conductors & wires of overhead transmission line
简介
架空敷设的用以输送电力的导线和用以防雷的架空地线的统称。架空线具有低电阻和高强度的特性，以减少运行时的电能损耗和承受线路上动态和静态的机械荷载。同时，架空线还具有耐大气腐蚀和耐电化学腐蚀的能力。
最常用的架空导线有铝绞线、钢芯铝绞线、铝合金绞线和钢芯铝合金绞线等。早在1895年法国就首先使用了铝线作为架空导线，美国在1909年第一次采用了钢芯铝绞线，中国自20世纪60年代以来，也先后研制开发了铝合金线、铝包钢线、大跨越导线、电站用软母线和自阻尼导线等新产品。一般来说，架空输电线路选用强度较高的导线，如钢芯铝绞线、钢芯铝合金绞线等，而配电线路则可选用铝绞线。重冰区或大跨越线路可选用钢芯铝合金绞线或钢芯铝包钢绞线。此外，高海拔地区的架空输电线路或变电所中也可选用扩径导线，以减少导线电晕。大容量的架空输配电线路可选用耐热铝合金绞线。自阻尼导线可提高导线的抗振能力和使用应力。一般的电力线路采用单根导线，220kV以上的超高压、特高压输电线路，采用2根以上的分裂导线。分裂导线与等截面的单根导线相比，具有载流能力大、表面场强小等优点，可减小电晕损失和无线电干扰，并能提高系统的稳定性。
在一般输电线路上，架空地线常采用镀锌钢绞线。在330kV及以上超高压输电线路上，为了降低线路的工频过电压，减小潜供电流和改善对邻近电信线路的危险影响，或使架空地线兼作高频载波通道，也可选用铝包钢绞线、钢芯铝合金绞线或高强度钢芯铝绞线。20世纪70年代以来，又研究开发了光纤复合地线，可进一步扩大电力系统的信息传输容量。
结构型式 架空线按其结构型式不同可分为简单绞线、组合绞线和特种绞线三种。
简单绞线 由材质相同、线径相等的线材绞制而成，如铝绞线、铝合金绞线等。可由7、19、37、61或91根单线构成，由内至外逐层绞制，相邻层绞向相反，最外层绞向为右向。
组合绞线 由导电部分的线材和增加强度的芯线组合绞制而成，如钢芯铝绞线、钢芯铝合金绞线等。
特种绞线 由不同材质或不同形状的线材，用特种组合方式绞制而成，如扩径导线、自阻尼导线等。性能及用途 架空线的主要品种有铝绞线、铝合金绞线、耐热铝合金绞线、钢芯铝绞线、钢芯铝合金绞线、钢芯铝包钢绞线、扩径导线，自阻尼导线、防冰雪导线、小弧垂导线、光纤复合导线及地线、镀锌钢绞线等， 它们的性能和用途也各有不同。
铝绞线 由规定型号的硬圆铝线绞制而成。其强度较小，不能承受大的外力。主要用于档距不大、受力较小的配电线路。中国铝绞线的截面范围为16～800mm2。根据特种需要，可制造截面为1500 mm2及以下的铝绞线。用来制作铝绞线的铝线中铝的含量不低于99.5%， 杂质铁的含量不大于0.30%，硅的含量不大于0.22%，杂质总和不大于0.50%。杂质含量高，导致铝线电阻率大， 但其强度略高。
铝合金绞线 由铝合金圆线绞制而成， 其结构与铝绞线相同。铝合金圆线主要有热处理型和非热处理型两种。铝镁硅合金是热处理型的代表产品， 早在1921年瑞士就研究开发了这种导电用合金，其化学成分为：铝98.7%、镁0.5%、硅0.5%， 其余为杂质。通过淬火和时效处理，可析出强化相Mg2Si，使合金的机械强度显著提高。非热处理型铝合金有美国的5005铝镁合金，含镁量约0.8%，其余为铝和杂质。非热处理型铝合金产品制造工艺条件较简单， 但机械强度和伸长率较小。
耐热铝合金绞线 由耐热铝合金圆线绞制而成。在铝中添加锆0.13%以下、稀土金属0.5%以下，在合金固溶体中形成Al3Zr，可将合金的再结晶温度提高到315℃，并能使晶粒细化。随着添加微量元素的差异和加工条件的不同，耐热铝合金圆线有许多品种，允许使用温度高达150℃以上，可大大提高线路的载流能力。耐热铝合金绞线可用在导线截面选择受发热条件限制的情况下，也可作变电所中载流4000 A以上的大电流母线， 或用在城市电力网改造中要求增大容量的线路上。
