淺談輸電線路耐熱鋁合金導線及其應用

摘要：在國內電力發展和供電容量需求日益增大的現況下，介紹了耐熱鋁合金導線的特性，此類導線在輸電線路支撐不變動的情況下，可使輸電線路輸送容量增加，從而具有較大的經濟價值。

關鍵詞：耐熱鋁合金導線 經濟效益 輸送容量

0 引言

隨著國內經濟和建設日新月異的發展，電力供應需求量日益增加。近年來，發電機裝機容量在逐年遞增，輸電電壓由高壓向超高壓、特高壓增升。隨著遠距離大容量直流輸電技術日趨成熟，形成了全國性的高壓互聯網，架空導線輸送容量和質量的需求日益增高。

從1978到2011年，全國發電機容量從5712萬千瓦增至11.2億千瓦，年發電量由2565億千瓦增至47000.7億 千瓦。目前中國的年發電量已躍居世界第一位。

即使這樣，在我國很多經濟發達地區還存在供不應求的現象，極大地制約了當地的經濟發展。究其原因，主要是因為現有輸電線路運行能力有限，導線傳輸容量小造成的。如何在現有的輸電線路基礎上提高輸送容量是解決以上問題的關鍵。

1 架空導線傳輸容量的提高方法

1.1 現有輸電線路的增容有兩種方法 一是加大導線截面；二是采用耐熱導線，加大導線截面要求加強現有鐵塔，而采用耐熱導線則無須加強現有鐵塔。

1.2 耐熱鋁合金國內外發展 美國General Electric Research Laboratories的Mr.R.Herrington通過研究首先發現：在鋁材中適當添加金屬鋯元素能提高鋁材的耐熱性能，并于1949年發表論文對這一發現做了介紹。該項發現受到國際上相關專業人士的關注和重視。尤其是日本在開發和研制耐熱導線方面取得較大進展，開發出在鋁中添加0.1%左右的鋯的耐熱鋁合金導線，在不降低導線抗拉強度和導電率的情況下，提高其耐熱性。在原有線路上更換耐熱鋁合金導線，使傳輸容量成倍增加，滿足了日益增長的供電需求。現在日本220kV以上的高壓傳輸線路全部采用耐熱鋁合金導線。

國內于上世紀80年代末，由上海電纜研究所與武漢電纜廠聯合研制開發了普通耐熱鋁合金鋼芯絞線，由此打破了此類產品依賴進口的局面。1999年特變電工山東魯能泰山電纜有限公司自主開發了58%IACS耐熱鋁合金鋼芯絞線，并緊接著于次年采用技術引進的方式從日本住友公司引進了超耐熱低弛度倍容導線及間隙型導線生產技術工藝，并于2001年通過技術鑒定，成為目前國內生產三類耐熱導線的廠家。

2 耐熱鋁合金技術研究

2.1 鋯加入對耐熱性提高原理分析

2.1.1 鋯的加入。鋁的熔點為670℃，而鋯的熔點在1000℃以上，因此把鋯直接投入鋁液中是不能熔化的。實際生產中，先把鋯做成鋁鋯合金錠，然后再投入熔融的鋁液中，鋯才會熔化。

2.1.2 合金狀態。熔入鋯的鋁液中，由于鋯的加入，鋁材的再結晶溫度提高。在新合金中分布有一定數量的彌散的第二相粒子，分析成分為AL3Zr，可釘扎位錯晶界。阻礙晶內滑移和晶界滑移，同時降低晶內及晶界擴散速度，因而強化了合金，提高了蠕變抗力及阻礙了蠕變裂紋擴散。

2.2 跟普通鋼芯鋁絞線的工藝差別 耐熱鋁合金導線相比于普通鋼芯鋁絞線，主要的差別在于鋁液熔化保溫工序。需要進行鋁鋯合金的添加。控制鋯元素的含量，這是耐熱導線的關鍵工藝，也是重要的質量控制點。

2.3 材料的耐熱性考核 所謂材料的耐熱性，可以認為具體指的是耐軟化性和耐蠕變性。耐軟化性就是在長時間高溫運行情況下，導線強度也不會變差；耐蠕變性是長時間高溫運行下導線垂度不會增大很多。

