用于大跨越的高强度耐热铝合金导线的研制
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2004年 ,根据国家电网公司科学技术课题之一 “三峡输电工程用大跨越导线与研究 ”,三峡送出工 程的建设计划中三峡右岸电力外送工程将建成五个 跨越长江和一个跨越汉江的大跨越世纪线路工程 , 在这些工程中将采用专门为该工程而设计的高强度 耐热铝合金导线 。本文将主要对这问题进行系统地 论述 。
1 高强度耐热铝合金导线的发展
钢芯高强度耐热铝合金绞线由于其单线抗拉强 度高 、导线的综合拉断力大 ,接近于高强度铝 2镁 2硅 合金导线 ,而它的导电率却比高强度铝 2镁 2硅合金 高出近 2. 5% IACS,可适用于跨江大跨越 、大容量 的线路 ,严重覆冰区 、山谷及超高压线路上的导线或 地线 。
线路增容改造中 ,在原有线路上采用钢芯高强 度耐热铝合金绞线后 ,即使保持线路原有的架设环 境 ,但可显著地提高输送容量和线路的安全性 ,节约 大量的金属材料和基建投资 。
5 高强度耐热铝合金线的试制过程及总结
根据工程设计要求 ,我们针对性的进行了在不 影响其他技术性能指标 ,旨在较大幅度提高铝合金 单线抗拉强度 (比原有的高强度耐热铝合金单线抗 拉强度提高 17%以上 )的目标进行了合理 、科学的 试制工作 。通过不同的合金配方及生产工艺 ,成功 地试制出符合工程设计要求的新型的 (特 )高强度 耐热铝合金线 。
由于耐热铝合金导线输电容量明显地高于同规 格的普通的钢芯铝绞线 ,因此 ,耐热铝合金导线研制 成功后即备受世人的关注 。随着耐热铝合金性能的
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
2008年第 1期 No. 1 2008
电线电缆 Electric W ire & Cable
2008年 2月 Feb. , 2008
不断提高及新品种的问世 ,数十年来 ,在日本得到了 广泛的应用 。
高强度耐热铝合金是耐热性能好 ,而又具有高 强度双重特性的电工用铝合金导体材料 。该铝合金 制成导线具有使用温度高 、耐热性好 、载流量大 ,可 在 150℃温度下长期使用 ,显著地增加线路容量 (载 流量 ) ,比钢芯铝绞线提高 80%以上 。而其抗拉强 度接近 高 强 度 铝 2镁 2硅 合 金 , 比 普 通 铝 导 线 高 出
0 引 言
随着我国国民经济的高速发展 ,电力工业的建 设呈现突飞猛进的趋势 。在建的大跨越输电线路已 向高压化 、大容量化 、远距离化方面发展和延伸 ,仅 使用早期开发 、应用的高强度铝 2镁 2硅合金导线已 不能满足“西电东送 、南北互供 、全国联网 ”的战略 部署及大跨越输电线路建设的需求 。
通过在上述两家电缆公司不完全相同的生产设 备上的试制工作 ,对高强度耐热铝合金的生产提出 以下建议 :
以往我国铝及铝合金生产中熔化工序一般都采
用竖炉熔化 +两个矩形保温炉合金化 、保温的模式 。 这种模式对普铝的生产毋须质疑 ,熔化速率高 ,两个 8 t的矩形保温炉即可保证生产的连续性 。
然而 ,铝合金的生产中需添加多种其它的微量 金属元素 ,原有的熔炼 、合金化工序显然不适合铝合 金生产的要求 。
表 1 (特 )高强度耐热铝合金线 < 4. 20 mm (绞后 )测试的 结果
项目名称
工程要求
实测值
直径 /mm
4. 20 ±0. 042
截面积 /mm2
13. 85 ±0. 28
抗拉强度 (绞后 ) /MPa
251. 8 ( 265 ×0. 95)
伸长率 (250 mm ) / %
≥2. 0
20℃时电阻率 / (Ω·mm2 /m )
