CN103106977A

CN103106977A - 新型有机材料复合扩径导线

Info

Publication number: CN103106977A
Application number: CN2013100324260A
Authority: CN
Inventors: 梁涵卿; 其他发明人请求不公开姓名
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-01-29
Filing date: 2013-01-29
Publication date: 2013-05-15

Abstract

本发明涉及一种新型有机材料复合扩径导线，包括中心的加强芯及外层铝丝，其特征在于，还包括一层或多层在同轴方向上紧密排列的、由化工合成材料制成的复合丝，所述复合丝的横截面为圆形，所述复合扩径导线从内层到外层的结构依次是：加强芯、复合丝、外层铝丝。所述化工合成材料选自高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、聚丙烯、聚酯、玻璃纤维树脂有机复合材料中的一种。本发明将扩径导线的内层铝丝用化工合成材料制成的复合丝替代，且该复合丝在同轴方向上紧密排列，其特点是：结构稳定，机械物理性能有所改善；密度减轻，价格便宜；扩径比可根据实际需要在较大范围内选择。

Description

新型有机材料复合扩径导线

技术领域

本发明涉及一种架空输电用扩径导线，尤其涉及一种结构稳定、经济效益高的新型有机材料复合扩径导线。

背景技术

输电线路对无线电通讯的干扰强度及噪音排放强度与输电导线表面场强密切相关。一般说来，输电线路电压越高，其导线表面场强就越大，对通讯干扰和电晕产生噪音就越强。为了降低导线表面场强，通常会增多导线分裂数，增加导线表面积（或导线直径）。其结果往往是，导线的总截面超过了输电本身的需要，导致工程造价增大。为了满足环境要求，同时控制工程造价，在工程实践中采用了扩径导线。即在使导线外径达到环境控制对应的要求前提下，减少导线内部铝丝的数量，相应减少材料成本，降低工程造价。

以LGJK-300/50 型扩径导线和LGJ-400/50 型常规导线为例，两者的横截面示意图如图1所示。可以看出，扩径导线的铝线股数比常规导线明显减少，简单说来，扩径导线是从常规导线中抽取数股铝线后绕制而成的。LGJK-300/50 型导线以LGJ-400/50 型导线为原型，将铝导线由54根减为41根，即内层由12根减为7根，邻外层由18 根减为10根，外层仍为24根铝线疏绕扩大外径而成。

扩径导线大致可分为三类：1、抽丝类，即在原钢芯铝绞线基本结构不变的情况下，抽出导线中间部位的一部分铝丝。2、空心管支撑类，即芯部用空心金属管或其他材料管材起支撑作用，外部为铝丝绞制。另外用小孔径铝管绞制的导线也属此类。3、有机材料支撑类，即在钢芯外层先挤包有机材料，如聚乙烯塑料，外部再用铝丝绞制。

在我国，抽丝类扩径导线在750kV交流输电工程线路中曾经少量采用。另外两类由于制造工艺较复杂，成本也较高，在我国少有制造和使用。抽丝类扩径导线在导线张力放线施工中，易出现散股，在导线绞制生产过程中，也需要较高的工艺控制技巧，因此整体质量控制存在一定难度。此外由于在导线内部必须保留一部分铝丝起支撑作用，因此其扩径比率受到限制，一般只能做到1.3倍水平。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构稳定、经济效益高的新型有机材料复合扩径导线，其是将内层部分铝丝用化工合成材料替代，以实现对现有复合扩径导线的改进。

本发明的技术方案是：一种新型有机材料复合扩径导线，包括中心的加强芯及外层铝丝，其特征在于，还包括一层或多层在同轴方向上紧密排列的、由化工合成材料制成的复合丝，所述复合丝的横截面为圆形，所述复合扩径导线从内层到外层的结构依次是：加强芯、复合丝、外层铝丝。

如上所述的新型有机材料复合扩径导线，其特征在于：所述化工合成材料制成的复合丝为实心或中空结构。

如上所述的新型有机材料复合扩径导线，其特征在于：所述化工合成材料选自高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、聚丙烯、聚酯、玻璃纤维树脂有机复合材料中的一种。