钢芯铝绞线 由硬铝线和镀锌钢丝组合绞制而成，是电力线路上最常用的导线。钢芯铝绞线的结构常用铝线根数/钢线根数表示，钢铝比(钢截面/铝截面)愈大，导线强度愈高。除一般的钢芯铝绞线外，还有防腐钢芯铝绞线， 它主要用于沿海或腐蚀严重的化工地区。钢芯铝绞线的交流电阻除与电阻率等因素有关外，还与导线结构有关，单层铝线的交流电阻最大，三层铝线的次之，两层铝线的最小。钢铝比愈大，交流电阻也愈大。超高压输电线路用的分裂导线以采用钢铝比小的钢芯铝绞线为宜，这样可节约钢材，降低线路造价。
钢芯铝合金绞线 由铝合金线和镀锌钢丝组合绞制而成。由于铝合金线的强度较高，伸长率较大，所以钢芯铝合金绞线的机械过载能力也较大， 可用作大跨越导线、重冰区导线或架空地线。国外最大的钢芯铝合金绞线的截面达2860 mm2，外径76.5 mm。中国钢芯铝合金绞线截面的制造范围为10～1000 mm2，连续最高使用温度达90℃。钢芯耐热铝合金绞线的使用温度可达150℃， 可提高载流能力， 也可用作大电流软母线。
钢芯铝包钢绞线 由铝包钢线及镀锌钢丝组合绞制而成。它具有强度高、弧垂特性好和耐腐蚀等优点，主要用作大跨越导线，可降低大跨越杆塔高度，节约工程造价。20世纪60年代初期，日本的本州与四国间的大跨越导线就采用了AS-170型钢芯铝包钢绞线。中国1976年建成并投运的南京长江大跨越线路， 采用了GLGJ-140/420型钢芯铝包钢绞线，其截面示意如图1所示。1984年又研究开发了GLGJ-210/360型高强度钢芯铝包钢绞线。铝包钢圆线可用纵包法、挤压法或粉末冶金法制造， 中国主要采用前两种方法。
图1 GLGJ-140/420型钢芯铝包钢绞线
扩径导线 将导电线材用支撑法或填充法使其外径扩大的导线。在高海拔地区或超高压、特高压输电线路上采用扩径导线， 可降低导线表面的场强， 减小电晕损失和无线电干扰，并能减小电晕噪声。图2所示为LGJK-800型软母线，在钢芯与铝线间，用两层每层各4根铝线反方向相绞，以支撑外部铝线，从而使导线外径显著增大。扩径导线与实心导线相比， 可节约大量有色金属， 能降低线路造价。中国1972年在330kV输电工程中，采用了K-272型扩径导线和KKZ-51型扩径空心导线， 1979年研究开发了LGKK-900、LGKK-1400型和LGJQT-1400型电站用软母线，1988年又研究开发了LGJK-630、LGJK-800、LGJK-1000及LGJK-1250型500kV电站用新型系列软母线、长期使用温度达80℃。
图2 LGJK-800型软母线
自阻尼导线 能够自身消耗风激振动能量的导线。这种导线的结构特点是，在层与层间留有一定的间隙， 使各层成为各个独立的单元， 在导线受风力激振时， 由于钢芯和各层铝线的固有振动频率各不相同而相互干扰碰撞，可达到阻尼减振的效果。为了使层与层间形成间隙， 一般将铝线做成拱形，如图3所示。自阻尼导线与一般钢芯铝绞线相比， 可提高使用应力到拉断力的60%，并可减少导线的疲劳断股现象，因此可加大线路档距，减少杆塔基数，或降低杆塔高度，以节约线路投资。但自阻尼导线价格略高，并需特殊的金具。加拿大和美国使用自阻尼导线较多。中国1984年也研究开发了LGJ/ZD-300型自阻尼导线，已在输电线路上试用。
图3 自阻尼导线
防冰雪导线 能自动融冰除雪的导线。它应用在重冰区的输电线路上，可避免由于导线覆冰或积雪过重引起的断线倒杆停电事故。日本对防冰雪导线的研究进行过大量的工作。防冰雪导线有指环式、居里合金式、切换电流式或涂料防冰式等多种型式。切换电流式防冰雪导线的工作原理是，在导线的铝线与钢芯之间有一层耐老化的绝缘层，在正常情况下，电流通过铝线运行，当气温下降到0～2℃、湿度约为80%、风速约0～3 m/s构成覆冰条件时，通过架设在杆塔构架上的传感器等电器元件，将电流切换到钢芯上，使钢芯发热融冰，融冰后仍通过传感器等电器元件，将电流再切换到铝线上，恢复正常运行。