根据有关电力设计院设计要求 ,提出了特殊的 (特 )高强度耐热铝合金单线技术性能指标为 :铝合 金单线 (线径 4. 20 mm )的抗拉强度 ≥265 M Pa、伸 率 ≥2. 0%、导电率 ≥52. 5% IACS、导线的长期运行 允许温度为 150℃。
因此 ,设计要求铝合金的单线抗拉强度比早期 研发的高强度耐热铝合金要高出 17. 8%个百分点 , 难度非常大 ,而且时间相当紧迫 。
首先无法准确地确定炉中铝液的重量 ,合金配 制也就无从下手 。往往只能以大概 、差不多来进行 合金的配料计算 。
2008年第 1期 No. 1 2008
电线电缆 Electric W ire & Cable
2008年 2月 Feb. , 2008
用于大跨越的高强度耐热铝合金导线的研制
李文浩 , 徐 睿 , 刘 斌
(上海电缆研究所 ,上海 200093)
摘要 :阐述了用于大跨越的高强度耐热铝合金导线的研究与试制 。对高强度耐热铝合金导线的性能和试制进
行了介绍与分析 ,并提出了一些建议 。
关键词 :铝合金导线 ;大跨越 ;高强度 ;耐热 ;大容量 ;研制 ;建议
中图分类号 : TM244. 1; TM244. 2
文献标识码 : A
文章编号 : 167226901 (2008) 0120021205
D evelopm en t of a H igh Strength Hea t Resistan t A lum in ium A lloy Conductor for Large Span In sta lla tion L IW en2hao, et al
≤0. 03284
导电率 / ( % IACS)
≥52. 5
卷绕 ( 1d, 8圈 )
不断裂
强度残存率 (230℃ ×1 h) / %
≥90
单位长度重量 / ( kg / km )
3668 ±73. 4
4. 203 13. 87
254 2. 4 0. 03152 54. 7 未断裂 90. 8 3702. 0
同时 ,随着架空线路建设不断地发展 ,越来越多 的大跨越需要使用既能输送大电流 ,又能承受大张 力的导线 。于是 ,日本各大电缆株式会社又开发了 高强度耐热铝合金 。
日本早期开发的高强度铝合金其合金单线的抗 拉强度为 225～248 MPa (线径为 2. 30～4. 50 mm ) , 导电率为 55% IACS。随后又开发了强度更高的特 高强度耐热铝合金 ,其单线抗拉强度可达 275 M Pa, 但导电率仅为 50% IACS。
举世瞩目的三峡工程已完成三期围堰爆破拆 除 ,标志着三峡工程转入大坝挡水发电期 ,我国众多 的跨越江 、河和山区更需要架设高强度 、大容量的新 型导线 。
3 我国高强度耐热铝合金导线的研 、发过程 的简介
早在上世纪 80年代 ,上海电缆研究所曾自主研 制出高强度耐热铝合金 ,其合金线的技术性能指标 与日本研发的相同 : 即 合金 单线 (线 径为 2. 30 ～ 4. 50 mm ) 的 抗 拉 强 度 为 225 ～ 248 MPa、伸 率 为 2. 0%、导电率为 55% IACS、导线的长期运行允许
图 1 铝合金生产设备及工艺
在广东佛山雄力双利电缆有限公司产品的鉴定 会上 ,与会的专家们对该公司熔铝 、合金化工序的设 备及工艺给予更多的关注 。该公司熔铝 、合金化工 序采用的是兼熔化 、合金化 、保温于一体的可容纳 12 t铝液的圆形炉 。由于是圆形的炉子 ,基本上不 存在搅拌死角和炉内温差现象 。因此 ,从生产过程 中化学成分的检测及产品性能的检测中都能体现出 产品的均匀性达到了一定的水平 。因此 ,圆形一体 炉在铝合金批量生产中确保产品的稳定性 、均匀性 都起到了关键作用 。