如上所述的新型有机材料复合扩径导线，其特征在于：所述复合丝相对所述复合扩径导线的中心为对称排列。

如上所述的新型有机材料复合扩径导线，其特征在于：所述加强芯由若干股钢芯或高强度铝合金构成。

如上所述的新型有机材料复合扩径导线，其特征在于：所述加强芯由若干根碳纤维制成的碳纤维丝构成。

如上所述的新型有机材料复合扩径导线，其特征在于：所述外层铝丝的截面为梯形、S形或Z形。

本发明的有益效果是：本发明将扩径导线的内层铝丝用化工合成材料制成的复合丝替代，且该复合丝在同轴方向上紧密排列。由此带来的技术效果是：（1）、结构稳定，机械物理性能有所改善。由于用同样外形尺寸的合成材料制成的复合丝替代铝丝，内部结构密实，导线绞制生产工艺质量容易控制，张力放线过程中，不会出现散股现象。并且，由于是密实排列，其隔热作用明显，使导线的热胀冷缩得到极大改善，由此也可以较大的减轻导线的弧垂效应，进而使导线的过负荷水平得到较大提高，对应的塔杆高度也可以适当降低；（2）、密度减轻，价格便宜。化工合成材料的密度约为铝的1/3～1/2，每吨价格约为铝的1/3～1/2。不但本身价格降低，而且对应的杆塔基础等造价也同步降低。（3）、扩径比可根据实际需要在较大范围内选择，最极端的情况下，可以只保留最外一层铝丝，而内部各层均用合成材料丝替代。

附图说明

图1是扩径导线与常规导线的横截面比较的示意图，其中：

图1（a）是LGJK-300(400)/50 型扩径导线，各层铝丝数量：24、10、7（扩径比=1.3倍）；

图1（b）是LGJ-400/50 型常规钢芯铝绞线，各层铝丝数量：24、18、12。

图2是本发明的不同扩径比的复合扩径导线的示意图，其中：

图2是LGJ-180(400)/50 型扩径导线，扩径比=2.25倍。

图3是本发明的空心复合丝的复合扩径导线的示意图，其中：

图3（a）是LJ/G2A-630(300)/45型扩径导线，扩径比=2.15倍，外丝数：铝21/复合丝15/9；

图3（b）是LJ/G2A-630(500)/45型扩径导线，扩径比=1.25倍，外丝数：铝21/15/复合丝9。

图4是本发明实施例的不同导线在不同扩径方式下的情况的示意图，其中：

图4（a）是LJ/G2A-630/45型扩径导线，外丝数：21/15/9；

图4（b）是LJ/G2A-800/65型扩径导线，外丝数：30/24/18/12；

图4（c）是LJ/G2A-900/75型扩径导线，外丝数：30/24/18/12。

图5是本发明实施例的空心复合丝在不同扩径方式下的情况的示意图，其中：

图5（a）是LJ/G2A-630/45型扩径导线，外丝数：21/15/9；

图5（b）是LJ/G2A-800/65型扩径导线，外丝数：30/24/18/12；

图5（c）是LJ/G2A-900/75型扩径导线，外丝数：30/24/18/12。

图6（a）是外层铝丝用梯形截面的铝丝替代圆形截面铝丝；

图6（b）是外层铝丝用S形或Z形截面的铝丝替代圆形截面铝丝。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样在本申请所列权利要求书限定范围之内。

附图中的标号说明：1-加强芯；2-复合丝；3-外层铝丝。

如图2所示，本发明提供的一种新型有机材料复合扩径导线，包括中心的加强芯1及外层铝丝3，其特征在于，还包括一层或多层在同轴方向上紧密排列的、由化工合成材料制成的复合丝2，所述复合丝2的横截面为圆形，所述复合扩径导线从内层到外层的结构依次是：加强芯1、复合丝2、外层铝丝3。

所述复合丝相对所述复合扩径导线的中心为对称排列。

所述加强芯由若干股钢芯构成。进一步的，所述加强芯也可以是由若干根高强度铝合金或碳纤维制成的碳纤维丝构成，其具有重量更轻、强度更高的特点。

图2是本发明的不同扩径比的复合扩径导线的示意图，图2是将次外层和内层铝丝均用有机材料制成的复合丝替代的情况。工程中可以按照实际需要，选择不同的替代方式，获得不同扩径比。即便在同层中，也可以进行部分替代。

