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摘要：随着电网建设的发展和线路输送容量的需要，耐热导线已成为提高导线载流量的有效途径之一，已越来越多地应用在电网建设中。广东电网在顺应电网规划建设中，高温超导电缆能采用相对较低的电压进行长距离输电，减少电网线损一半左右，大大节约超高压线路建设的成本，更保护生态环境，符合电网建设长远发展目标
关键词：耐热导线；耐热机理；金具
随着广东经济的发展，广东省电网规模2010年将会达到500千伏变电站39座，容量7625万千伏安、线路约8484千米；220千伏变电站344座，容量14133万千伏安、线路约20749千米。十二五期间将继续积极推进500千伏外环网建设，完善内环网，形成以珠江三角洲双回路内外环网为核心，向粤东、粤西、粤北双回路链式联接的500千伏骨干网架。
现有电网网架势必需要新建更多的输电线路，如何提高单位走廊的输送容量，作为提高线路输送容量的对策，主要从两条途径解决:一是提高输电电压，二是提高输电电流。在电压一定的前提下，提高输电电流密度，即提高导线允许输电容量就显得十分重要。目前广东电网架空输电线路所使用的导线基本上都是传统的铝包钢芯铝绞线（ACS侧AC），由于其耐熱性能相对较弱，因此线路的输电容量受到一定的限制。基于这种背景，在新建线路或者改造线路上采用耐热导线并加以推广应用，将缓解输电线路走廊紧张的被动局面，定会产生显著的经济效益和社会效益。
一、耐热导线的耐热机理
众所周知，铜、铝等金属导体材料通电以后随着自身温度的提高，其机械性能降低，因而大大影响了输电能力的提高。
1949年，美国通过研究首先发现:在铝材中适当添加金属错（Zr）元素能提高铝材的耐热性能。该项发现受到国际上相关专业人士的关注和重视，尤其是日本在开发和研究耐热导线方面取得较大进展，开发出在铝中添加0.1%左右的错的耐热铝合金导线，并于上世纪60年代初开始在输电线路实际应用。耐热铝合金导线一经问世即显示出强大的生命力，以最基本的耐热铝合金导线—铝包钢芯耐热铝合金绞线（TACSR/AC）为例，其连续运行温度及短时容许温度比常规铝包钢芯铝绞线（TACSR/AC）要提高60℃，分别为150℃及180℃，因此大大提高了输电能力。
在铝材中添加金属错能提高铝材的耐热性能，这主要是由于添加了金属错以后铝材的再结晶温度得到了提高。从金属学上的耐热机理来分析，金属经过冷加工以后会提高机械性能，其机械性能相应恢复到冷加工以前的退火状态。这种铝合金的耐热机理与一般金属的耐热机理类似，提高耐热性能就是要设法防止畸变能的减少，使其机械性能不至于因温度升高而受损失。由于固溶体错自身转位的微观运动受到较大的障碍而形成耐热效果。
二、设计应用的技术
（一）导线的张力设计
耐热铝合金导线的规格与常用的普通钢芯铝绞线可以做到完全相同，物理参数也很接近，改造线路增容采用与原有导线规格相同的导线时，导线张力的选取完全可以与原有导线张力相同或略低于原有导线张力。新建线路导线张力的选取可以采用普通钢芯铝绞线导线张力的选取设计方法。
（二）弧垂设计
由于耐热导线提高了输送容量，导线运行温度通常在110~150℃，导线弧垂相应增加，档距越大，弧垂增加越多。一般情况下，耐热铝合金导线的运行温度为150℃，普通钢芯铝绞线为70℃，规律档距在200~300 m时，耐热铝合金导线比普通钢芯铝绞线的弧垂增加2~2.5 m。设计时需要根据工程情况选择合适的导线和导线温度，按正常输送容量时的导线温度定位，用极限温度输送容量时的导线温度来进行弧垂校验。此时，对地距离和交叉跨越均应满足设计规程的要求。
极限温度输送容量（N-1条件）可能在各种运行工况下出现，应按极限温度时计算最大风偏情况下的导线弧垂，并校验边导线与建筑物、树木、山坡、峭壁、岩石等的距离。
（三）金具
与耐热铝合金导线直接接触的耐张线夹、修补管、接序管等金具，如仍然使用普通导线的金具，会使普通导线金具不能承担耐热导线所提高的载流量而过热，需要配套设计金具。通过提高金具与耐热导线的直接接触面积和有效载流面积，减少通过金具的电流密度，降低金具的运行温度，或采用耐热材料制造耐热金具，保证金具的运行安全。随着耐热铝合金导线的挂网使用，一些金具厂为之配套了适用的各种金具。上海宝翔机械有限公司、四平线路器材厂、南京线路器材厂等均可提供耐热铝合金导线金具。
（四）电能损耗比较
以普通导线正常载流量为基准，同截面的耐热铝合金导线和普通导线的单位长度年损耗差很小，换以不同截面耐热铝合金导线时的单位长度年损耗差较大。导电率60%耐热铝合金线的线损是导电率58%耐热铝合金线线损的3/4。
