眾所周知,在相同的電磁及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)下,銅導(dǎo)線的損耗更低。銅具有獨(dú)特的物理和電氣性能,是傳統(tǒng)的導(dǎo)電材料,也是變壓器繞組的主要原材料。但由于銅資源匱乏和市場價(jià)格居高不下,促使電工行業(yè)積極尋求替代材料。一般認(rèn)為,鋁導(dǎo)線是較好的代用材料。鋁材料具有資源豐富、價(jià)格低廉、重量輕、導(dǎo)電率高等優(yōu)點(diǎn)。因此,在20世紀(jì)60年代就提出“以鋁代銅”,用鋁導(dǎo)線作電能傳輸線,包括制作變壓器繞組。但鋁材料存在強(qiáng)度較低、容易蠕變、長期繞組使用易變形、耐蝕性差、表面極易形成堅(jiān)固的氧化膜等缺點(diǎn),導(dǎo)致接頭難以牢固連接,限制了“以鋁代銅”的進(jìn)一步推廣。
如果從技術(shù)角度出發(fā),純鋁線圈的電阻率大于純銅線的電阻率,如果要保證變壓器的負(fù)載損耗,就必須增大銅導(dǎo)線的截面積,勢必增大鋁材用量,致使變壓器體積增大。同時(shí),為保證變壓器的抗短路能力,面對鋁導(dǎo)線機(jī)械強(qiáng)度較低的現(xiàn)狀,必須在緊固器身及支撐等方面進(jìn)一步研究最佳良策。
綜上所述,由于變壓器銅材料價(jià)格高昂,很多廠家的電磁線導(dǎo)線性能不達(dá)標(biāo),如抗壓力不足、漆包線耐熱問題、導(dǎo)線匝絕緣、自粘換位導(dǎo)體在高溫下變軟問題等。因此,從目前變壓器的設(shè)計(jì)來看,大容量的電力變壓器必須使用無氧半硬銅導(dǎo)線,線圈型式可根據(jù)電壓等級選擇組合導(dǎo)線、自粘性換位導(dǎo)線,鋁線圈可在小容量的配電變壓器上使用。建議銅材生產(chǎn)廠家無需過度悲觀,努力提高自身導(dǎo)線的生產(chǎn)工藝、降低生產(chǎn)成本,提高產(chǎn)品質(zhì)量,從而提升企業(yè)競爭力。尤其要解決鋁導(dǎo)線變壓器的損耗及抗短路能力問題。
目前世界上很多國家在線路上使用了鋁合金導(dǎo)線,主要是高強(qiáng)度、中強(qiáng)度和耐熱系列的鋁合金。高強(qiáng)度類鋁合金導(dǎo)線主要應(yīng)用于中重冰區(qū)、跨越線路區(qū),用于提高線路鐵塔之間的跨距,減少鐵塔的數(shù)量和占地面積,最終提高導(dǎo)線導(dǎo)電率;而耐熱鋁合金導(dǎo)線則主要應(yīng)用于中增容需求、線路走廊緊張、經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)城市、用電峰谷落差大、要求施工周期短的地區(qū)。
高強(qiáng)度鋁合金產(chǎn)品(以Al-Mg-Si熱處理型高強(qiáng)度鋁合金導(dǎo)線為例),世界上先進(jìn)工業(yè)國的應(yīng)用面及發(fā)展趨勢,鋁合金導(dǎo)線與鋼芯鋁絞線相比,由于其強(qiáng)度高、重量輕,并有較好的導(dǎo)電性能(53%IACS)等優(yōu)點(diǎn)。早在1921年就開始用于架空線。隨著輸變電技術(shù)的提高和輸變電線路的發(fā)展,鋁合金導(dǎo)線愈來愈顯示其優(yōu)越性,國際上五十年代開始采用至今,西歐、北歐、美國、加拿大、日本等國已廣泛采用,法國的輸電線路幾乎90%以上使用鋁合金導(dǎo)線,日本也已達(dá)50%以上,東南亞各國的使用量在逐年激增(我國目前的應(yīng)用量還不到2%)。這是由于鋁合金導(dǎo)線與鋼芯鋁絞線相比,有其不可比擬的優(yōu)點(diǎn)決定的,在長距離、大跨越、超高壓輸電中,獨(dú)占優(yōu)勢;在農(nóng)網(wǎng)改造中,是既先進(jìn)又經(jīng)濟(jì)的好產(chǎn)品,它是普通鋼芯鋁絞線的更新?lián)Q代產(chǎn)品,也是節(jié)能、節(jié)材、節(jié)地(節(jié)約輸電走廊)的產(chǎn)品。
