耐热铝合金导线及其应用
线缆114商城 / 2014-08-16
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【摘 要】：在试验的基础上，介绍了耐热铝合金导线的性能，它在输电线路支撑不变动的情况下，使输电线路输送容量增加60％，具有较大的经济价值。通过实例，说明耐热铝合金导线的设计和运行情况。
【关键词】：耐热铝合金导线 耐热机理 载流量 强度保持率
1 引言
中国电力正在进行日新月异的发展，发电机装机容量在逐年递增，输电电压由高压向超高压500kV及以上方向增升。远距离大容量直流输电技术日趋成熟，全国高压互联网正在形成，预制式架线工艺新技术逐渐采用，架空导线的质量要求日益重要。
改革开放20年来，从1978到1998年，中国发电机容量从5712万kW增至2.7亿kW，年均增长7.68%，年发电量有2565亿kW增至11670亿 kW，目前中国的发电装机容量和年发电量居世界第二位。
即使这样，在我国很多地方还存在有电用不上的问题，极大地制约了当地的经济发展。究其原因，主要是因为线路走廊有限，导线传输容量小造成的，如何解决这一难题是关键。
本文将主要介绍耐热铝合金导线的特性及其应用状况。
2 提高架空导线传输容量的方法简介
2.1 现有输电线路的增容有两种方法：一是加大导线截面；二是采用耐热导线，加大导线截面要求加强现有铁塔，而采用耐热导线则无须加强现有铁塔。
2.2 耐热铝合金国内外发展
美国 General Electric Research Laboratories的Mr.R.Herrington通过研究首先发现：在铝材中适当添加金属锆元素能提高铝材的耐热性能，并于1949年发表论文对这一发现作了介绍。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制耐热导线方面取得较大进展，开发出在铝中添加0.1%（是否应含糊，这样会泄密的）左右的锆的耐热铝合金导线，在不降低导线抗拉强度和导电率的情况下，提高其耐热性，在原有线路上更换耐热铝合金导线，使传输容量成倍增加，满足了日益增长的供电需求。成功的解决了本国地少，人口密度大，敷设新线路困难的国情。现在日本220kV以上的高压传输线路全部采用耐热铝合金导线。
国内于上世纪80年代末，由上海电缆研究所与武汉电缆厂联合研制开发了普通耐热铝合金钢芯绞线（导电率只有58%IACS），由此打破了此类产品依赖进口的局面。1999年特变电工山东鲁能泰山电缆有限公司自主开发了58%IACS耐热铝合金钢芯绞线，并紧接着于次年采用技术引进的方式从日本住友公司引进了超耐热低弛度倍容导线及间隙型导线生产技术工艺，并于2001年通过技术鉴定，成为目前国内唯一可同时生产三类耐热导线的厂家。
3 耐热铝合金技术研究
耐热铝合金是在普通铝中加入锆元素，重新结晶而成。
3.1锆加入对耐热性提高原理分析
3.1.1锆的加入
铝的熔点为670℃，而锆的熔点在1000℃以上，因此把锆直接投入铝液中是不能熔化的。实际生产中，先把锆作成铝锆合金锭，然后再投入熔融的铝液中，锆才会熔化。
3.1.2合金状态
熔入锆的铝液中，由于锆的加入，铝材的再结晶温度提高。在新合金中分布有一定数量的弥散的第二相粒子，分析成分为AL3Zr,可钉扎位错晶界。阻碍晶内滑移和晶界滑移，同时降低晶内及晶界扩散速度，因而强化了合金，提高了蠕变抗力及阻碍了蠕变裂纹扩散。
3.2跟普通钢芯铝绞线的工艺差别
耐热铝合金导线相比于普通钢芯铝绞线，主要的差别在于铝液熔化保温工序。需要进行铝锆合金的添加。控制锆元素的含量，这是耐热导线的关键工艺，也是重要的质量控制点。
3.3材料的耐热性考核
所谓材料的耐热性，可以认为具体指的是耐软化性和耐蠕变性。耐软化性就是在长时间高温运行情况下，导线强度也不会变差；耐蠕变性是长时间高温运行下导线垂度不会增大很多。
实际生产中，常用两个具体指标来衡量。一个是强度保持率（或强度残存率），指某一高温下的单线抗拉强度与室温下的抗拉强度之比。现行标准（日本标准、国内企标）中都规定这一比值要大于90%。另一指标是导线的综合线胀系数，线胀系数的大小直接影响导线的抗蠕变能力，综合线胀系数不仅与材料有关，而且与导线的结构也密切相关.
3.4 耐热铝合金导线性能
耐热铝合金导线工作温度从70℃提高到150℃，(用载流量的公式来说明)载流量也相应提高了0.6倍，耐热铝合金导线的导线弧垂（最后搞一下弧垂公式来，举个例子，用数字来比较）特别小，在线路净空不足的情况下，使用耐热铝合金导线可有效节约线路净空，降低线路建设投资。所以导线特别适用于电流涨落较大的区段。此外线杆不变、需更换线增容的区段，线路瓶颈段、城市走廊狭窄地区，季节性过负荷线路，均适用此线。此外传输相同容量的电能，耐热导线的外径减小，铁塔架设费用相应减少，架线方便，可降低建设费用8%，包括线损在内，年度经费可降低4%，具有良好的经济效益和社会效益。
4 耐热铝合金导线的应用
国内九十年代前的耐热导线全部依赖进口。自武汉电缆厂研制出58%IACS耐热导线后，部分取代了进口。1986年首先在安徽繁昌500kV变电站采用1440mm2耐热铝合金钢芯绞线作为母线，取得明显的技术效果和经济效益。
2001年深圳市南山电厂、月亮湾电厂送出工程的两回路扩容改造，使用国产400/35耐热铝合金钢芯绞线代替原来的普通钢芯铝绞线LGJ400/35。在铁塔基本不变的前提下，不仅使载流量从原先的1296A/227 MW提高到2026A/356MW，提高了45%（仅升温到110℃），而且为今后的扩容改造留了相当的余地。整个改造费用实际只用300万元，比不采用耐热导线预计费用1000万元减少700万元，经济效益显著。
2002年，上海吴泾---杨思线路改造，首次采用特变电工山东鲁能泰山电缆有限公司的耐热导线产品TACSR 400/65，双回路30公里，使用至今运行状况良好。
2003年，云南小龙潭---开远也采用特变电工山东鲁能泰山电缆有限公司的耐热导线产品TACSR 400/50，累计120多公里，现已架设完毕，运行良好。（这样是否涉及到住友到我公司来要提成费用）
相信随着电力工业的不断发展，对特种导线的需求也会越来越大，耐热铝合金导线会得到更大的应用和发展。
【参考文献】
耐热铝合金导线的耐热机理及其在输电线路中的应用，电力建设 2003.8
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