由于耐热铝合金导线和普通导线每公里单位投资差别不大，而同等截面规格耐热导线与普通钢芯铝绞线相比，耐热导线线损较大，说明相同载流量条件下，以小截面耐热导线替代大截面普通钢芯铝绞线是不经济的。
如果利用旧杆塔，将普通导线更换为同截面耐热导线，达到增容目的就比较经济了。以单回线路更换240~，耐热导线（相当于400 mm普通钢芯铝绞线的正常载流量）为例，先期节省投资的再投资收益率按8%考虑，节省的先期投资可在6~8年折完，此后将增加运行成本。
三、工程实践中的应用
220kV某变电站原有180MVA主变2台，站内主母线采用LDRE-130/116管母线，线路、母联及旁母均采用LGJ-630/55R的普通钢芯铝导线。本期扩建为180MVA主变2台，发展远景为4×180MVA容量，相应的线路、母联及旁母导线均进行必要改造，才能满足运行需求。220kV线路甲、乙线，采用NRLH58GJ-810/55的TACSR导线，双回路同塔并架。以代替LGJ-630/55的ACSR导线，经过容许电流比值试验分析。验证增大输电容量50%~60%。如使用ACSR导线需2根630mm2，而使用TACSR导线仅需1根800mm2，节省了母线用的金具和耐张绝缘子串。而且，由于导线重量及弧垂增加并不影响线路的安全运行，原铁塔并不需更换，从而节省了大量的费用。
220kV某变电站母联及旁母间隔，将原来的LGJ-630/55的ACSR导线更换为NRLH58GJ-1440/120的TACSR导线。相应的设备线夹、耐张线夹及T型线夹也分别更改为SY（G）-1440/120N（A、C）、NY-1440/120N及TY-1440/120N型。已满足扩容后4台72MVA主变容量的过流及温升要求。
四、结语
实践证明，耐热铝合金导线作为一种性能良好的特种导线，在我国许多大、中城市主干线路、城网增容改造线路中得到广泛应用，并有良好的运行经验。耐热铝合金导线还具有良好的性能价格比，目前，国产的耐热铝合金导线单价约为普通导线的1.31倍，而它的载流量可达到普通导线的1.4-1.7倍，比使用普通导线的综合造价要低许多。随着广东电网不断开发建设，开辟新线路走廊必将越来越困难，而将耐热导线这种增容导线应用在新建和改造线路上，可缓解输电线路走廊紧张的局面，这既响应了国家节能降耗的政策，也符合建设两型电网即“环境友好型”和“资源节约型”电网的要求，必将产生显著的经济效益和社会效益。
关键词：耐热导线；耐热机理；金具
随着广东经济的发展，广东省电网规模2010年将会达到500千伏变电站39座，容量7625万千伏安、线路约8484千米；220千伏变电站344座，容量14133万千伏安、线路约20749千米。十二五期间将继续积极推进500千伏外环网建设，完善内环网，形成以珠江三角洲双回路内外环网为核心，向粤东、粤西、粤北双回路链式联接的500千伏骨干网架。
现有电网网架势必需要新建更多的输电线路，如何提高单位走廊的输送容量，作为提高线路输送容量的对策，主要从两条途径解决:一是提高输电电压，二是提高输电电流。在电压一定的前提下，提高输电电流密度，即提高导线允许输电容量就显得十分重要。目前广东电网架空输电线路所使用的导线基本上都是传统的铝包钢芯铝绞线（ACS侧AC），由于其耐熱性能相对较弱，因此线路的输电容量受到一定的限制。基于这种背景，在新建线路或者改造线路上采用耐热导线并加以推广应用，将缓解输电线路走廊紧张的被动局面，定会产生显著的经济效益和社会效益。
一、耐热导线的耐热机理
众所周知，铜、铝等金属导体材料通电以后随着自身温度的提高，其机械性能降低，因而大大影响了输电能力的提高。
1949年，美国通过研究首先发现:在铝材中适当添加金属错（Zr）元素能提高铝材的耐热性能。该项发现受到国际上相关专业人士的关注和重视，尤其是日本在开发和研究耐热导线方面取得较大进展，开发出在铝中添加0.1%左右的错的耐热铝合金导线，并于上世纪60年代初开始在输电线路实际应用。耐热铝合金导线一经问世即显示出强大的生命力，以最基本的耐热铝合金导线—铝包钢芯耐热铝合金绞线（TACSR/AC）为例，其连续运行温度及短时容许温度比常规铝包钢芯铝绞线（TACSR/AC）要提高60℃，分别为150℃及180℃，因此大大提高了输电能力。