全寿命期综合效益的测算：在导线内层减少部分铝丝，虽然电流的通道截面有所减少，但由于特高压交流线路的利用小时数较低，相应的损耗小时数在1000小时以下，因此实际增加的电阻损耗微乎其微，对应投资综合效益十分明显。在工程设计中，可以全面优化外径、铝线截面、运行损耗等各种组合因素，使综合经济效益、环境效益和节能效益达到最佳。

本发明的核心特点是：用化工合成材料制成与铝丝相同外形的复合丝，直接替代铝丝，导线制造所需要的工装、工艺基本不变，质量控制有保障，张力放线施工不会出现散股、跳丝等问题。此外，复合丝在铝丝与钢芯之间起到隔热作用，因此导线在较高工作温度情况下，钢芯的温度仍可以保持在较低水平，导线的对地弧垂不致过大，因此这类导线可以达到较高的过负荷水平。

进一步的，还可以用空心复合丝替代铝丝。用空心复合丝替代铝丝，比用实心复合丝替代铝丝，可以使导线总重量更轻，也更节省化工合成材料，如图3所示。用空心复合丝的扩径导线，其水平风载与实心材料的扩径导线没有差别，但垂直载荷较后者又有较大幅度下降。在决定是否采用空心复合丝时，要考虑制造工艺、导线的机械稳定性等综合技术经济因素。

本发明的经济效益：用新型复合扩径导线替代常规钢芯铝绞线，可以节约特高压1000kV交流输电线路单位长度造价约10%-15%，即40-60万元/公里。按照交流特高压电网建设规划，总建设规模4万公里测算，可节约投资160-240亿元，经济效益巨大。

所述化工合成材料，可选自：高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、聚丙烯、聚酯等材料。此外，还可以采用玻璃纤维树脂，进一步降低综合造价。

进一步的，所述外层铝丝可以用梯形截面的铝丝替代圆形截面铝丝。如图6（a）所示。用梯形截面的铝丝替代圆形截面铝丝，可以改善绞制成型后导线表面的平整度，降低导线表面电晕效应，从而控制噪声产生。

进一步的，所述外层铝丝还可以用S形或Z形截面的铝丝替代圆形截面铝丝。如图6（b）所示。用S形或Z形截面的铝丝替代圆形截面铝丝，也可以改善绞制成型后导线表面的平整度，而且由于型线之间相互咬合，力学结构更加稳定，在放线过程中，不易散股。

具体采用何种形式，应根据全面技术经济比较后决定。

以下通过具体实施例及数据分析对本发明复合扩径导线的应用进行详细说明。此实施例中，所选用的合成材料为聚酯。

扩径导线在工程应用中可以直接替代原导线，也可以通过不同优化组合，采用不同外径和不同分裂数的导线结构。下面以8×LJ/G2A-630/45的特高压交流1000kV输电线路工程为例进行说明。图4（a）、（b）、（c）分别是LJ/G2A-630/45、LJ/G2A-800/65、LJ/G2A-900/75三种导线，分别采用保留外两层铝丝和仅保留一层铝丝扩径的情况。图中黑色代表钢芯，灰色代表聚酯，白色代表铝丝。

工程设计中可以用图4中的（1）、（2）种扩径导线直接代替原导线，也可以用6分裂的图4中的（3）、（4）、（5）、（6）种分裂导线代替8分裂的设计。根据电磁场计算，6×LJ/G2A-800/65的结构与8×LJ/G2A-500/45的情况相当，满足环境控制要求，6×LJ/G2A-900/75的结构比8×LJ/G2A-500/45的情况有所改善。因此，以此为基础进行下一步的比较计算。计算中设定额定负荷为600万千伏安，对应每相电流为3464A，复合材料采用高密度聚乙烯（HDPE）。表1是6种情况的计算分析结果。