小弧垂导线 具有小的线膨胀系数，载流时弧垂较小的导线。小弧垂导线主要有两种型式：一种采用特种钢芯，如采用铝包高强度殷钢芯，这种钢芯在常温到230℃之间的线膨胀系数为3.3×10-6/℃。高强度殷钢含镍约3.6%，另加其它微量元素，价格昂贵。日本在1980年用这种钢芯与特种耐热铝合金线组合绞制，研究开发了XTACIR型倍容量导线，载流可提高一倍。另一种是采用普通钢芯的型式，但铝线部分要加以特殊处理。美国1971年研究开发了钢芯软铝绞线(SSAC)，运行温度可达160℃，载流能力大大提高，运行时铝线部分不受力，机械荷载完全由钢芯承担，导线的线膨胀系数即钢芯的线膨胀系数，故弧垂较小，还具有自阻尼性能良好的特点。日本1975年研究开发的DLAC弧垂抑制型导线，用特殊的绞制方法使铝线产生0.3%的永久变形，导线运行时，应力也全部由钢芯承担，与普通的钢芯铝绞线相比，90℃时的弧垂能减小10%～30%，耐振性能也好。
光纤复合地线 (OPGW)由通信光缆、导体和加强的线材组合绞制而成。它具有传输信息容量大、衰减小、工作频带宽、不受电磁干扰等优点。在高电压下，可实现遥控、遥测、遥调等大容量信息传输。20世纪70年代以来，国外对电力网采用光缆通信技术，进行了大量的研究，要求光纤复合地线具有传输信息稳定，传输损耗小，耐气候变化，耐过电流热冲击和防潮防水等特性。
光纤复合地线的结构型式如图4所示。主要由光缆芯、缆芯护套、导体和加强线材等部分组成。光缆芯的直径一般在5 mm以下，缆芯护套管外径一般在10mm以下，光缆芯的伸长率要求不小于0.5%。
光纤复合地线，于1981年在加拿大魁北克水电站附近的735 kV超高压输电线路上首先应用。中国研制的60 mm26芯光纤复合地线的主要技术参数为：铝截面60 mm2，钢截面81.4mm2，光缆6芯，拉断力94 kN，弹性系数128000 N/mm2，线胀系数14.0×10-6/℃，单位重量7.94 kN/km。
图4 几种光纤复合地线1—缆芯;2—铝合金管;3—铝合金线;4—U形铝合金槽; 5—铝合金型线;6—钢丝或铅包钢线
镀锌钢绞线 由镀锌钢丝绞制而成。其强度较高，而价格较低。架空地线平时不通过电流，所以一般的电力线路上通常采用镀锌钢绞线作为架空地线。
技术发展趋势 世界各国400kV～750 kV级超高压线路和1000 kV级特高压线路普遍采用相分裂导线。在机械荷载比较轻的一般地区，钢芯铝线倾向于采用铝钢比较大的型号，以减小导线比载，减轻杆塔荷重，节约材料，降低工程造价。为提高钢芯的耐腐蚀能力，有些线路采用铝包钢线作钢芯。
国际电工委员会(IEC)架空线技术标准规定制作导线的铝材应采用纯度很高的电工铝，以保证良好的机械性能和较低的电阻率。由于中国本国的铝矿一般含硅量比较高，用于精炼电工铝的工艺复杂、成本高;另一方面中国稀土资源丰富，冶炼铝时添加适量稀土元素，可促使硅和其他杂质析出，并使晶粒细化，从而改善导线的电气和机械特性，且能提高耐腐蚀能力，降低加工成本，因此中国输电线路一般多采用稀土铝导线。铝合金导线在国外输电线路上应用比较多。耐热铝合金线和小弧垂导线具有载流量大、弧垂小的特点，用在城市电网建设和改造中，将能提高输送容量，减少线路回路和利用原有线路的杆塔换线增容改造节约线路走廊。
光纤复合地线(OPGW)作为电力系统信息传输手段，具有传输容量大、可靠性高、维护工作量小等优点，而且与输电线路同期建成投运。随着产品制造技术的改进和价格下降，在电力系统中的应用将日益增多，目前中国500 kV交、直流输电干线一般都采用这项技术。今后除电力系统专用之外，有可能推向社会服务，则应用前景更加广阔。
拓展资料
架空输电线路 架空送电线路 架空配电线路 架空绞线 架空电缆线路 架空引入线 高压架空输电线路 高压架空电力线路 架空输电线路设计 高压架空线