输电线路重冰区导线选型研究

摘要：输电线路在跨越地理环境复杂多变的区域时，经常会遇到严重的冰冻灾害，尤其在重冰区，输电线路的稳定运行受到严重影响。针对重冰区输电线路面临的挑战，研究从导线选型原则，常用导线类型及特性，重冰区导线选型影响因素以及导线选型比较几个方面分析了重冰区导线选型，通过精确计算和合理设计，选取适合重冰区的导线类型，可确保输电线路稳定性并控制成本。

关键词：输电线路；重冰区；导线选型

0 引言

重冰区输电线路是电力系统的重要组成部分，它们承担着将电能从发电站输送到用户端的重要任务。在重冰区，输电线路面临着极端气候条件下的挑战，如覆冰、雪载等，这些因素严重影响了输电线路的安全运行和可靠性。根据已有研究，重冰区输电线路因覆冰引起的故障率是非重冰区的3倍左右，这直接导致了电力供应的不稳定性，增加了电力系统的运行成本。因此，选择合适的导线类型，提高输电线路的抗冰能力和稳定性，对于减少故障率、降低维护成本、保护环境具有重要的实际意义。

1 重冰区输电线路面临的挑战

输电线路在重冰区面临的挑战主要有以下几个方面：

（1）覆冰导致的导线荷载增加，可能引起导线断裂或杆塔损坏；

（2）冰害引起的电力系统故障，影响供电的连续性和稳定性；

（3）极端气候条件下的维护和修复工作难度大，成本高；

（4）需要考虑环境因素，如对野生动物和生态系统的影响。

2 导线选型原则

2.1电气性能要求

在重冰区输电线路的导线选型中，电气性能是必须首先考虑的关键因素之一。电气性能主要包括导线的载流量、电阻率、电晕放电特性等。

载流量：导线必须具备足够的载流量以满足输电线路的设计要求。根据输电线路的功率需求，选择合适的导线截面，确保在正常工作和过载情况下均能安全运行。

电阻率：导线的电阻率直接影响线路的损耗。选择电阻率低的导线材料，可以有效降低线路的电能损耗，提高输电效率。

电晕放电特性：在高压输电中，导线的电晕放电会导致电能的损失和电磁干扰。因此，导线应具有较低的电晕放电电压，以减少这些不利影响。

2.2机械性能要求

除了电气性能外，导线的机械性能同样是选型时必须重点考虑的因素。机械性能主要包括导线的抗拉强度、耐磨损性、弧垂特性等。

抗拉强度：导线必须具备足够的抗拉强度，以承受在重冰区由于覆冰导致的额外荷载。高抗拉强度的导线可以减少因覆冰造成的导线断裂事故。

耐磨损性：长期暴露在恶劣环境中，导线会受到风化、紫外线照射等影响，因此需要具备良好的耐磨损性，以延长导线的使用寿命。

弧垂特性：在重冰区，导线的弧垂特性直接关系到线路的安全运行。导线应具有合理的弧垂，以适应重冰区的气候条件，防止因弧垂过大导致的导线接触地面或相互接触。

在实际选型过程中，还需综合考虑导线的重量、成本、供货情况以及施工和维护的便利性。通过对现有导线材料和结构的综合评估，选择最适合重冰区输电线路的导线类型，以确保输电线路的长期稳定运行。

3 几种常用导线类型与特性分析

输电线路中常用的导线类型有铝绞线、铝合金绞线、钢芯铝绞线与钢芯高强度铝合金绞线，它们各自具有独特的性能和应用场景。

铝绞线：铝绞线因其良好的导电性能和较低的成本，在输电线路中得到广泛应用。铝材料的密度较低，相同截面积的铝绞线重量较轻，便于安装和维护。然而，铝绞线的抗拉强度相对较低，不适合承受重冰区覆冰带来的额外荷载。

铝合金绞线：铝合金绞线通过添加合金元素改善了铝的机械性能，提高了抗拉强度和耐磨损性。铝合金导线具有更好的抗腐蚀性能，适合在恶劣气候条件下使用。铝合金绞线的载流量较同等截面积的铝绞线有所提高，适用于高负荷输电线路。

