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電力架空鋁合金導(dǎo)線缺口仍然很大

   日期:2013-12-30     瀏覽:386    評論:0    
 我國應(yīng)用耐熱鋁合金導(dǎo)線已有20余年歷史。1986年首先在安徽繁昌500kV變電站采用國產(chǎn)1440mm2鋼芯58%導(dǎo)電率耐熱鋁合金絞線(NRLH58GJ)作為母線,取得了明顯的技術(shù)效果和經(jīng)濟效益。最早作為架空輸電線路使用耐熱鋁合金導(dǎo)線是在1995年,武漢市供電局設(shè)計院對該市110kV、4km的英棲線路進行擴容改造。該工程采用國產(chǎn)的240/30型鋼芯耐熱鋁合金絞線(58%IACS)更換舊導(dǎo)線,不僅使輸電容量(載流量)提高了1.37倍,而且原有的鐵塔也未作任何更換,節(jié)約了大量的人力投入和資金投入。這更使我國電力行業(yè)對耐熱鋁合金導(dǎo)線用于輸電線路有了新的認可,這之后鋼芯耐熱鋁合金絞線在輸電線路上得到了更多的應(yīng)用機會。但是,目前已在架空輸電線路上使用的鋼芯耐熱鋁合金絞線,其導(dǎo)體導(dǎo)電率基本上都為58%IACS。隨著我國生產(chǎn)的60%IACS鋼芯耐熱鋁合金絞線的穩(wěn)定性、導(dǎo)電率和耐熱性、均勻性的提高,也由于相關(guān)國際標準的出臺,2005年以后已基本淘汰58%IACS的耐熱鋁合金線。

鋁合金導(dǎo)線的特性(以Al-Mg-Si熱處理型高強度鋁合金導(dǎo)線為例),世界上先進工業(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,由于其強度高、重量輕,并有較好的導(dǎo)電性能(53% IACS)等優(yōu)點。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1%)。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)點決定的,在長距離、大跨越、超高壓輸電中,獨占優(yōu)勢;在農(nóng)網(wǎng)改造中,是既先進又經(jīng)濟的好產(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。

      目前,我國電網(wǎng)輸電能力不足的問題十分突出,而在輸電線路擴容改造中,尤其是在經(jīng)濟發(fā)達人口稠密地區(qū),由于走廊資源的缺乏,遇到了種種阻力。

最近,國家電網(wǎng)公司已經(jīng)明確各省電力部門,必須充分利用現(xiàn)有的電力走廊資源,制定提高送電線路耐受溫度的技術(shù),要采用耐熱導(dǎo)線,增強熱穩(wěn)定水平提高線路的輸電能力。將提高輸電線路導(dǎo)線的運行溫度,作為電網(wǎng)改造的重要手段。國家決定啟動特高壓工程,其中一個重要理由:就是一條特高壓線路走廊相當于五條超高壓線路走廊的輸送容量,以單回路計,單位走廊面積的輸送電力可提高到三倍以上。   

在線路狹窄地區(qū),只需要更換相近截面規(guī)格的鋁線耐熱鋁合金導(dǎo)線,基本上不需要征用土地更換鐵塔,就能滿足增加輸電容量的要求,使原有線路提高了輸電容量40%至60%,不僅節(jié)約了大量的工程投資、架塔所需的寶貴的土地資源,而且施工快速,產(chǎn)生了明顯的經(jīng)濟效益和社會效益。

專家分析指出,由于長期以來電網(wǎng)建設(shè)投入不足,電網(wǎng)建設(shè)欠帳較多,跨區(qū)跨省聯(lián)絡(luò)線路,大電源送出線路和負荷中心輸入線路"卡脖子"現(xiàn)象比較普遍,配網(wǎng)供電能力也相對不足,在一定程度上存在"送不出,落不下,用不上"的問題,制約作用明顯,難以滿足日益增長的人民生產(chǎn)生活的實際需要。以60%IACS耐熱鋁合金輸電導(dǎo)線改造城鄉(xiāng)電網(wǎng),既節(jié)約又環(huán)保還能增加輸電能力,是一項"綠色制造"的示范項目,具有重大推廣應(yīng)用價值。


