高性能鋁合金芯高導(dǎo)電率鋁絞線的研制關(guān)鍵與特點

張志力?田崇軍?徐靜?楊陽

摘 要：鋁合金以其優(yōu)異的性能，已經(jīng)在架空輸電領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，技術(shù)比較成熟。為進一步推動技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展，提高架空輸電線路經(jīng)濟效益，本文介紹了一種高性能鋁合金芯高導(dǎo)電率鋁絞線。

關(guān)鍵詞：高性能鋁合金;關(guān)鍵制造工藝;線路損耗

中圖分類號：TM244.2文獻標(biāo)識碼：A文章編號：1003-5168（2021）05-0057-03

Abstract： Aluminum alloy has been used widely in overhead transmission field due to its excellent performance， and the technology is quite mature. In order to promote the technological innovation and improve the economic benefit of overhead transmission lines， this paper introduced a high conductivity aluminum conductor high performance aluminum alloy reinforced.

Keywords： high performance aluminum alloy;key manufacturing process;line loss

1 研究背景

架空導(dǎo)線在我國電網(wǎng)建設(shè)中發(fā)揮了巨大的作用，但隨著經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展，用電負荷急劇攀升，電網(wǎng)建設(shè)的規(guī)模持續(xù)擴大，無論是線路數(shù)量還是輸送容量都在不斷攀升，隨之而來的則是線路損耗問題。輸電線路損耗主要由電暈損耗和電阻損耗組成。在電暈損耗基本相同的情況下，輸電損耗主要由導(dǎo)線的直流電阻所決定，另外還有少量的集膚效應(yīng)和鐵芯引起的損耗[1]。國家電網(wǎng)公司自2012年啟動了輸電線路鋁合金節(jié)能導(dǎo)線的應(yīng)用工作，用更低直流電阻值的節(jié)能導(dǎo)線替代常規(guī)鋼芯鋁絞線。線路長度大于20 km時，與普通鋼芯鋁絞線相比，采用節(jié)能導(dǎo)線電阻損耗可降低3～8 kW·h/km[2]。

目前，鋁合金節(jié)能導(dǎo)線已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，其生產(chǎn)技術(shù)及產(chǎn)品穩(wěn)定性能得到完全保障，但是行業(yè)內(nèi)陸續(xù)研制了一些更高水平的鋁合金導(dǎo)線產(chǎn)品。鋁合金線的導(dǎo)電率每提升1%IACS（International Annealed Copper Standard，國際退火銅標(biāo)準），絞合導(dǎo)線即可減少線路損耗3%以上。本文從研制關(guān)鍵技術(shù)與性能特點角度介紹了一種高性能鋁合金芯高導(dǎo)電率鋁絞線。

2 關(guān)鍵工藝

高性能鋁合金芯鋁絞線的制造工藝包括連鑄連軋、拉絲、時效和絞合工藝，其中對本產(chǎn)品的實現(xiàn)較為關(guān)鍵的是連鑄連軋和時效工藝。

2.1 連鑄連軋工藝

連鑄連軋以效率高、低成本的優(yōu)勢成為電工鋁及鋁合金主要生產(chǎn)工藝，成分配比則從根本上決定產(chǎn)品性能的上限。目前，國家標(biāo)準中規(guī)定的架空輸電常用鋁合金線最低抗拉強度為315 MPa（Φ>3.50 mm）和325 MPa（Φ≤3.50 mm），20 ℃時導(dǎo)電率為52.5%IACS[3]。高性能鋁合金強化機制為固溶+析出Mg2Si第二相，若進一步提高強度，需增加Mg和Si的添加量，為此，將這兩種元素含量均加大到質(zhì)量分數(shù)的0.7%左右，同時添加Y作為稀土元素，可有效優(yōu)化成分。

2.2 時效工藝

時效是將固溶在基體中的強化相均勻彌散析出的過程。由于高性能鋁合金的元素添加量超過常規(guī)鋁合金，因此，溶質(zhì)原子固溶量與軋制缺陷數(shù)量會升高，拉制時極易斷絲，由此，可延長鋁合金桿的停放時間，使部分溶質(zhì)原子填補空位缺陷、降低軋制應(yīng)力，以便于拉制及強化相在人工時效充分析出。拉制完成后在接近160 ℃下進行7～8 h的人工時效處理，獲得綜合性能最佳的鋁合金線。