上海电缆研究所给予广东佛山雄力双利电缆有 限公司 、上海中天铝线有限公司技术上的合作 ,在原 高强度耐热铝合金线 (AT2、原 KTA1)的基础上 ,根 据工程需要 ,在短短的几个月内就试制出符合三峡 跨江大跨越导线特殊要求的 (特 )高强度耐热铝合 金线 。广东佛山雄力双利电缆有限公司 、上海中天 铝线有限公司试制的特高强度钢芯 (特 )高强度耐 热铝合金绞线均通过了上海电缆研究所电工材料及 特种线缆质检中心的型式试验 。表 1 为 (特 )高强 度耐热铝合金圆单线的技术性能及测试结果 。
( Shanghai Electrical Cable Research Institute, Shanghai 200093, China) Abstract: This paper p resents the study and development of a high strength heat resistant alum inium alloy conductor for large span installation. The author described and analysed the performance and try2p roduction of the conductor and put forward some recommendations. Key words: alum inium alloy conductor; large span; high strength; heat resistance; large capacity; development; recomm enda tion
我国的架空输电线路 、大跨越输电线路用铝合 金导体材料的研究和开发 ,已由高强度铝 2镁 2硅合 金领域转向耐热铝合金 、高强度耐热铝合金及超耐 热铝合金系列等多元化铝合金导体材料 ,而且发展 迅猛 ,并取得了显著的效果 。同时 ,也对架空输电线 路 、大跨越输电线路用铝合金导线提出了更高的 要求 。
4 高强度耐热铝合金线 (杆 )生产设备和生 产工艺
通过在上述两家电缆有限制造公司的试制过程 和结果来分析 ,无论是试制产品的质量 、稳定性 、产 品性能的均匀性还是今后批量生产中质量的可保证 性 ,经试制表明 ,广东佛山雄力双利电缆有限公司的
2008年第 1期 No. 1 2008
电线电缆 Electric W ire & Cable
2008年 2月 Feb. , 2008
生产设备及生产工艺更适合高强度耐热铝合金 (包 括其他铝合金产品 )的生产 。尤其是该电缆制造有 限公司对合金杆连铸连轧生产线中的熔炼 、合金化 工序 ,进行了较大的 、有效的改进 。
改进后的熔炼 、合金化工序在试制过程中 ,对产 品性能的均匀性起到了一定的稳定作用 。较理想的 铝合金生产设备及工艺如图 1所示 。
·22·
温度为 150℃。 随着线路建设的发展 ,越来越多的大跨越需要
使用既能输送大电流 ,又能承受大张力的导线。 2005年 ,根据三峡电网送出工程为即将建成的六条 跨越长江和汉江大跨越导线工程需要 ,配合国家电 网公司“三峡输电工程用大跨越导线与研究 ”科学 技术课题 ,希望采用国产的 、具有特殊性能指标的特 高强度钢芯 (特 )高强度耐热铝合金绞线 。
2 高强度耐热铝合金导线的应用
高强度耐热铝合金导线在日本的研制成功后即 备受关注 ,于是高强度耐热铝合金导线在日本的大 跨越架空线路上也得到了广泛地应用 。
上世纪 80年代 ,我国黑龙江省电力设计院在哈 尔滨松花江跨越线路的增容改造中 ,曾从日本进口 用高强度铝合金制成的钢芯高强度耐热铝合金绞线 替代原有线路上的铝包钢绞线 ,铁塔基础及架设环 境不变 ,线路即增容一倍 。虽用高价购买了钢芯高 强度耐热铝合金绞线 ,可是投资仍节约 300多万元 (1985年价 ) ,获得了极好的经济效益 。
收稿日期 : 2007208215 作者简介 :李文浩 (1953 - ) ,男 ,高级工程师. 作者地址 :上海市军工路 1000号 [ 200093 ].
