本文從耐熱鋁合金導(dǎo)體材料，導(dǎo)線結(jié)構(gòu)和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的角度論述耐熱鋁合金導(dǎo)線的發(fā)展。指出電導(dǎo)率為61%IACS的間隙型耐熱鋁合金導(dǎo)線是耐熱鋁合金導(dǎo)線的發(fā)展方向。
耐熱鋁合金導(dǎo)線通常指最高運(yùn)行溫度為150℃的架空輸電導(dǎo)線，該耐熱鋁合金導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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(dá)1.36倍。
1、國外耐熱鋁合金導(dǎo)體材料及耐熱鋁合金導(dǎo)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(dǎo)率和力學(xué)性能影響的基礎(chǔ)上，日本于20世紀(jì)60年代開發(fā)了電導(dǎo)率為58%IACS的鋁鋯合金耐熱導(dǎo)線，并用于變電站的母線和線路增容改造。由于58TACSR電導(dǎo)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(dǎo)率為60%IACS的鋁鋯合金耐熱導(dǎo)線。20世紀(jì)70年代初研制出的電導(dǎo)率為60%IACS耐熱鋁合金導(dǎo)線，于1973年用于輸電線路，到20世紀(jì)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(dǎo)線已經(jīng)全部使用耐熱鋁合金導(dǎo)線。至1997年日本大量使用60TACSR代替ACSR，使用量已經(jīng)達(dá)到全國輸電線路總長的70%。為了降低耐熱鋁合金導(dǎo)線在高溫運(yùn)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(jì)80年代研制60%IACS耐熱鋁合金導(dǎo)線時，就開始通過改進(jìn)工藝提高耐熱鋁合金導(dǎo)線的電導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)率，嘗試了在鋯耐熱鋁合金上通過時效熱處理來提高其導(dǎo)電性。研究結(jié)果表明：通過上述手段可使耐熱鋁合金導(dǎo)線的電導(dǎo)率提高至61%IASC。但由于工藝苛刻，電導(dǎo)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(dǎo)體材料及耐熱鋁合金導(dǎo)線的發(fā)展
上世紀(jì)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(jìn)口的局面。用一根該耐熱導(dǎo)線可代替兩根同截面的鋼芯鋁絞線，不僅安裝、維護(hù)方便，而且運(yùn)行可靠，經(jīng)濟(jì)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(jìn)行增容改造。
采用耐熱鋁合金導(dǎo)線可以在不更換桿塔或少量更換桿塔的情況下實(shí)現(xiàn)線路增容50%以上。國產(chǎn)耐熱鋁合金導(dǎo)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(kuò)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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)率鋼芯耐熱鋁合金絞線在運(yùn)行過程中線損較大，以500kV輸電線路為例，設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)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(dǎo)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(dǎo)線起，我國國家電網(wǎng)建設(shè)用耐熱鋁合金導(dǎo)就立足于國內(nèi)采購。然而盡管2007年頒布的IEC62004標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)中還出現(xiàn)58%IACS電導(dǎo)率耐熱鋁合金導(dǎo)線，這與建設(shè)資源節(jié)約型國家電網(wǎng)的宗旨不符。