3 性能特點

3.1 鋁合金性能

上述工藝的鋁合金線性能與國標(biāo)產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)對比如表1所示?？估瓘姸忍岣?%～8%，導(dǎo)電率提高1.5%IACS，該產(chǎn)品在架空輸電領(lǐng)域具有極大的應(yīng)用價值。

3.2 導(dǎo)線基本參數(shù)

按照等截面、等外徑的原則，選取鋼芯鋁絞線JL/G1A-630/45和本文所述的高性能鋁合金芯高導(dǎo)電率鋁絞線JL3/LHA54-465/210，通過比較說明本文所述的高性能鋁合金芯高導(dǎo)電率鋁絞線的性能特點，如表2所示。

3.3 電能損耗

以交流500 kV電壓，輸送功率2 000 MW，四分裂導(dǎo)線，功率因數(shù)cos[α]=0.95，年最大負荷利用小時數(shù)5 500 h為例，計算線路的電能損耗。摩根算法考慮了多種敏感因素，有較為完備的理論和實驗基礎(chǔ)，因此在導(dǎo)線選型對比中可推薦使用[4]。

3.4 弧垂特性

對于導(dǎo)線選型，除載流量和交流電阻等電氣性能外，還需要考慮導(dǎo)線的機械性能，特別是弧垂性能。本文計算出兩種導(dǎo)線在30 ℃下的架線弧垂，對基礎(chǔ)弧垂性能進行分析比較，結(jié)果如表4所示。

從表4可知，高性能鋁合金芯高導(dǎo)電率鋁絞線JL3/LHA54-465/210的弧垂更小，在其他條件不變時，可適當(dāng)降低鐵塔高度，安全性也更好。

3.5 耐腐蝕性

導(dǎo)線的腐蝕可歸納為化學(xué)腐蝕、電化學(xué)腐蝕和縫隙腐蝕。在大多數(shù)情況下，這三種腐蝕會同時存在[5]。其中最主要的是發(fā)生在單一材料表面的化學(xué)腐蝕和發(fā)生在不同電極電位導(dǎo)體間的電化學(xué)腐蝕。

鋼芯鋁絞線JL/G1A-630/45由于存在鍍鋅鋼芯與鋁導(dǎo)體，幾種腐蝕都存在。高性能鋁合金芯高導(dǎo)電率鋁絞線JL3/LHA54-465/210無易腐蝕的鍍鋅鋼芯，并且其加強芯高性能鋁合金與外層高導(dǎo)電率鋁導(dǎo)體屬于同質(zhì)材料，避免了電化學(xué)腐蝕。

4 總結(jié)及展望

本文介紹了一種高性能鋁合金芯高導(dǎo)電率鋁絞線的研制關(guān)鍵點及其性能特點，基于上述分析，筆者得出以下結(jié)論。

①該新型導(dǎo)線每年每千米的線路損耗較傳統(tǒng)鋼芯鋁絞線可降低5.0%以上，將具有顯著的經(jīng)濟和社會效益。

②該導(dǎo)線的弧垂性能和耐腐蝕性均較傳統(tǒng)鋼芯鋁絞線有所提高，在降低鐵塔高度、提高線路運行安全性方面也有積極意義。

參考文獻：

[1]黃彭，莫娟，萬建成，趙新宇.架空輸電線路節(jié)能導(dǎo)線應(yīng)用技術(shù)經(jīng)濟分析[J].中國電力，201（7）：153-157.

[2]丁廣鑫，孫竹森，張強，等.節(jié)能導(dǎo)線在輸電線路中的應(yīng)用分析[J].電網(wǎng)技術(shù)，2012（8）：24-30.

[3]全國電線電纜標(biāo)準化技術(shù)委員會.架空絞線用鋁-鎂-硅系合金圓線：GB/T 23308-2009 [S].北京：中國標(biāo)準出版社，2009.

[4]張瑞永，趙新宇，陶禮學(xué).架空導(dǎo)線的交流電阻計算方法對比[J].電線電纜，2014（4）：1-3.

[5]黃豪士，江建華，陸國欽，等.超耐腐蝕型導(dǎo)線及其在平潭島輸電線路上的應(yīng)用[J].電線電纜，2012（2）：1-5.