摘要：耐热导线主要通过特殊材料来制作，因此有超过普通导线40%以上的输电能力，可用在输电线路扩容改造工程当中。本文结合笔者多年的研究和实践，从耐热导线的相关原理出发，探讨耐热导线在输电工程中的实践应用，以供参考。
关键词：耐热导线；输电工程；实践应用
耐热导线通过特殊的材料进行制作，因此即便高温下依旧可以不受影响正常运行，确保较低的弧垂，截流量也能高出普通导线40%以上，针对一些含有旧线路杆塔和基础电网改造的工作，耐热导线可从旧导线走廊应用，在不进行电力线路廊道征地与青苗赔偿的情况下，更换部分架设导线和金具就能降低工程的建设量，缩短工程周期，降低投入成本。耐热导线还具有非常多的优势，因此对其在输电工程中的应用进行探讨具有非常重要的意义。
1.耐热导线耐热原理分析
根据焦耳定律可知，由于电阻的原因金属导线通电后温度会升高，机械性能降低，于是对应的输电功能下降。要确保导线具有较高的输电能力，有学者提出在导线铝材中添加Zr元素，以提高铝材耐热性能，确保导线能够在较高的温度下运行，不会影响其传输能力，这就是耐热导线应用原理体现出来的优势之一。耐热导线耐热程度较高，正是加入Zr元素，于是导线再结晶温度提升，金属材料经过冷加工处理会有晶格缺陷并出现塑性变形问题，进行加工时又受到高温影响，材料原子热能也增加，金属材料的晶格缺陷容易移动，部分的热能将转变为机械能，于是将原材料的部分热量消耗掉，提高金属材料耐热的性能。通常情况下电力系统架空输电导线工作的温度在200℃以内，但其真实的耐热导线工作温度比该数值高得多，也可知其耐热性能非常好。软化起始温度是衡量导线耐热性的一个重要指标[1]。部分学者通过实验比较，发现改进后的耐热铝合金导线比普通硬铝导线软化起始温度高了 100 ℃，这说明耐热导线的耐热能力明显高于普通硬铝导线。
2.耐热导线载流量计算与分析
目前应用的耐热导线载流量计算公式为英国摩尔根公式，但由于需要考虑到较多的因素，计算过程相对复杂，所以也有不少学者提出简化式的摩尔根公式对耐热导线载流量进行计算，表达公式如下：Ⅰ1=（（9.92θ（VD）0.485+πεSD（（θ+ta+273）4-（ta+273）4）-asⅠsD•（K1Rdt）-1）1/2，该式中θ指代耐热导线运行的升温情况，V表示风速，D表示导线外径，ε表示导线表面辐射系数，新导线为0.23~0.46，旧导线为0.9~0.95，S表示史蒂芬鲍尔茨曼常数，Ⅰs表示日光对导线照射的强度，ta表示环境温度，as表示导线吸热系数，K1表示t温度基础上交直流电阻比，Rdt表示t温度下的直流电阻情况。从上述公式可以看出，该公式能够应用在输电导线运行温度在120℃，环境温度在40℃，风速在0.5m/s以及直径在4.2~100mm范围的耐热导线载流量的计算当中，而耐热导线载流量和导线电阻率、风速、环境温度都有密切的关系，在导线运行过程中工作温度升高，耐热导线载流量增加。
以简化式的摩尔根公式和《导体与电器选择设计技术规定》为参考，对相同截面JL/LB1A型耐热导线载流量进行计算，发现导线工作温度在90℃时对应的载流量数据比70℃情况下提高29%~37%之间，如果导线载流量不变，那么耐热导线所需截面要明显小于普通导线截面。由此可见，实际工作应用耐热导线能够取代普通导线而提高温度的承载力，载流量增加，输送的功能也会提高[2]。
3.耐热导线的结构分析
常见的电网工程中，耐热导线主要应用在大跨越架空线路或是扩容改造的架空线路当中，比如GTACS间隙型耐热导线、Invar殷钢耐热导线、ACCC碳纤维导线、ACCR铝基陶瓷显微芯软铝绞线[3]。从耐热性的角度来看，电力工程比较常用的普通钢芯铝绞线极限工作的对应温度在70~100℃范围，碳纤维导线极限工作的温度可达到160℃，对比下殷钢芯导线、间隙型导线和铝基陶显微芯软铝绞线的极限工作温度更高，分别有220℃、210℃以及240℃，这些耐热强度明显比普通钢芯铝绞线更高。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆从能量损耗来看，线路交流电阻损耗 会随着输送容量增大而增大，在输送相同电容量的情况下，铝包钢芯材料类的耐热导线节能效果会比碳纤维导线的好，也就是说，铝包钢芯材料类的耐热导线电阻损耗更小[4]。