50% ,是高压及超高压大跨越线路 、架空输电线路不 可缺少的新线种 ,适用于新设计的 ,需要强度高 、容 量大的线路 ,大跨越 、严重覆冰地区 ,以及旧线路增 容改造工程中 ,其增容效果更为突出 ,可节约大量金 属材料和基建投资 ,有显著的经济效益 。
上世纪 60年代的日本 ,随着国民经济与电力工 业的快速发展 ,城市和地区都因电力需求的增长而 成为经济发展的制约 。日本根据本国地少 、人口稠 密 、敷设新线路困难及地理和国情的特点 ,投入了大 量人力 、财力进行耐热铝合金的研究与开发 ,以满足 经济 、电力工业快速发展所带来电力增容的迫切需 要 ,并于上世纪 60年代末开始在架空输电线路上逐 渐投入使用 。
1 高强度耐热铝合金导线的发展
钢芯高强度耐热铝合金绞线由于其单线抗拉强 度高 、导线的综合拉断力大 ,接近于高强度铝 2镁 2硅 合金导线 ,而它的导电率却比高强度铝 2镁 2硅合金 高出近 2. 5% IACS,可适用于跨江大跨越 、大容量 的线路 ,严重覆冰区 、山谷及超高压线路上的导线或 地线 。
线路增容改造中 ,在原有线路上采用钢芯高强 度耐热铝合金绞线后 ,即使保持线路原有的架设环 境 ,但可显著地提高输送容量和线路的安全性 ,节约 大量的金属材料和基建投资 。
5 高强度耐热铝合金线的试制过程及总结
根据工程设计要求 ,我们针对性的进行了在不 影响其他技术性能指标 ,旨在较大幅度提高铝合金 单线抗拉强度 (比原有的高强度耐热铝合金单线抗 拉强度提高 17%以上 )的目标进行了合理 、科学的 试制工作 。通过不同的合金配方及生产工艺 ,成功 地试制出符合工程设计要求的新型的 (特 )高强度 耐热铝合金线 。
由于耐热铝合金导线输电容量明显地高于同规 格的普通的钢芯铝绞线 ,因此 ,耐热铝合金导线研制 成功后即备受世人的关注 。随着耐热铝合金性能的
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
2008年第 1期 No. 1 2008
电线电缆 Electric W ire & Cable
2008年 2月 Feb. , 2008
不断提高及新品种的问世 ,数十年来 ,在日本得到了 广泛的应用 。
高强度耐热铝合金是耐热性能好 ,而又具有高 强度双重特性的电工用铝合金导体材料 。该铝合金 制成导线具有使用温度高 、耐热性好 、载流量大 ,可 在 150℃温度下长期使用 ,显著地增加线路容量 (载 流量 ) ,比钢芯铝绞线提高 80%以上 。而其抗拉强 度接近 高 强 度 铝 2镁 2硅 合 金 , 比 普 通 铝 导 线 高 出
0 引 言
随着我国国民经济的高速发展 ,电力工业的建 设呈现突飞猛进的趋势 。在建的大跨越输电线路已 向高压化 、大容量化 、远距离化方面发展和延伸 ,仅 使用早期开发 、应用的高强度铝 2镁 2硅合金导线已 不能满足“西电东送 、南北互供 、全国联网 ”的战略 部署及大跨越输电线路建设的需求 。
通过在上述两家电缆公司不完全相同的生产设 备上的试制工作 ,对高强度耐热铝合金的生产提出 以下建议 :
以往我国铝及铝合金生产中熔化工序一般都采
用竖炉熔化 +两个矩形保温炉合金化 、保温的模式 。 这种模式对普铝的生产毋须质疑 ,熔化速率高 ,两个 8 t的矩形保温炉即可保证生产的连续性 。
然而 ,铝合金的生产中需添加多种其它的微量 金属元素 ,原有的熔炼 、合金化工序显然不适合铝合 金生产的要求 。
表 1 (特 )高强度耐热铝合金线 < 4. 20 mm (绞后 )测试的 结果
项目名称
工程要求
实测值
直径 /mm
4. 20 ±0. 042
截面积 /mm2
13. 85 ±0. 28
抗拉强度 (绞后 ) /MPa
251. 8 ( 265 ×0. 95)
伸长率 (250 mm ) / %
≥2. 0
20℃时电阻率 / (Ω·mm2 /m )
根据有关电力设计院设计要求 ,提出了特殊的 (特 )高强度耐热铝合金单线技术性能指标为 :铝合 金单线 (线径 4. 20 mm )的抗拉强度 ≥265 M Pa、伸 率 ≥2. 0%、导电率 ≥52. 5% IACS、导线的长期运行 允许温度为 150℃。