最早的高強(qiáng)度鋁合金線1921年出自瑞士,其牌號(hào)為Aldrey,后來各國又陸續(xù)開發(fā)生產(chǎn)了許多不同的牌號(hào),如Simalec(英國)、Almelec(法國)、6201(英國)、ィ號(hào)(日本)、Aж(原蘇聯(lián))、SI-33(日本)等。總的來說,這些高強(qiáng)度鋁合金均屬于可熱處理的Al-Mg-Si合金系,且經(jīng)歷多年,合金的配方、元素組成基本未變,一直沿用至今,但隨著技術(shù)的發(fā)展,在制造工藝和裝備控制等方面有了新的發(fā)展。
中強(qiáng)度全鋁合金絞線現(xiàn)已在國外得到廣泛應(yīng)用。特別在歐洲,如法國的輸電線路50%以上采用AAAC,其在德國和北歐的國家(瑞典、挪威、冰島等)的應(yīng)用也很普遍,美國也有應(yīng)用;但見諸于文獻(xiàn)的關(guān)于其運(yùn)行情況的資料很少。根據(jù)上海中天鋁線有限公司提供的其近幾年了解到的海外招投標(biāo)信息,近幾年來,中強(qiáng)度全鋁合金絞線在南美、非洲、印度等國家和地區(qū)應(yīng)用量增長較快,少則幾公里多則數(shù)千公里,電壓等級從66kV至500kV。我國在220kV及±500kV少量線路上也采用了AAAC導(dǎo)線。其中±500kV天廣四回全長230公里,10公里高山大嶺地段采用了JLHA2(2)—400(37/3.9)
耐熱鋁合金導(dǎo)線主要用在高壓和超高壓架空線路上用作大容量導(dǎo)線、大電流地線、大跨越導(dǎo)線和變電站用的大電流母線,此外在老舊線路改造亦使用耐熱鋁合金導(dǎo)線,可在不改變鐵塔高度,不改變線路走廊的條件下,只更換導(dǎo)線,就可以使線路容量增加50%以上,從而獲得好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。目前,耐熱鋁合金線主要有高導(dǎo)電、高強(qiáng)度、超耐熱、特耐熱四種。實(shí)際使用中使用較多的是高導(dǎo)電(60%IACS)耐熱鋁合金線和高強(qiáng)耐熱(抗拉強(qiáng)度240MPa,導(dǎo)電率55%IACS)這兩種,而導(dǎo)電率為58%IACS的耐熱鋁合金線已基本被淘汰。
由于耐熱鋁合金導(dǎo)線比同樣規(guī)格的普通鋼芯鋁絞線能輸送更多的電能,在它問世后不久即受到人們的關(guān)注,并隨著性能的不斷提高和品種的不斷增多,數(shù)十年來它的應(yīng)用得到了很大的發(fā)展。日本從1960年開始在輸電線路實(shí)際使用耐熱鋁合金導(dǎo)線,除了變電站的母線早就全部使用耐熱鋁合金導(dǎo)線以外,發(fā)展到1990年時(shí),日本的500kV輸電線路的導(dǎo)線已經(jīng)全部使用耐熱鋁合金導(dǎo)線。并隨著電力需要的增大,日本已經(jīng)大量使用鋼芯60%導(dǎo)電率耐熱鋁合金絞線(60TACSR)以代替普通鋼芯鋁絞線(ACSR),至2000年前后的使用量已經(jīng)達(dá)到全國輸電線路總長的70%。美國、加拿大、法國在輸電線路上使用耐熱鋁合金導(dǎo)線也有相當(dāng)?shù)臄?shù)量,近20年來,東南亞地區(qū)耐熱鋁合金導(dǎo)線的使用量也有不小的增長。