钢芯铝绞线：钢芯铝绞线结合了钢的高强度和铝的导电性，适用于高负荷和重冰区输电线路。钢芯的存在显著提高了导线的抗拉强度，使其能够承受更大的荷载，减少因覆冰导致的断裂风险。钢芯铝绞线的经济性较好，是一种成本效益较高的选择。

钢芯高强度铝合金绞线：高强度铝合金绞线在钢芯铝绞线的基础上，进一步提高了铝合金的强度和耐磨损性。这种导线具有更高的安全系数，适合用于极端气候条件下的输电线路。钢芯高强度铝合金绞线在提高输电线路的可靠性方面具有明显优势，但成本相对较高。

4 导线选型的影响因素

在重冰区，导线所承受的荷载与覆冰厚度密切相关。覆冰厚度的增加会导致导线荷载成倍增长，对杆塔结构造成巨大压力。根据研究数据，覆冰厚度每增加1mm，导线荷载可增加约6%至10%。这意味着在设计输电线路时，必须考虑到预期的最大覆冰厚度，以确保杆塔和导线能够安全承载。

为了适应重冰区的荷载要求，杆塔的设计需要更为坚固，可能需要采用更大的截面积和更高强度的材料，以防止因覆冰导致的杆塔损坏或倒塌。

覆冰厚度的增加还会影响导线的张力。在覆冰情况下，导线张力的增加可能导致导线伸长，进而影响弧垂和线路的稳定性。因此，导线的选型需要考虑到其在覆冰条件下的张力变化。

5 导线选型比较分析

5.1导线张力特性与安全系数分析

在重冰区输电线路的导线选型中，导线的张力特性和安全系数是至关重要的考量因素。

张力特性：导线在不同覆冰条件下的张力特性直接影响到线路的稳定性和安全性。根据研究，导线在覆冰状态下的最大张力不应超过其拉断力的70%，以保证在极端气候条件下线路的可靠性。

例如，钢芯高强度铝合金绞线在覆冰条件下展现出较低的张力变化率，这使得其在重冰区的应用中更为可靠。

安全系数：导线的安全系数是指在设计时考虑的额外安全裕度，以应对不可预见的极端条件。重冰区的导线需要有更高的安全系数，以抵御覆冰带来的额外荷载。

通过计算，铝合金绞线在正常使用张力和统一放松使用张力情况下，展现出较高的安全系数，使其成为重冰区导线选型的优选之一。

5.2导线机械特性与经济性比较

导线的机械特性和经济性是决定其在重冰区应用的关键因素。

机械特性：导线的机械特性包括其抗拉强度、耐磨损性和弧垂特性等。重冰区的导线需要具备优异的机械性能，以适应恶劣的气候条件。

钢芯铝绞线和钢芯耐热铝合金绞线在机械强度上表现突出，但考虑到成本因素，钢芯铝绞线在覆冰厚度较大时可能不是最佳选择。

经济性比较：在导线选型时，经济性是一个不可忽视的因素。需要对比不同导线类型的成本，包括初期投资、运行维护费用以及潜在的故障修复成本。

6 结论

根据对重冰区输电线路导线选型的研究，可以得出以下结论：

（1）在重冰区输电线路设计时，优先考虑使用钢芯高强度铝合金绞线，因其在机械强度和弧垂特性上的优势，适合重冰区的恶劣条件。在覆冰厚度较大的情况下，考虑使用铝合金绞线，并适当放松使用张力，以提高线路的安全性和经济性。对于钢芯铝绞线和钢芯耐热铝合金绞线，建议在覆冰厚度较薄的区域使用，或在经济性和机械性能之间寻求平衡。

（2）在设计阶段进行详细的覆冰厚度分析，并据此选择合适的杆塔设计和导线张力，以适应重冰区的气候条件。

（3）在导线选型时，进行详细的经济性评估，包括初期投资、运行维护费用以及潜在的故障修复成本，以选择最具成本效益的导线。

参考文献

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