實際生產中，常用兩個具體指標來衡量。一個是強度保持率，指某一高溫下的單線抗拉強度與室溫下的抗拉強度之比。現行標準中都規定這一比值要大于90%。另一指標是導線的綜合線脹系數，線脹系數的大小直接影響導線的抗蠕變能力，綜合線脹系數不僅與材料有關，而且與導線的結構也密切相關。

我們生產中應用φ3.0的單線。在室溫下測量其抗拉強度，然后放入老化箱，在150℃下保溫100h，冷卻后，在室溫下測量其抗拉強度。抗拉強度試驗結果如下：

2.4 耐熱鋁合金導線性能 耐熱鋁合金導線工作溫度從70℃提高到150℃，載流量也相應提高了0.6倍，耐熱鋁合金導線的導線弧垂特別小，在線路凈空不足的情況下，使用耐熱鋁合金導線可有效節約線路凈空，降低線路建設投資。所以導線特別適用于電流漲落較大的區段。此外傳輸相同容量的電能，耐熱導線的外徑減小，鐵塔架設費用相應減少，架線方便，可降低建設費用，具有良好的經濟效益和社會效益。

下面為幾種導線的參數比較：

2.5 新型碳纖維芯軟鋁絞線（ACCC/TW） 碳纖維有機復合材料加強芯軟鋁絞線ACCC/TW的導體材料為經熱處理后的軟鋁絞線構成，導電率為63%IACS，具有良好的導電性能。

其承力元件為碳纖維有機復合材料加強芯，有很高的抗拉強度，能經受彎、扭各種考驗，耐腐蝕，密度小，很小的熱膨脹系數α≈1.6×10-6/℃，當碳纖維有機復合材料加強芯與軟鋁線絞制成絞線時，導電性能優良、電阻小、線路的能耗較小，且導線質量較輕，自阻尼能力強，耐振動、舞動性能好，拉力重量大。在載流狀態下，線路中的導線弧垂小，能在倍容量即線路在N-1時的情況下使用。-20℃～200℃變化時，ACCC/TW的弛度最小，而且基本不變，呈現出最佳的弛度特性。

3 耐熱鋁合金導線的應用

國內九十年代前的耐熱導線全部依賴進口。自武漢電纜廠研制出58%IACS耐熱導線后，部分取代了進口。現在新型的碳纖維芯軟鋁絞線應用較多。

1986年首先在安徽繁昌500kV變電站采用1440mm2耐熱鋁合金鋼芯絞線作為母線，取得明顯的技術效果和經濟效益。

2001年深圳市南山電廠、月亮灣電廠送出工程的兩回路擴容改造，使用國產400/35耐熱鋁合金鋼芯絞線代替原來的普通鋼芯鋁絞線LGJ400/35。在鐵塔基本不變的前提下，不僅使載流量從原先的1296A/227MW提高到2026A/356MW，提高了45%（僅升溫到110℃），而且為今后的擴容改造留了相當的余地。整個改造費用實際只用300萬元，比不采用耐熱導線預計費用1000萬元減少700萬元，經濟效益顯著。

2002年，上海吳涇至楊思線路改造，首次采用特變電工山東魯能泰山電纜有限公司的耐熱導線產品TACSR 400/65，雙回路30公里，使用至今運行狀況良好。

2008年，上海220kV金都站閔行電廠2285/2287線400mm2單導線更換為單根碳纖維復合芯導線ACCC-1020型，線路長度16.5km，運行良好。

2008年，浙江省已投運4條220kV碳纖維耐熱線路。寧波河慈、河溪工程采用ACCC-1020kcmil導線、嘉興工程采用ACCC-816kcmil導線，投運以來運行良好。

2011年，石家莊在充分考察調研其它省市耐熱鋁導線使用情況，對220kV西平一二線進行擴容改造，全線更換為ACCC-600/71耐熱導線。避免了重復投資，提高了向平山供電輸送容量，保障了可靠供電，促進了當地經濟和社會的發展。

相信隨著社會經濟的不斷發展，供電需求量的持續增大。耐熱鋁合金導線因其特有的輸送容量大、便于現有輸電線路改造等特點，將會得到更大的應用和發展。

參考文獻：

[1]余虹云.耐熱導線應用技術，中國電力出版社，2008年9月第一版，ISBN 978-7-5083-7732-2.

[2]龍傳永.耐熱鋁合金導線的耐熱機理及其在輸電線路中的應用，電力建設.2003.8.