國內鍍鋅鋼絞線標準對比

王 煦， 王紅梅

(上海國纜檢測中心有限公司， 上海 200093)

鍍鋅鋼絞線是架空輸電線路中應用最為廣泛的地線材料，將其架設在輸電線路或受保護的設備上方，當線路或設備上方出現雷暴對地放電時，閃電首先擊中架空地線，然后通過接地線或金屬桿塔本體將雷電引入大地，從而避免輸電線路或設備直接遭受雷擊，以提高輸電線路和相關設備的運行安全性，架設地線是輸電線路中最基本的防雷措施之一[1]。

DL 5497—2015《高壓直流架空輸電線路設計技術規程》要求高壓直流架空輸電線路應沿全線架設雙地線，GB 50545—2010《110～750 kV架空輸電線路設計規范》和GB 50665—2011《1 000 kV架空輸電線路設計規范》要求 500 kV以上線路應全線架設雙地線，GB 50545—2010還要求220～330 kV輸電線路應全線架設雙地線，年平均雷暴日數不超過15 d(天)的地區或運行經驗證明雷電活動輕微的地區，可架設單地線，山區宜架設雙地線，110 kV輸電線路宜全線架設雙地線，GB 50061—2010《66 kV及以下架空電力線路設計規范》要求66 kV架空電力線路在年平均雷暴日數30 d以上的地區，全線架設地線。

由上述標準或規范可知架空線路地線的用量巨大，目前國內常用的鍍鋅鋼絞線標準主要包括YB/T 5004—2012《鍍鋅鋼絞線》，GB/T 1179—2017《圓線同心絞架空導線》和國家電網公司企業標準Q/GDW 13236.5—2014《導、地線采購標準 第5部分：鍍鋅鋼絞線專用技術規范》。在這些標準中，因為數年前相關標準缺失，電力行業無架空地線標準可用，所以YB/T 5004—2012被當做架空地線標準，應用范圍廣泛。Q/GDW 13236.5—2014對YB/T 5004—2012進行了一些修改，并糅合了GB/T 1179—2008的部分技術內容，成為國家電網公司招標采購的技術規范；GB/T 1179—2017根據國內實際情況，對GB/T 1179—2008(修改采用IEC 61089：1991+A1：1997 《圓線同心架空絞線導線》)中的鍍鋅鋼絞線相關內容進行了修正，使之更加符合國情，應用范圍更加廣泛。筆者對以上3項標準進行了分析比較，旨在為各相關方提供合理的標準選用建議。

1 主要技術內容比較

鍍鋅鋼絞線的主要技術內容包括：絞線結構、絞向和絞線節徑比、絞制增量、絞線單位長度質量、絞線直流電阻、絞線綜合拉斷力等，其中絞線結構和絞線節徑比決定了絞線的絞制增量、絞線單位長度質量、絞線直流電阻及絞線綜合拉斷力的計算方法。因此，筆者從絞線結構和絞線節徑比入手來比較各相關量的計算方法。

1.1 絞線結構

對于用作架空地線的鍍鋅鋼絞線，目前各種標準中其構型均為圓線同心絞合結構，除YB/T 5004—2012中允許有3根單線同心絞合結構外，其余3種同心絞合結構(7根絞、19根絞和37根絞)在3項標準中的要求均一致，即所有單絲直徑應均勻一致。因3根絞結構的鍍鋅鋼絞線標稱截面積普遍較小，無法滿足將瞬時大電流導入地下的要求，故輸電線路領域幾乎沒有相關應用，因此筆者不進行相關分析討論。

1.2 絞向和絞線節徑比

絞線的絞向決定了施工時放線機的布置方式，錯誤的絞向會導致放線過程中絞線散股。從離開觀察者的運動方向，順時針為右向，逆時針為左向。亦可將絞線垂直放置，觀察單線方向，當單線符合英文字母Z的中間部位的方向時，即為右向，當單線符合英文字母S的中間部位的方向時，即為左向。3項標準中對于絞向的表述基本一致，即最外層絞向應為右向，相鄰層絞向相反，如有特殊需求，需在訂貨時特別說明。

表1 3項標準對絞線節徑比的要求Tab. 1 Requirements of three standards for lay ratio of the stranded conductor

3項標準對于絞線節徑比的規定如表1所示，可知YB/T 5004—2012僅規定了絞線節徑比的上限，另外兩項標準不僅規定了絞線節徑比的上限和下限，且規定了各層節徑比之間的大小關系。