目前,我國架空輸電線路所使用的導(dǎo)線基本上仍舊是傳統(tǒng)的鋼芯鋁絞線(LGJ),由于其耐熱性能相對較差,輸電容量受到一定限制而且輸電損失較大。而高強度耐熱鋁合金是具有較高的抗拉強度又有很好耐熱性能的鋁合金導(dǎo)體材料,做成導(dǎo)線后使用溫度高、耐熱性好、載流量大、抗拉力大等突出優(yōu)點,在國外已普遍使用,效果良好。特高強度耐熱鋁合金導(dǎo)線用于舊線路改造,增容效果突出,并可節(jié)約大量的金屬材料和基建投資,尤其適用于需要高強度、容量大的線路,在長距離、大跨越、超高壓輸電中,獨占優(yōu)勢,在電網(wǎng)改造中,是既先進又經(jīng)濟的好產(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,如大跨越線路,可顯著地提高輸送容量和線路安全性。特高強度耐熱鋁合金導(dǎo)線的使用將帶來顯著地社會、經(jīng)濟效益。將成為我國在大跨越輸電線路中一種非常重要的新型架空導(dǎo)線。

專家指出,在我國電力線路建設(shè)中,特別是在西部地區(qū),遇到越來越多的大跨越或者大落差的區(qū)域,需要使用既能輸送大電流,又能承受大張力的導(dǎo)線。使用耐熱鋁合金導(dǎo)線的單價雖然是普通導(dǎo)線的1.58倍,但它比使用普通導(dǎo)線的線路綜合造價要低許多。因為它可代替普通架空導(dǎo)線,節(jié)約土地資源,而且使線路結(jié)構(gòu)簡化,省去許多零部件,在相同導(dǎo)電截面的輸電線路上不需要大的投入,尤其在線路走廊狹窄地區(qū),只需要更換相近導(dǎo)電截面的導(dǎo)線,基本上不需要更換鐵塔既能滿足強度和導(dǎo)線對地尺度安全的要求,可在150℃高溫下正常輸電(普通導(dǎo)線最高工作溫度只有90℃),同時增加了40%~60%的輸電容量。由于導(dǎo)電率的提高,可使線路工程節(jié)省大量投資。據(jù)測算,導(dǎo)電率相差1個百分點,在220KV電壓條件下,經(jīng)濟電流密度輸送,按現(xiàn)行電價計算,每公里減少電力損耗將達20萬元左右。
資料顯示,日本已大量使用60%導(dǎo)電率耐熱鋁合金導(dǎo)線代替普通鋼芯鋁絞線,使用量已占全國輸電線路總長的70%。目前日本的高強度耐熱鋁合金線技術(shù)指標中,其抗拉強度為225Mpa(直徑4.0mm),比58%IACS、60%IACS耐熱鋁合金線高41.5~46.7%,以接近高強度鋁-鎂-硅合金(A2型)線??稍?50℃下長期使用,載流量比鋼芯鋁絞線提高80~100%,顯著地增大線路容量,載流量高于鋁-鎂-硅合金線,達93.2%,在150℃使用溫度下,高達127%,即載流量可提高1.27倍,是高壓及超高壓大跨越線路不可缺少的新線種。美國、加拿大、法國在輸電線路上使用耐熱鋁合金導(dǎo)線也有相當數(shù)量,東南亞地區(qū)的使用量也正以較大幅度上升。

我國應(yīng)用耐熱鋁合金導(dǎo)線已有20余年歷史。1986年首先在安徽繁昌500kV變電站采用國產(chǎn)1440mm2鋼芯58%導(dǎo)電率耐熱鋁合金絞線(NRLH58GJ)作為母線,取得了明顯的技術(shù)效果和經(jīng)濟效益。最早作為架空輸電線路使用耐熱鋁合金導(dǎo)線是在1995年,武漢市供電局設(shè)計院對該市110kV、4km的英棲線路進行擴容改造。該工程采用國產(chǎn)的240/30型鋼芯耐熱鋁合金絞線(58%IACS)更換舊導(dǎo)線,不僅使輸電容量(載流量)提高了1.37倍,而且原有的鐵塔也未作任何更換,節(jié)約了大量的人力投入和資金投入。這更使我國電力行業(yè)對耐熱鋁合金導(dǎo)線用于輸電線路有了新的認可,這之后鋼芯耐熱鋁合金絞線在輸電線路上得到了更多的應(yīng)用機會。但是,目前已在架空輸電線路上使用的鋼芯耐熱鋁合金絞線,其導(dǎo)體導(dǎo)電率基本上都為58%IACS。隨著我國生產(chǎn)的60%IACS鋼芯耐熱鋁合金絞線的穩(wěn)定性、導(dǎo)電率和耐熱性、均勻性的提高,也
由于相關(guān)國際標準的出臺,2005年以后已基本淘汰58%IACS的耐熱鋁合金線。

