西宁耐热铝合金导线的国际化发展

本文从耐热铝合金导体材料，导线结构和相关标准的角度论述耐热铝合金导线的发展。指出电导率为61%IACS的间隙型耐热铝合金导线是耐热铝合金导线的发展方向。

耐热铝合金导线通常指最高运行温度为150℃的架空输电导线，该耐热铝合金导线在我国通常用于城市线路增容改造，而在日本还用于长距离高压输电线路和超高压输电线路。耐热铝合金导线有钢芯耐热铝合金绞线(TACSR)和间隙型钢芯耐热铝合金绞线(GTACSR)。TACSR中的耐热铝合金线有58%IACS耐热铝合金线(58TAl)和60%IACS耐热铝合金线(60TAl)两种。

耐热铝合金线与普通硬铝线的性能对比

相应的导线分别称为58TACSR和60TACSR，典型TACSR和钢芯铝绞线(ACSR)的电气性能见表2。可见，TACSR的连续允许载流量大约为ACSR的1.6倍，短时允许载流量达1.36倍。

1、国外耐热铝合金导体材料及耐热铝合金导线的发展

1949年Herrington研究发现微量锆就可以提高铝材的耐热性能。该发现首先引起日本线缆材料工作者的关注，在深入研究合金元素对电工用工业纯铝电导率和力学性能影响的基础上，日本于20世纪60年代开发了电导率为58%IACS的铝锆合金耐热导线，并用于变电站的母线和线路增容改造。由于58TACSR电导率较低，输电过程中线路损耗较大，通过控制电工纯铝中的杂质元素的数量和存在状态研制出了电导率为60%IACS的铝锆合金耐热导线。20世纪70年代初研制出的电导率为60%IACS耐热铝合金导线，于1973年用于输电线路，到20世纪90年代开始大量应用。1990年时，日本的500kV输电线路的输电导线已经全部使用耐热铝合金导线。至1997年日本大量使用60TACSR代替ACSR，使用量已经达到全国输电线路总长的70%。为了降低耐热铝合金导线在高温运行时的弧垂，住友率先开发了间隙型钢芯耐热铝合金绞线。间隙型耐热铝合金绞线现已成为J-powersystem公司、滕仓公司和维世佳公司的名牌产品。日本在20世纪80年代研制60%IACS耐热铝合金导线时，就开始通过改进工艺提高耐热铝合金导线的电导率，尝试了在固溶型锆耐热铝合金上采用温拉拔，和压延过程中急冷来提高耐热铝合金的电导率。尝试了在固溶型锆耐热铝合金上添加合金元素Li或B，并通过温拉拔或控制铸造冷却速度来提高耐热铝合金的电导率，尝试了在锆耐热铝合金上通过时效热处理来提高其导电性。研究结果表明：通过上述手段可使耐热铝合金导线的电导率提高至61%IASC。但由于工艺苛刻，电导率为61%IACS的耐热铝合金绞线一直没能投入工业应用。

2、国内耐热铝合金导体材料及耐热铝合金导线的发展

上世纪80年代末，国内电缆厂联合研发了58TACSR，打破了此类产品依赖进口的局面。用一根该耐热导线可代替两根同截面的钢芯铝绞线，不仅安装、维护方便，而且运行可靠，经济效益显著。随着我国城市电力需求的急剧增加，迫切需要对城网老线路进行增容改造。

采用耐热铝合金导线可以在不更换杆塔或少量更换杆塔的情况下实现线路增容50%以上。国产耐热铝合金导线较早作为输电线路增容使用是在1995年湖北武汉市4km的110kV英栖线路扩容改造工程。采用NRLH58GJ-240/30更换同截面的钢芯铝绞线，使载流量从原来的445A提高到611A。2001年国内首条58%电导率防腐钢芯耐热铝合金绞线NRLH58GJF-400/35应用于线路总长7.57km的深圳南山电厂110kV送出线增容改造工程上，其代替LGJ400/35ACSR，载流量由833A提到1180A。从1995年到2002年，大约有2600t国产耐热铝合金导线用在各类线路改造工程中，且主要应用于距离较短的城市输电线路的增容改造工程。58%电导率钢芯耐热铝合金绞线在运行过程中线损较大，以500kV输电线路为例，设计上可采用4分裂NRLH58GJ-630/45(4分裂TACSR)或6分裂ACSR-720/50。4分裂TACSR在通过805A额定电流时的交流电阻为0.05626Ω/km，其单位长度电阻损耗为873.989kW/km，6分裂ACSR在通过537A额定电流时的交流电阻为0.04385Ω/km，其单位长度电阻损耗为455.219kW/km，采用TACSR其线损较采用ACSR增加419.77kW/km。

计算表明采用TACSR节省的投资，在10年内被其增加的线损所耗完。由于输电线路设计寿命为40年。可见在长距离输电线路上采用58TACSR替代钢芯铝绞线并不合算[16]。为了降低线损，我国线缆企业相继开发了60%TACSR并形成产品。

目前我国已经能够稳定地生产出所需截面尺寸的耐热铝合金导线，并已在国内的许多重要线路上得到很好的应用，其产品已经能够与国外产品媲美。从北京市电网在2005～2006年的消隐工程中采用了大元电缆，大元电缆厂家生产的耐热铝合金导线起，我国国家电网建设用耐热铝合金导就立足于国内采购。然而尽管2007年颁布的IEC62004标准中已淘汰了58TACSR，时至今日，我国电网建设在架空线材招标中还出现58%IACS电导率耐热铝合金导线，这与建设资源节约型国家电网的宗旨不符。