表1 不同型号导线不同扩径方式的计算分析

从表中可以看出，用6分裂800和900导线替代8分裂630导线，可以有1.45～2.94的扩径比例范围，杆塔的水平风载可以减少9.9%～15.01%，垂直载荷可以减少10.6%～33.9%，约可减少杆塔、基础造价7%～12%以上。此外导线因为用高密度聚乙烯代替铝材，因此单位长度造价也会减低11%～20%。总体上看，采用不同的扩径方案，可以节约输电线路工程造价9%～16%，经济效益明显。

线损率的变化：

如设定输电线路长为500km，则原设计的8×630导线的理论线损率=L×ρ×J/U（其中L为线路长度，ρ为电阻率，J为电流密度，U为电压）=500×28.9×0.6873/1000000×100%=0.993%

如果线路年均满负荷利用小时设定为3000小时，日历小时为8760小时，则线路的实际运行损耗为=0.993%×3000/8760=0.34%。对于采用不同扩径导线方案，实际运行损耗范围为0.87%～2.94%。这是在可以接受的范围。

在图4中，罗列了用实心高密度聚乙烯丝替代铝丝的各种情况。如果用空心高密度聚乙烯丝（细管）替代铝丝，则扩径导线更加节省材料，重量也更轻。图5是对应图4的6种情况。表2是空心高密度聚乙烯丝替代实心高密度聚乙烯丝重量和垂直载荷变化的情况。

表2 空心聚酯丝与实心聚酯丝扩径导线重量和垂直载荷的对比

序号	0	1	2	3	4	5	6
								导线型号	JL/G2A-630/45	JL/G2A-630/45	JL/G2A-630/45	JL/G2A-800/65	JL/G2A-800/65	JL/G2A-900/75	JL/G2A-900/75
常规导线单位质量(kg/km)	2079.2	2079.2	2079.2	2732.7	2732.7	3074.2	3074.2
								实心HDPE扩径后单位质量(kg/km)	-	1858.7	1491.2	1832.7	2232.7	2061.7	2511.7
实心HDPE扩径垂直载荷下降率（%）	-	10.61%	28.28%	38.30%	21.91%	30.59%	12.15%
								电流密度(A/mm2)	0.6873	0.8591	1.4728	2.0207	1.1226	1.7961	0.9979
空心HDPE内外径比例	-	0.5	0.5	0.5	0.5	0.5	0.5
								空心HDPE扩径后单位质量(kg/km)	-	1828.77	1411.4	1710.6	2164.8	1924.3	2435.4
空心HDPE扩径垂直载荷下降率（%）	-	12.04%	32.12%	37.40%	20.78%	37.41%	20.78%

从表2中可以看出，采用空心高密度聚乙烯的扩径导线，其水平风载与实心高密度聚乙烯的扩径导线没有差别，但垂直载荷较后者又有较大幅度下降。在决定是否采用空心高密度聚乙烯丝时，要考虑制造工艺、导线的机械稳定性等综合技术经济因素。

总之，扩径导线在特高压交流输电工程中有良好的使用前景，其节约的铝材用于特高压直流输电中（利用小时多在5000～7000小时），综合投资效益会更好。

本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims

1.一种新型有机材料复合扩径导线，包括中心的加强芯及外层铝丝，其特征在于，还包括一层或多层在同轴方向上紧密排列的、由化工合成材料制成的复合丝，所述复合丝的横截面为圆形，所述复合扩径导线从内层到外层的结构依次是：加强芯、复合丝、外层铝丝。

2.根据权利要求1所述的新型有机材料复合扩径导线，其特征在于：所述化工合成材料制成的复合丝为实心或中空结构。

3.根据权利要求1或2所述的新型有机材料复合扩径导线，其特征在于：所述化工合成材料选自高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、聚丙烯、聚酯、玻璃纤维树脂有机复合材料中的一种。

4.根据权利要求1或2所述的新型有机材料复合扩径导线，其特征在于：所述复合丝相对所述复合扩径导线的中心为对称排列。

5.根据权利要求1所述的新型有机材料复合扩径导线，其特征在于：所述加强芯由若干股钢芯或高强度铝合金构成。

6.根据权利要求1所述的新型有机材料复合扩径导线，其特征在于：所述加强芯由若干根碳纤维制成的碳纤维丝构成。

7.根据权利要求1所述的新型有机材料复合扩径导线，其特征在于：所述外层铝丝的截面为梯形、S形或Z形。