根據(jù)國網(wǎng)公司中強(qiáng)鋁合金、高強(qiáng)度鋁合金及耐熱鋁合金導(dǎo)線使用的不斷推進(jìn),國內(nèi)許多位廠家都對鋁合金導(dǎo)線產(chǎn)生了極大興趣,國網(wǎng)電科院、上纜所等相關(guān)專家對鋁合金產(chǎn)品的發(fā)展趨勢。認(rèn)為隨著以中強(qiáng)度全鋁合金導(dǎo)線為代表的鋁合金導(dǎo)線的工業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)的成熟,市場規(guī)模的擴(kuò)大將有效降低新產(chǎn)品的價(jià)格,在市場需求為導(dǎo)向的推動(dòng)下,鋁合金系列導(dǎo)線必將成為鋼芯鋁絞線的替代產(chǎn)品。(
如果從技術(shù)角度出發(fā),純鋁線圈的電阻率大于純銅線的電阻率,如果要保證變壓器的負(fù)載損耗,就必須增大銅導(dǎo)線的截面積,勢必增大鋁材用量,致使變壓器體積增大。同時(shí),為保證變壓器的抗短路能力,面對鋁導(dǎo)線機(jī)械強(qiáng)度較低的現(xiàn)狀,必須在緊固器身及支撐等方面進(jìn)一步研究最佳良策。
綜上所述,由于變壓器銅材料價(jià)格高昂,很多廠家的電磁線導(dǎo)線性能不達(dá)標(biāo),如抗壓力不足、漆包線耐熱問題、導(dǎo)線匝絕緣、自粘換位導(dǎo)體在高溫下變軟問題等。因此,從目前變壓器的設(shè)計(jì)來看,大容量的電力變壓器必須使用無氧半硬銅導(dǎo)線,線圈型式可根據(jù)電壓等級選擇組合導(dǎo)線、自粘性換位導(dǎo)線,鋁線圈可在小容量的配電變壓器上使用。建議銅材生產(chǎn)廠家無需過度悲觀,努力提高自身導(dǎo)線的生產(chǎn)工藝、降低生產(chǎn)成本,提高產(chǎn)品質(zhì)量,從而提升企業(yè)競爭力。尤其要解決鋁導(dǎo)線變壓器的損耗及抗短路能力問題。
目前世界上很多國家在線路上使用了鋁合金導(dǎo)線,主要是高強(qiáng)度、中強(qiáng)度和耐熱系列的鋁合金。高強(qiáng)度類鋁合金導(dǎo)線主要應(yīng)用于中重冰區(qū)、跨越線路區(qū),用于提高線路鐵塔之間的跨距,減少鐵塔的數(shù)量和占地面積,最終提高導(dǎo)線導(dǎo)電率;而耐熱鋁合金導(dǎo)線則主要應(yīng)用于中增容需求、線路走廊緊張、經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)城市、用電峰谷落差大、要求施工周期短的地區(qū)。
高強(qiáng)度鋁合金產(chǎn)品(以Al-Mg-Si熱處理型高強(qiáng)度鋁合金導(dǎo)線為例),世界上先進(jìn)工業(yè)國的應(yīng)用面及發(fā)展趨勢,鋁合金導(dǎo)線與鋼芯鋁絞線相比,由于其強(qiáng)度高、重量輕,并有較好的導(dǎo)電性能(53%IACS)等優(yōu)點(diǎn)。早在1921年就開始用于架空線。隨著輸變電技術(shù)的提高和輸變電線路的發(fā)展,鋁合金導(dǎo)線愈來愈顯示其優(yōu)越性,國際上五十年代開始采用至今,西歐、北歐、美國、加拿大、日本等國已廣泛采用,法國的輸電線路幾乎90%以上使用鋁合金導(dǎo)線,日本也已達(dá)50%以上,東南亞各國的使用量在逐年激增(我國目前的應(yīng)用量還不到2%)。這是由于鋁合金導(dǎo)線與鋼芯鋁絞線相比,有其不可比擬的優(yōu)點(diǎn)決定的,在長距離、大跨越、超高壓輸電中,獨(dú)占優(yōu)勢;在農(nóng)網(wǎng)改造中,是既先進(jìn)又經(jīng)濟(jì)的好產(chǎn)品,它是普通鋼芯鋁絞線的更新?lián)Q代產(chǎn)品,也是節(jié)能、節(jié)材、節(jié)地(節(jié)約輸電走廊)的產(chǎn)品。
