耐热铝合金导线在500kv交流输电线路中应用

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1、耐热铝合金导线在500kV交流输电线路中的应用华东电力设计院黄伟中叶鸿声摘要:随着电力的发展，对架空导线输送容量提出了更高的要求，耐热铝合金导线比同样规格的钢芯铝绞线（ACSR）能输送更多的电能（提高40%—60%），产生明显的经济效益。文章分析耐热导线的耐热机理，阐述耐热铝合金导线国内外应用情况及设计时应注意的事项，并结合华东电网500kV线路输送容量大、线路短、容量受热稳定控制的实例，在500kV新建线路上首次采用耐热铝合金导线，为今后电网的发展和已建线路增容改造积累经验。1前言随着国民经济的飞速发展，我

2、国电力工业有了突飞猛进的进步。根据“西电东送、南北互供、全国联网”的战略部署，远距离、大容量输电线路的建设势在必行，同时也向架空输电导线提出了更高的要求。作为提高输电容量的对策，主要是从两个途径解决，一是提高输电电压，二是提高输电电流。在电压一定的前提下，提高输电电流密度，即提高导线单位面积的输电容量就显得十分重要。目前我国架空输电线路所使用的导线基本上仍旧是传统的钢芯铝绞线(ACSR)，由于其耐热性能相对较弱，因此线路的输电容量受到一定的限制。毋庸置疑，开发研制新型耐热导线并加以推广应用将具有很大的经济意义

3、。2耐热导线的耐热机理众所周知，铜、铝等金属导体材料通电以后会随着自身温度的提高，同时降低其机械性能，因而大大影响了输电能力的提高。美国通过研究1949年首先发现：在铝材中适当添加金属锆(Zr)元素能提高铝材的耐热性能，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究耐热导线方面取得较大进展，开发出在铝中添加0.1%左右的锆的耐热铝合金导线，并于上世纪60年代初开始在输电线路实际应用。耐热铝合金导线一经问世即显示出巨大的生命力，以最基本的耐热铝合金导线—钢芯耐热铝合金绞线(TACSR)为例，

4、其连续运行温度及短时容许温度比常规钢芯铝绞线(ACSR)要提高60℃，分别为150℃及180℃，因此大大提高了输电能力。为什么在铝材中添加金属锆能提高铝材的耐热性能，这主要是由于添加了金属锆以后铝材的再结晶温度得到了提高。从金属学上的耐热机理来分析，金属经过冷加工以后会提高机械性能,其机械性能相应恢复到冷加工以前的退火状态。这种铝合金的耐热机理与一般金属的耐热机理类似，提高耐热性能就是要设法防止畸变能的减少，使其机械性能不至于因温度升高而受损失。由于固溶体锆(Zr)自身转位的微观运动受到较大的障碍而形成的耐热

5、效果。3耐热铝合金导线的性能及应用3.1机械特性导线耐热性能的提高意味着容许使用温度的提高，当初开发的耐热铝合金导线中所使用的耐热铝合金线(TAl)的连续及短时容许使用温度分别为150℃及180℃。作为架空输电导线，决定其容许使用温度时，一般以导线加热一定时间后回复到常温时机械强度的残存率为90%来作为考虑依据。材料的机械强度残存率与加热温度及时间的关系又可称为材料的软化特性，图1是耐热铝合金线(TAl)和普通硬铝线(HAl)的短时间软化特性曲线。第1页共8页图1短时间软化特性从图1可见，一小时加热时间后的机

6、械特性，耐热铝合金线(TAl)要明显优于普通硬铝线(HAl)，说明了前者的耐热性能要优于后者。图2长时间软化特性图2是耐热铝合金线(TAl)和普通硬铝线(HAl)的长时间软化特性曲线。从图2可见，加热1000小时以后回复到常温时，耐热铝合金线仍能保持90%以上的机械强度残存率，而普通硬铝线如要保持同样的机械强度残存率，则加热时间不能超过10小时。因此，从长时间软化特性更能说明耐热铝合金线的耐热性能要明显优于普通硬铝线。作为架空输电线路所用的导线，其蠕变特性是影响线路安全运行很重要的指标。试验表明:无论是常温还

7、是高温，耐热铝合金线(TAl)和普通硬铝线(HAl)均保持有相同程度的蠕变特性。对于耐腐蚀性来说，经过实验室盐雾试验和室外大气曝露试验，确认耐热铝合金线(TAl)和普通硬铝线(HAl)没有大的差别。3.2电气特性虽然耐热导线的耐热性能有了很大的提高，导线的载流量也有了相应的提高，但是由于它的导电率比普通钢芯铝绞线低，而且使用温度越高、电阻越大，在钢芯耐热铝合金绞线的问世早期，推广应用受到一定的影响。通过研究发现，能提高金属铝耐热性能的元素还有钛(Ti)和钒(V)。对金属铝导电率影响的程度以锆为最，钛和钒以顺序

8、次之。但实用中耐热铝合金线还是以添加锆为主。导电率降低的程度大约为：每添加0.1%的锆，铝合金导电率降低约为4.1%。为此，有关专家又下功夫研究提高导电率的对策，主要通过提高铝材的品位，第2页共8页适当调整金属锆的含量，再添加适量的其它元素，同时改进加工制造工艺，经过十年坚持不断的努力，终于开发出导电率为60%IACS以上的耐热铝合金线(60TAl)。由此产生的钢芯耐热铝合金绞线称为钢芯60%导电率