在铝材中添加金属错能提高铝材的耐热性能，这主要是由于添加了金属错以后铝材的再结晶温度得到了提高。从金属学上的耐热机理来分析，金属经过冷加工以后会提高机械性能，其机械性能相应恢复到冷加工以前的退火状态。这种铝合金的耐热机理与一般金属的耐热机理类似，提高耐热性能就是要设法防止畸变能的减少，使其机械性能不至于因温度升高而受损失。由于固溶体错自身转位的微观运动受到较大的障碍而形成耐热效果。
二、设计应用的技术
（一）导线的张力设计
耐热铝合金导线的规格与常用的普通钢芯铝绞线可以做到完全相同，物理参数也很接近，改造线路增容采用与原有导线规格相同的导线时，导线张力的选取完全可以与原有导线张力相同或略低于原有导线张力。新建线路导线张力的选取可以采用普通钢芯铝绞线导线张力的选取设计方法。
（二）弧垂设计
由于耐热导线提高了输送容量，导线运行温度通常在110~150℃，导线弧垂相应增加，档距越大，弧垂增加越多。一般情况下，耐热铝合金导线的运行温度为150℃，普通钢芯铝绞线为70℃，规律档距在200~300 m时，耐热铝合金导线比普通钢芯铝绞线的弧垂增加2~2.5 m。设计时需要根据工程情况选择合适的导线和导线温度，按正常输送容量时的导线温度定位，用极限温度输送容量时的导线温度来进行弧垂校验。此时，对地距离和交叉跨越均应满足设计规程的要求。
极限温度输送容量（N-1条件）可能在各种运行工况下出现，应按极限温度时计算最大风偏情况下的导线弧垂，并校验边导线与建筑物、树木、山坡、峭壁、岩石等的距离。
（三）金具
与耐热铝合金导线直接接触的耐张线夹、修补管、接序管等金具，如仍然使用普通导线的金具，会使普通导线金具不能承担耐热导线所提高的载流量而过热，需要配套设计金具。通过提高金具与耐热导线的直接接触面积和有效载流面积，减少通过金具的电流密度，降低金具的运行温度，或采用耐热材料制造耐热金具，保证金具的运行安全。随着耐热铝合金导线的挂网使用，一些金具厂为之配套了适用的各种金具。上海宝翔机械有限公司、四平线路器材厂、南京线路器材厂等均可提供耐热铝合金导线金具。
（四）电能损耗比较
以普通导线正常载流量为基准，同截面的耐热铝合金导线和普通导线的单位长度年损耗差很小，换以不同截面耐热铝合金导线时的单位长度年损耗差较大。导电率60%耐热铝合金线的线损是导电率58%耐热铝合金线线损的3/4。
由于耐热铝合金导线和普通导线每公里单位投资差别不大，而同等截面规格耐热导线与普通钢芯铝绞线相比，耐热导线线损较大，说明相同载流量条件下，以小截面耐热导线替代大截面普通钢芯铝绞线是不经济的。
如果利用旧杆塔，将普通导线更换为同截面耐热导线，达到增容目的就比较经济了。以单回线路更换240~，耐热导线（相当于400 mm普通钢芯铝绞线的正常载流量）为例，先期节省投资的再投资收益率按8%考虑，节省的先期投资可在6~8年折完，此后将增加运行成本。
三、工程实践中的应用
220kV某变电站原有180MVA主变2台，站内主母线采用LDRE-130/116管母线，线路、母联及旁母均采用LGJ-630/55R的普通钢芯铝导线。本期扩建为180MVA主变2台，发展远景为4×180MVA容量，相应的线路、母联及旁母导线均进行必要改造，才能满足运行需求。220kV线路甲、乙线，采用NRLH58GJ-810/55的TACSR导线，双回路同塔并架。以代替LGJ-630/55的ACSR导线，经过容许电流比值试验分析。验证增大输电容量50%~60%。如使用ACSR导线需2根630mm2，而使用TACSR导线仅需1根800mm2，节省了母线用的金具和耐张绝缘子串。而且，由于导线重量及弧垂增加并不影响线路的安全运行，原铁塔并不需更换，从而节省了大量的费用。
220kV某变电站母联及旁母间隔，将原来的LGJ-630/55的ACSR导线更换为NRLH58GJ-1440/120的TACSR导线。相应的设备线夹、耐张线夹及T型线夹也分别更改为SY（G）-1440/120N（A、C）、NY-1440/120N及TY-1440/120N型。已满足扩容后4台72MVA主变容量的过流及温升要求。
四、结语
实践证明，耐热铝合金导线作为一种性能良好的特种导线，在我国许多大、中城市主干线路、城网增容改造线路中得到广泛应用，并有良好的运行经验。耐热铝合金导线还具有良好的性能价格比，目前，国产的耐热铝合金导线单价约为普通导线的1.31倍，而它的载流量可达到普通导线的1.4-1.7倍，比使用普通导线的综合造价要低许多。随着广东电网不断开发建设，开辟新线路走廊必将越来越困难，而将耐热导线这种增容导线应用在新建和改造线路上，可缓解输电线路走廊紧张的局面，这既响应了国家节能降耗的政策，也符合建设两型电网即“环境友好型”和“资源节约型”电网的要求，必将产生显著的经济效益和社会效益。