4.耐热导线在输电工程中的实践应用
4.1引入工程案例简述
本文引入的案例为广西电网西南部某地区的110kV甲、丙变电站通过1回110kV线路和220kV1号变电站相连。甲变电站到1号变电站的A段输电导线、甲变电站到乙变电站的B段输电导线型号都是LGJ-240，对应长度分别为40km和30km。近期两个大型铝企业根据自身需求扩建工程，新建有四条生产线投产，预计1号变电站所带负荷达105MW，为满足该区域未来负荷发展要求，还要新建一个110kV丁变电站。
4.2丁变电站接入系统的方案分析
结合工程部分输电线路极限输送容量，在新增负荷以后，该区域负荷的容量已经超出极限输送容量，但因为A段导线建设时应用的杆塔只能挂LGJ-240导线，所以这项工程不能采用增加导线截面积的方式进行设计。经过论证以后，需要建设的丁变电站接入系统方案有三种：第一种：征用土地，新建电力走廊，架设1回型号是LGJ-240长度为40km的导线C，丙变电站和甲变电站接入1号变电站，丁变电站π接到B线路，π接线路长是2km。第二种：结合电力走廊较为困难的现实，第二种方案采用的是地下电缆的方式，新挖了电缆沟道，敷设电缆线路D，丁变电站通过电缆直接接入1号变电站，电缆长度是45k m。第三种：耐热导线在老旧线路扩容改造上具备很大的优势，利用原线路杆塔，不需要进行征地和基础建设，就能缩短施工的工期。而同样截面的普通钢芯耐热铝合金导线的增容效果是普通导线的1.4~1.6倍甚至更高，所以第三种方案在第一种方案的基础上，将A段旧输电线路更换成为NRLH60~240耐热导线。如果当时的环境温度是40℃，那么NRLH60-240耐热导线运行的工作温度达到90℃，导线截流量是641A，也就是导线输送容量是122MW，如果导线温度持续升高，其截流量也会伴随性升高，输送容量也将增加。由此可见，将A段旧输电线路更换为NRLH60-240耐热导线，可以满足丁变电站近区负荷增长的需求。
4.3接入系统方案的经济性分析
在上述的第一种方案中要协调社会资源获取线路走廊路径，在项目前期要进行征地补偿，那么会遇到很多阻力，建设工期将拉长，并且A段输电导线与线路近区的楼宇距离有限，A段旧线路附近新建线路施工比较困难，所以新建线路不适合该案例工程。第二中方案中，丁变电站单独接入1号变电站，具有很高的可靠性，接线也比较简单，运行管理均很方便，但敷设的电缆将需要很大的投资，缺乏经济性。第三种方案弧垂校验通过的基础上，需要应用原有架空杆塔和部分的金具，不需要新征电力走廊，因此经济性很好，如果只是考虑线路与便带你投资，那么第一种方案和第三种方案均可行。由于这些方案方法不一样，如第一种方案未提到土地补偿的费用，那么在项目与路径种植树木类型和价值相关的情况下，无法真正评估出经济值。第二种方案敷设电缆线路较长，投资巨大，很少有工程会以该方案实施，通常是需要结合电缆和架空线路，但这又需要与相关部门协商。第三种方案尽管线路与变电投资较少，最具有经济性，但在运行温度升高的情况下，耐热导线输送容量也会增大，线路损耗增加，所以要结合实际情况考虑。
5.结束语
综上所述，在输电工程中应用耐热导线要结合实际工程及相关情况考虑，同时参考耐热导线施工的经济性以及线损方面不同程度的运行费用，综合权衡后才能做出合理选择。
参考文献：
[1]邹伟丰.耐热铝合金导线在高架空输电线路增容改造的设计应用[J].电子测试，2018，25（1）：113-114.
[2]张博，田旭.耐热导线电气参数计算与经济效益分析[J].青海电力，2014，33（1）：1-3.
[3]林浩，胡全.老旧输电线路增容工程中耐热导线的选择应用[J].中国电业，2016，6（3）：65-67.
[4]张云都，蒲晓羽.耐热导线在输电技术中的研究与应用[J].华北电力技术，2017，11（2）：90-94.
论文作者:农天荣1,蓝维维2
论文发表刊物:《基层建设》2019年第33期
论文发表时间:2020/5/7