最早的高強(qiáng)度鋁合金線1921年出自瑞士,其牌號(hào)為Aldrey,后來各國又陸續(xù)開發(fā)生產(chǎn)了許多不同的牌號(hào),如Simalec(英國)、Almelec(法國)、6201(英國)、ィ號(hào)(日本)、Aж(原蘇聯(lián))、SI-33(日本)等。總的來說,這些高強(qiáng)度鋁合金均屬于可熱處理的Al-Mg-Si合金系,且經(jīng)歷多年,合金的配方、元素組成基本未變,一直沿用至今,但隨著技術(shù)的發(fā)展,在制造工藝和裝備控制等方面有了新的發(fā)展。
中強(qiáng)度全鋁合金絞線現(xiàn)已在國外得到廣泛應(yīng)用。特別在歐洲,如法國的輸電線路50%以上采用AAAC,其在德國和北歐的國家(瑞典、挪威、冰島等)的應(yīng)用也很普遍,美國也有應(yīng)用;但見諸于文獻(xiàn)的關(guān)于其運(yùn)行情況的資料很少。根據(jù)上海中天鋁線有限公司提供的其近幾年了解到的海外招投標(biāo)信息,近幾年來,中強(qiáng)度全鋁合金絞線在南美、非洲、印度等國家和地區(qū)應(yīng)用量增長較快,少則幾公里多則數(shù)千公里,電壓等級從66kV至500kV。我國在220kV及±500kV少量線路上也采用了AAAC導(dǎo)線。其中±500kV天廣四回全長230公里,10公里高山大嶺地段采用了JLHA2(2)—400(37/3.9)
耐熱鋁合金導(dǎo)線主要用在高壓和超高壓架空線路上用作大容量導(dǎo)線、大電流地線、大跨越導(dǎo)線和變電站用的大電流母線,此外在老舊線路改造亦使用耐熱鋁合金導(dǎo)線,可在不改變鐵塔高度,不改變線路走廊的條件下,只更換導(dǎo)線,就可以使線路容量增加50%以上,從而獲得好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。目前,耐熱鋁合金線主要有高導(dǎo)電、高強(qiáng)度、超耐熱、特耐熱四種。實(shí)際使用中使用較多的是高導(dǎo)電(60%IACS)耐熱鋁合金線和高強(qiáng)耐熱(抗拉強(qiáng)度240MPa,導(dǎo)電率55%IACS)這兩種,而導(dǎo)電率為58%IACS的耐熱鋁合金線已基本被淘汰。
由于耐熱鋁合金導(dǎo)線比同樣規(guī)格的普通鋼芯鋁絞線能輸送更多的電能,在它問世后不久即受到人們的關(guān)注,并隨著性能的不斷提高和品種的不斷增多,數(shù)十年來它的應(yīng)用得到了很大的發(fā)展。日本從1960年開始在輸電線路實(shí)際使用耐熱鋁合金導(dǎo)線,除了變電站的母線早就全部使用耐熱鋁合金導(dǎo)線以外,發(fā)展到1990年時(shí),日本的500kV輸電線路的導(dǎo)線已經(jīng)全部使用耐熱鋁合金導(dǎo)線。并隨著電力需要的增大,日本已經(jīng)大量使用鋼芯60%導(dǎo)電率耐熱鋁合金絞線(60TACSR)以代替普通鋼芯鋁絞線(ACSR),至2000年前后的使用量已經(jīng)達(dá)到全國輸電線路總長的70%。美國、加拿大、法國在輸電線路上使用耐熱鋁合金導(dǎo)線也有相當(dāng)?shù)臄?shù)量,近20年來,東南亞地區(qū)耐熱鋁合金導(dǎo)線的使用量也有不小的增長。
根據(jù)國網(wǎng)公司中強(qiáng)鋁合金、高強(qiáng)度鋁合金及耐熱鋁合金導(dǎo)線使用的不斷推進(jìn),國內(nèi)許多位廠家都對鋁合金導(dǎo)線產(chǎn)生了極大興趣,國網(wǎng)電科院、上纜所等相關(guān)專家對鋁合金產(chǎn)品的發(fā)展趨勢。認(rèn)為隨著以中強(qiáng)度全鋁合金導(dǎo)線為代表的鋁合金導(dǎo)線的工業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)的成熟,市場規(guī)模的擴(kuò)大將有效降低新產(chǎn)品的價(jià)格,在市場需求為導(dǎo)向的推動(dòng)下,鋁合金系列導(dǎo)線必將成為鋼芯鋁絞線的替代產(chǎn)品。(