分析三类节能导线，无论在直径、外表光滑情况等指标都基本相近，故可以定论在相同的环境条件下，磁场环境也应当相同;另外对导线输电效率的评估，可以通过分析他们的载流量，而这三类导线载流量都大于一般的钢芯铝绞线，因而可以判断导线导电能力也是优秀的;再者，机械性能指标，可以包含导线的弧线特点、风偏角还有覆冰承载能力等指标进行判断，即如中强度全铝合金材质导线在弧线特点是具有较大优势，若是在实际施工时，就能有效降低杆塔的受力面以及本身的使用高度，而其它两类导线弧线特点基本相近，而在风偏角方面来说，由于中强度铝合金绞线与铝合金芯铝绞线垂直荷载更低，从而导摇摆的角度更大，而芯高导电率硬铝绞线则与钢芯铝绞线的摇摆角度相当，因而在杆塔规划时，选择铝合金绞线的导线是比较合适的。最后是覆冰承载能力对比，其中中强度铝合金绞线导线的覆冰承载能力最好，铝合金芯铝绞线的覆冰承载能力较差，而高导电率钢芯铝绞线则居中。而根据设计要求，若环境覆冰厚度大于5mm时，要求节能导线的覆冰承载能力必须大于20mm，因而三类导线均能达到相关标准。
5、输电线路实际节能选型分析
5.1 110、220KV输电线路的节能导线选型
在重工业、沿海等大气腐蚀较为严重的地区，选择节能导线作为输电线路导线，可优先考虑选取铝合金芯高导电率铝绞线或中强度全铝合金绞线；针对输电线路运行条件、运行环境较差，且高差和档距差距较大的地区，可选择机械强度相对高的中强度铝合金绞线。若输电线路较长且耐张塔比例相对低，也可选取中强度铝合金绞线；对于线路走廊较紧张情况，可考虑选择风偏角相对小的导线，以尽可能减少拆迁，建议选用钢芯高导电率铝绞线，且在一些已有的双回线路上进行单侧架线，同时校核输电线与导地线的距离；使用老线路杆塔搭建架线过程中，所选导线的荷载需尽可能地小，以确保原有杆塔更稳定、安全；中冰区节能导线选型时，可选取过载能力相对强的中强度铝合金线，若线路主要为多回路且导线截面不同，则可选取相同结构导线。
5.2 500KV输电线路的节能导线选型500KV输电线路630mm2截面的不同导线的节能效果差异较大，但是中强度铝合金绞线应做相应
的放松处理，在放松后的Ｉ型耐张塔安装荷载还是会超过限制，因此500KV输电线路并不建议选用中强度全铝合金绞线。钢芯高导电率铝绞线的节能效果和机械特性非常好，其风偏角与原导线大体相同，较适于取代钢芯铝绞线。
6、节能导线节能效果分析
年费用法是工程经济性评价的常用方法，采用年费用法将不同方案按照资金的时间价值折算到某基准年的总费用平均分布到项目运行期的各年，年费用低的方案在经济上最优。以某典型220kV线路为例，综合考虑工程建设投资以及每年的运行、损耗费用，进行最小年费用计算。计算边界条件如下：
经济使用年限为40年，施工期按两年计，前一年投资为60%，后一年投资为40%；电网的年最大负荷利用小时数按5000h，年电能损失3200h计；电力工程回收率按工程投资的8%、10%、12%三种计。强度铝合金绞线即使初期投资最高但由于节能效果最好，年费用最低；铝合金芯铝绞线由于投资最低，节能效果良好，年费用次低；而钢芯高导电率铝绞线有一定的节能效果，但不明显，所以年费用略高。综合来看，随着电价提高，节能导线与普通钢芯铝绞线的年费用差值越大，节能效果与经济性越优。根据经济敏感性分析，三种节能导线较普通钢芯铝绞线单价虽然高约5-15%，但采用节能导线每年可减少大量电能损耗，节省的费用预计在5-10年内即可收回所增加的投资。
7、结束语
随着技术的发展与进步，各种节能材料的出现，有效的促进了电力行业节能设备的研究与发展。各种材料的出现使得节能导线的种类以及结构不断的发展与变化，其性能也在不断的提升。在实际的电力工程施工中，在选用节能导线时一定要综合考虑各种情况，确保选用的导线能够充分的适合环境的需求，发挥最大的节能作用。
参考文献：
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论文作者:王金元
论文发表刊物:《电力设备》2017年第31期
论文发表时间:2018/4/17
标签：导线论文; 节能论文; 绞线论文; 铝合金论文; 线路论文; 偏角论文; 强度论文; 《电力设备》2017年第31期论文;