因此 ,设计要求铝合金的单线抗拉强度比早期 研发的高强度耐热铝合金要高出 17. 8%个百分点 , 难度非常大 ,而且时间相当紧迫 。
首先无法准确地确定炉中铝液的重量 ,合金配 制也就无从下手 。往往只能以大概 、差不多来进行 合金的配料计算 。
2008年第 1期 No. 1 2008
电线电缆 Electric W ire & Cable
2008年 2月 Feb. , 2008
用于大跨越的高强度耐热铝合金导线的研制
李文浩 , 徐 睿 , 刘 斌
(上海电缆研究所 ,上海 200093)
摘要 :阐述了用于大跨越的高强度耐热铝合金导线的研究与试制 。对高强度耐热铝合金导线的性能和试制进
行了介绍与分析 ,并提出了一些建议 。
关键词 :铝合金导线 ;大跨越 ;高强度 ;耐热 ;大容量 ;研制 ;建议
中图分类号 : TM244. 1; TM244. 2
文献标识码 : A
文章编号 : 167226901 (2008) 0120021205
D evelopm en t of a H igh Strength Hea t Resistan t A lum in ium A lloy Conductor for Large Span In sta lla tion L IW en2hao, et al
≤0. 03284
导电率 / ( % IACS)
≥52. 5
卷绕 ( 1d, 8圈 )
不断裂
强度残存率 (230℃ ×1 h) / %
≥90
单位长度重量 / ( kg / km )
3668 ±73. 4
4. 203 13. 87
254 2. 4 0. 03152 54. 7 未断裂 90. 8 3702. 0
同时 ,随着架空线路建设不断地发展 ,越来越多 的大跨越需要使用既能输送大电流 ,又能承受大张 力的导线 。于是 ,日本各大电缆株式会社又开发了 高强度耐热铝合金 。
日本早期开发的高强度铝合金其合金单线的抗 拉强度为 225～248 MPa (线径为 2. 30～4. 50 mm ) , 导电率为 55% IACS。随后又开发了强度更高的特 高强度耐热铝合金 ,其单线抗拉强度可达 275 M Pa, 但导电率仅为 50% IACS。
举世瞩目的三峡工程已完成三期围堰爆破拆 除 ,标志着三峡工程转入大坝挡水发电期 ,我国众多 的跨越江 、河和山区更需要架设高强度 、大容量的新 型导线 。
3 我国高强度耐热铝合金导线的研 、发过程 的简介
早在上世纪 80年代 ,上海电缆研究所曾自主研 制出高强度耐热铝合金 ,其合金线的技术性能指标 与日本研发的相同 : 即 合金 单线 (线 径为 2. 30 ～ 4. 50 mm ) 的 抗 拉 强 度 为 225 ～ 248 MPa、伸 率 为 2. 0%、导电率为 55% IACS、导线的长期运行允许
图 1 铝合金生产设备及工艺
在广东佛山雄力双利电缆有限公司产品的鉴定 会上 ,与会的专家们对该公司熔铝 、合金化工序的设 备及工艺给予更多的关注 。该公司熔铝 、合金化工 序采用的是兼熔化 、合金化 、保温于一体的可容纳 12 t铝液的圆形炉 。由于是圆形的炉子 ,基本上不 存在搅拌死角和炉内温差现象 。因此 ,从生产过程 中化学成分的检测及产品性能的检测中都能体现出 产品的均匀性达到了一定的水平 。因此 ,圆形一体 炉在铝合金批量生产中确保产品的稳定性 、均匀性 都起到了关键作用 。
上海电缆研究所给予广东佛山雄力双利电缆有 限公司 、上海中天铝线有限公司技术上的合作 ,在原 高强度耐热铝合金线 (AT2、原 KTA1)的基础上 ,根 据工程需要 ,在短短的几个月内就试制出符合三峡 跨江大跨越导线特殊要求的 (特 )高强度耐热铝合 金线 。广东佛山雄力双利电缆有限公司 、上海中天 铝线有限公司试制的特高强度钢芯 (特 )高强度耐 热铝合金绞线均通过了上海电缆研究所电工材料及 特种线缆质检中心的型式试验 。表 1 为 (特 )高强 度耐热铝合金圆单线的技术性能及测试结果 。