1.3 絞制增量

絞線的圓線同心絞合結構確定了絞線參數的算法，影響絞線諸多性能參數的絞制增量，由絞線節徑比決定，其算法如下所示[2]

(1)

式中：ai為第為i層的絞制增量；Pi為第i層的節徑比；Di為第i層的外徑；d為單絲直徑。

(2)

式中：∑a為絞線的總絞制增量；ni為第i層的根數。

由式(1)和式(2)可知，絞制增量取決于絞線各絞層的節徑比。對3項標準的理論絞制增量進行計算，計算結果如表2所示。由于YB/T 5004—2012未規定節徑比下限，無法取值計算。另外兩項標準中，取相應絞層的平均節徑比，即對Q/GDW 13236.5—2014規定的鋼絞線按照每層節徑比為12進行計算，對GB/T 1179—2017規定的鋼絞線按照每層節徑比為13進行計算。

表2 絞線在理論節徑比下的理論絞制增量Tab. 2 Theoretical stranding increment of stranded conductors under theoretical lay ratio

對于絞線單位長度質量，可按照下式進行計算

M=ρS·(1+a)

(3)

式中：M為鋼絞線單位長度質量；ρ為鋼絞線密度，取7.78 g·cm-3；S為鋼絞線頭名稱截面積；a為絞制增量。

由式(3)可反推絞線的絞制增量公式

(4)

根據式(4)分別計算3項標準中相同結構絞線的絞制增量，計算結果如表3所示?？芍?項標準中，YB/T 5004—2012的絞線規格最多，GB/T 1179—2017中僅刪除了截面較小的非常用規格，Q/GDW 13236.5—2014標準中的絞線規格最少。3項標準中，具有相同結構的絞線，單位長度質量各不相同，由此反算各自絞制增量亦不相同；YB/T 5004—2012中具有相同結構的絞線，絞制增量各不相同；Q/GDW 13236.5—2014中具有相同結構的絞線，絞制增量各不相同，且與理論絞制增量差異較大；GB/T 1179—2017中具有相同結構的絞線，絞制增量基本一致，且與理論絞制增量基本一致。

表3 3項標準中相同結構絞線的絞制增量計算值Tab. 3 The calculated value of the stranding increment of the same structure stranded conductors in the three standards

注：—表示標準中無相應規格參數。

1.4 絞線直流電阻

對于架空地線，其核心作用是在遭受雷擊時將瞬時大電流及時導入地下，因此絞線直流電阻也是線路設計所需的重要參數。在YB/T 5004—2012中未提及絞線直流電阻的任何信息，使用者在設計時將缺失理論依據。Q/GDW 13236.1—2014中指出，絞線其他參數應符合GB/T 1179的要求。該標準發布時，GB/T 1179的版本為GB/T 1179—2008，而GB/T 1179—2008中的鋼絞線參數源自IEC 61089:1991+A1:1997，與Q/GDW 13236.5—2014中絞線參數差異較大，因此亦無法從該標準中找出可用于設計計算的絞線電阻值。

GB/T 1179—2017根據國內實際情況，增加了常用規格，刪除了小截面規格和不常用規格，刪除了B級鍍層的鋼線，增加了鋼線的強度等級種類，并對每個規格分別列出絞線直流電阻，為各使用方提供了豐富的選擇空間，為線路設計計算提供了理論依據。

1.5 絞線綜合拉斷力

綜合拉斷力是絞線的核心性能指標之一，線路設計、施工、運行時均需要用到該參數。YB/T 5004—2012標準中規定的絞線綜合拉斷力算法如下

RTS=k·∑(Ti)

(5)

式中：RTS為絞線綜合拉斷力；k為換算系數；Ti為每根鋼絲的拉斷力。

對比Q/GDW 13236.5—2014和YB/T 5004—2012標準中相同型號規格的絞線參數發現，二者拉斷力一致。

GB/T 1179—2017規定的鋼絞線綜合拉斷力為所有單線最小拉斷力的總和，與式(5)相比，未對所有單線最小拉斷力的總和乘以換算系數。此外，GB/T 3428—2012 《架空絞線用鍍鋅鋼線》中任一強度等級的單線抗拉強度均高于YB/T 5004—2012的對應等級。以上兩因素導致對于相同規格和結構的絞線而言，GB/T 1179—2017中絞線拉斷力總是高于YB/T 5004—2012中對應強度等級的絞線拉斷力。

