溫州耐熱鋁合金導體材料國內(nèi)外發(fā)展情況

本文從耐熱鋁合金導體材料，導線結(jié)構(gòu)和相關(guān)標準的角度論述耐熱鋁合金導線的發(fā)展。指出電導率為61%IACS的間隙型耐熱鋁合金導線是耐熱鋁合金導線的發(fā)展方向。

耐熱鋁合金導線通常指最高運行溫度為150℃的架空輸電導線，該耐熱鋁合金導線在我國通常用于城市線路增容改造，而在日本還用于長距離高壓輸電線路和超高壓輸電線路。耐熱鋁合金導線有鋼芯耐熱鋁合金絞線(TACSR)和間隙型鋼芯耐熱鋁合金絞線(GTACSR)。TACSR中的耐熱鋁合金線有58%IACS耐熱鋁合金線(58TAl)和60%IACS耐熱鋁合金線(60TAl)兩種。

耐熱鋁合金線與普通硬鋁線的性能對比

相應(yīng)的導線分別稱為58TACSR和60TACSR，典型TACSR和鋼芯鋁絞線(ACSR)的電氣性能見表2。可見，TACSR的連續(xù)允許載流量大約為ACSR的1.6倍，短時允許載流量達1.36倍。

1、國外耐熱鋁合金導體材料及耐熱鋁合金導線的發(fā)展

1949年Herrington研究發(fā)現(xiàn)微量鋯就可以提高鋁材的耐熱性能。該發(fā)現(xiàn)首先引起日本線纜材料工作者的關(guān)注，在深入研究合金元素對電工用工業(yè)純鋁電導率和力學性能影響的基礎(chǔ)上，日本于20世紀60年代開發(fā)了電導率為58%IACS的鋁鋯合金耐熱導線，并用于變電站的母線和線路增容改造。由于58TACSR電導率較低，輸電過程中線路損耗較大，通過控制電工純鋁中的雜質(zhì)元素的數(shù)量和存在狀態(tài)研制出了電導率為60%IACS的鋁鋯合金耐熱導線。20世紀70年代初研制出的電導率為60%IACS耐熱鋁合金導線，于1973年用于輸電線路，到20世紀90年代開始大量應(yīng)用。1990年時，日本的500kV輸電線路的輸電導線已經(jīng)全部使用耐熱鋁合金導線。至1997年日本大量使用60TACSR代替ACSR，使用量已經(jīng)達到全國輸電線路總長的70%。為了降低耐熱鋁合金導線在高溫運行時的弧垂，住友率先開發(fā)了間隙型鋼芯耐熱鋁合金絞線。間隙型耐熱鋁合金絞線現(xiàn)已成為J-powersystem公司、滕倉公司和維世佳公司的名牌產(chǎn)品。日本在20世紀80年代研制60%IACS耐熱鋁合金導線時，就開始通過改進工藝提高耐熱鋁合金導線的電導率，嘗試了在固溶型鋯耐熱鋁合金上采用溫拉拔，和壓延過程中急冷來提高耐熱鋁合金的電導率。嘗試了在固溶型鋯耐熱鋁合金上添加合金元素Li或B，并通過溫拉拔或控制鑄造冷卻速度來提高耐熱鋁合金的電導率，嘗試了在鋯耐熱鋁合金上通過時效熱處理來提高其導電性。研究結(jié)果表明：通過上述手段可使耐熱鋁合金導線的電導率提高至61%IASC。但由于工藝苛刻，電導率為61%IACS的耐熱鋁合金絞線一直沒能投入工業(yè)應(yīng)用。

2、國內(nèi)耐熱鋁合金導體材料及耐熱鋁合金導線的發(fā)展

上世紀80年代末，國內(nèi)電纜廠聯(lián)合研發(fā)了58TACSR，打破了此類產(chǎn)品依賴進口的局面。用一根該耐熱導線可代替兩根同截面的鋼芯鋁絞線，不僅安裝、維護方便，而且運行可靠，經(jīng)濟效益顯著。隨著我國城市電力需求的急劇增加，迫切需要對城網(wǎng)老線路進行增容改造。

采用耐熱鋁合金導線可以在不更換桿塔或少量更換桿塔的情況下實現(xiàn)線路增容50%以上。國產(chǎn)耐熱鋁合金導線較早作為輸電線路增容使用是在1995年湖北武漢市4km的110kV英棲線路擴容改造工程。采用NRLH58GJ-240/30更換同截面的鋼芯鋁絞線，使載流量從原來的445A提高到611A。2001年國內(nèi)首條58%電導率防腐鋼芯耐熱鋁合金絞線NRLH58GJF-400/35應(yīng)用于線路總長7.57km的深圳南山電廠110kV送出線增容改造工程上，其代替LGJ400/35ACSR，載流量由833A提到1180A。從1995年到2002年，大約有2600t國產(chǎn)耐熱鋁合金導線用在各類線路改造工程中，且主要應(yīng)用于距離較短的城市輸電線路的增容改造工程。58%電導率鋼芯耐熱鋁合金絞線在運行過程中線損較大，以500kV輸電線路為例，設(shè)計上可采用4分裂NRLH58GJ-630/45(4分裂TACSR)或6分裂ACSR-720/50。4分裂TACSR在通過805A額定電流時的交流電阻為0.05626Ω/km，其單位長度電阻損耗為873.989kW/km，6分裂ACSR在通過537A額定電流時的交流電阻為0.04385Ω/km，其單位長度電阻損耗為455.219kW/km，采用TACSR其線損較采用ACSR增加419.77kW/km。

計算表明采用TACSR節(jié)省的投資，在10年內(nèi)被其增加的線損所耗完。由于輸電線路設(shè)計壽命為40年。可見在長距離輸電線路上采用58TACSR替代鋼芯鋁絞線并不合算[16]。為了降低線損，我國線纜企業(yè)相繼開發(fā)了60%TACSR并形成產(chǎn)品。

目前我國已經(jīng)能夠穩(wěn)定地生產(chǎn)出所需截面尺寸的耐熱鋁合金導線，并已在國內(nèi)的許多重要線路上得到很好的應(yīng)用，其產(chǎn)品已經(jīng)能夠與國外產(chǎn)品媲美。從北京市電網(wǎng)在2005～2006年的消隱工程中采用了大元電纜，大元電纜廠家生產(chǎn)的耐熱鋁合金導線起，我國國家電網(wǎng)建設(shè)用耐熱鋁合金導就立足于國內(nèi)采購。然而盡管2007年頒布的IEC62004標準中已淘汰了58TACSR，時至今日，我國電網(wǎng)建設(shè)在架空線材招標中還出現(xiàn)58%IACS電導率耐熱鋁合金導線，這與建設(shè)資源節(jié)約型國家電網(wǎng)的宗旨不符。