( Shanghai Electrical Cable Research Institute, Shanghai 200093, China) Abstract: This paper p resents the study and development of a high strength heat resistant alum inium alloy conductor for large span installation. The author described and analysed the performance and try2p roduction of the conductor and put forward some recommendations. Key words: alum inium alloy conductor; large span; high strength; heat resistance; large capacity; development; recomm enda tion
我国的架空输电线路 、大跨越输电线路用铝合 金导体材料的研究和开发 ,已由高强度铝 2镁 2硅合 金领域转向耐热铝合金 、高强度耐热铝合金及超耐 热铝合金系列等多元化铝合金导体材料 ,而且发展 迅猛 ,并取得了显著的效果 。同时 ,也对架空输电线 路 、大跨越输电线路用铝合金导线提出了更高的 要求 。
4 高强度耐热铝合金线 (杆 )生产设备和生 产工艺
通过在上述两家电缆有限制造公司的试制过程 和结果来分析 ,无论是试制产品的质量 、稳定性 、产 品性能的均匀性还是今后批量生产中质量的可保证 性 ,经试制表明 ,广东佛山雄力双利电缆有限公司的
2008年第 1期 No. 1 2008
电线电缆 Electric W ire & Cable
2008年 2月 Feb. , 2008
生产设备及生产工艺更适合高强度耐热铝合金 (包 括其他铝合金产品 )的生产 。尤其是该电缆制造有 限公司对合金杆连铸连轧生产线中的熔炼 、合金化 工序 ,进行了较大的 、有效的改进 。
改进后的熔炼 、合金化工序在试制过程中 ,对产 品性能的均匀性起到了一定的稳定作用 。较理想的 铝合金生产设备及工艺如图 1所示 。
·22·
温度为 150℃。 随着线路建设的发展 ,越来越多的大跨越需要
使用既能输送大电流 ,又能承受大张力的导线。 2005年 ,根据三峡电网送出工程为即将建成的六条 跨越长江和汉江大跨越导线工程需要 ,配合国家电 网公司“三峡输电工程用大跨越导线与研究 ”科学 技术课题 ,希望采用国产的 、具有特殊性能指标的特 高强度钢芯 (特 )高强度耐热铝合金绞线 。
2 高强度耐热铝合金导线的应用
高强度耐热铝合金导线在日本的研制成功后即 备受关注 ,于是高强度耐热铝合金导线在日本的大 跨越架空线路上也得到了广泛地应用 。
上世纪 80年代 ,我国黑龙江省电力设计院在哈 尔滨松花江跨越线路的增容改造中 ,曾从日本进口 用高强度铝合金制成的钢芯高强度耐热铝合金绞线 替代原有线路上的铝包钢绞线 ,铁塔基础及架设环 境不变 ,线路即增容一倍 。虽用高价购买了钢芯高 强度耐热铝合金绞线 ,可是投资仍节约 300多万元 (1985年价 ) ,获得了极好的经济效益 。
收稿日期 : 2007208215 作者简介 :李文浩 (1953 - ) ,男 ,高级工程师. 作者地址 :上海市军工路 1000号 [ 200093 ].
50% ,是高压及超高压大跨越线路 、架空输电线路不 可缺少的新线种 ,适用于新设计的 ,需要强度高 、容 量大的线路 ,大跨越 、严重覆冰地区 ,以及旧线路增 容改造工程中 ,其增容效果更为突出 ,可节约大量金 属材料和基建投资 ,有显著的经济效益 。
上世纪 60年代的日本 ,随着国民经济与电力工 业的快速发展 ,城市和地区都因电力需求的增长而 成为经济发展的制约 。日本根据本国地少 、人口稠 密 、敷设新线路困难及地理和国情的特点 ,投入了大 量人力 、财力进行耐热铝合金的研究与开发 ,以满足 经济 、电力工业快速发展所带来电力增容的迫切需 要 ,并于上世纪 60年代末开始在架空输电线路上逐 渐投入使用 。