2 主要技術參數分析

由以上主要技術內容對比可知，3項標準中主要的技術參數差異體現在幾個方面，即絞線節徑比要求不同，絞線單位長度質量不同，絞線綜合拉斷力不同，絞線20 ℃時直流電阻不同。

2.1 絞線節徑比和絞線單位長度質量

以上技術差異中，絞線節徑比要求不同，必然導致相應的絞制增量不同，亦必然引起絞線單位長度質量不同。故上文所述3項標準的主要差異中的前兩條可合二為一。根據圓線同心絞合的理論模型，具有相同結構和節徑比的絞線應具有相同的絞制增量，不同結構的絞線絞制增量自然不同。但是，由表3可見，YB/T 5004—2012和Q/GDW 13236.5—2014中具有相同結構的絞線，絞制增量各不相同，Q/GDW 13236.5—2014的絞制增量與表2所示的理論絞制增量差異較大。

按照式(1)和表3中的相應絞制增量，反算各絞線的節徑比，以單絲根數為7根，單絲直徑為3.00 mm的絞線為例，計算得到絞線的平均節徑比僅為5.1，該絞線在YB/T 5004—2012和Q/GDW 13236.5—2014中，單位長度質量的數值一致。Q/GDW 13236.5—2014中單絲根數為19根，絞制增量為7.00%的絞線，反算其平均節徑比僅為6.1，與該標準規定的節徑比(10～14)相矛盾。

在YB/T 5004—2012中，因其未規定絞線節徑比下限，而且單線直徑允許偏差范圍較大，在生產過程中也許可以通過增大單絲外徑，調整絞線節徑比的方法，來達到規定的單位長度質量；此外該標準并未對單位長度質量偏差進行規定，即無需考核單位長度質量。

在Q/GDW 13236.5—2014中，絞線標稱單位長度質量偏離理論值較多，且該標準嚴格規定了絞線節徑比下限和單位長度質量偏差要求，則按照該標準規定的參數生產時，無論采用何種手段，絞線都不可能達到規定的單位長度質量要求。這對于招標技術文件而言，任何投標者若按照該文件規定的節徑比和單絲直徑進行生產、檢測投標，則必然造成投標者產品單位長度質量“不合格”?？梢奞/GDW 13236.5—2014中的絞線，僅有4種規格的絞線參數符合邏輯，能夠投入生產和應用，其余規格則無法生產。

上述分析表明，YB/T 5004—2012在計算絞線單位長度質量時，除去某些疏漏，仍存在邏輯混亂的問題，但是尚可通過技術手段達到標準自身要求，能夠形成自洽的閉環。而Q/GDW 13236.5—2014存在大量規格絞線的節徑比和單位長度質量自相矛盾現象，標準內容本身無法自洽，亦更無法正確指導生產和采購。

GB/T 1179—2017中不同結構的絞線絞制增量不同，相同結構的絞線增量不會因規格改變而改變，其邏輯清晰合理。

2.2 絞線綜合拉斷力

3項標準中，Q/GDW 13236.5—2014和YB/T 5004—2012中相同型號規格的絞線綜合拉斷力數據一致，均低于GB/T 1179—2017中相應規格對應強度等級的絞線。這表明，采用相同結構和規格的絞線，GB/T 1179—2017中的鍍鋅鋼絞線能提供更優的拉重比，這對于線路弧垂控制有利[3]。

2.3 絞線直流電阻

3項標準中，僅有GB/T 1179—2017中列出了每個規格在20 ℃時的直流電阻，為使用者設計計算提供了理論依據。

3 結論

YB/T 5004—2012中除少數疏漏外，具有相同結構的絞線，采用不同的絞制增量。另外，該標準未規定絞線節徑比下限及各絞層節徑比關系，將導致各廠家提供的產品節徑比和單位長度質量差異較大，不利于行業的標準化。

Q/GDW13236.5—2014中絞線規格較少，且相同結構的絞線，絞制增量不同；大部分結構的絞線單位長度質量與該標準規定的節徑比自相矛盾，制約了相關產品的生產和使用。

GB/T 1179—2017覆蓋了架空地線的常用規格，絞線參數合理準確，并增加了絞線直流電阻參數，方便用戶根據不同需求選擇合適型號規格的絞線，推薦各相關方采用GB/T 1179—2017作為生產和采購規范。