    最近,某鋁線有限公司成功研發(fā)出60%高導(dǎo)電率耐熱鋁合金導(dǎo)線,可使導(dǎo)線的載流量提高1.4~1.6倍,技術(shù)達到了國際先進水平,填補了國內(nèi)空白。

2008年前,為保證奧運會安全可靠供電,北京在加強和完善500千伏電網(wǎng),保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定的基礎(chǔ)上,還將投資配套新建200千伏輸變電工程3項、110千伏輸變電工程4項、奧運中心區(qū)電力隧道和110千伏架空線入地工程、24個奧運場館及配套設(shè)施處電源工程、奧運場館周邊59條道路和5座橋梁改擴建相關(guān)10千伏架空線入地工程等。為完成此項大規(guī)模的電力改造工程,北京電力制定了相應(yīng)的"首都標準"。

0%IACS耐熱鋁合金導(dǎo)線與現(xiàn)有的各種架空導(dǎo)線相比,具有耐高溫、高導(dǎo)電率等優(yōu)點,特別適用于城網(wǎng)電網(wǎng)增容改造的線路。目前,我國220KV以上電網(wǎng)的大跨越工程由于其強度的特殊要求,都采用鋼芯鋁合金導(dǎo)線系列的產(chǎn)品,除少數(shù)幾條跨越采用國產(chǎn)的鋼芯鋁合金導(dǎo)線以外,大部分都采用進口的鋼芯鋁合金導(dǎo)線,例如哈爾濱的松花江大跨越、廣東的珠江大跨越和上海黃浦江大跨越等。

專家認為,根據(jù)"西電東送、南北互供、全國聯(lián)網(wǎng)"的戰(zhàn)略部署,遠距離、大容量輸電線路的建設(shè)勢在必行,同時也向架空輸電導(dǎo)線提出了更高的要求。在電壓穩(wěn)定的前提下,提高輸電電流密度,即提高導(dǎo)線單位面積的輸電容量就顯得十分重要。目前我國架空輸電線路所使用的導(dǎo)線基本上仍然是傳統(tǒng)的鋼芯鋁絞線(ACSR),由于其耐熱性能相對較弱,因此線路的輸電容量受到一定的限制。

60%IACS耐熱鋁合金導(dǎo)線作為一種性能良好的特種導(dǎo)線,在我國城網(wǎng)增容改造、變電站建設(shè)、大跨越線路以及一般線路,都有它的用武之地,具有很大的發(fā)展和應(yīng)用前景。60%IACS耐熱鋁合金導(dǎo)線還具有良好的性能價格比,目前,國產(chǎn)的耐熱鋁合金導(dǎo)線單價約為普通導(dǎo)線的1.3倍左右,由于它的載流量是普通導(dǎo)線的1.4至1.6倍,單位輸送容量的造價比普通導(dǎo)線要低許多。另外,采用60%IACS耐熱鋁合金導(dǎo)線使線路結(jié)構(gòu)簡化,金具及零部件數(shù)量減少,對線路的安全運行有很大的好處。

2005年,根據(jù)工程需要,我國生產(chǎn)出符合三峽跨江大跨越導(dǎo)線要求的高強度耐熱鋁合金線。此高強度耐熱鋁合金線的抗拉強度可達252MPa以上(絞后),比普通純鋁線及60%IACS耐熱鋁合金線的強度高66%左右,比55%IACS高強度耐熱鋁合金線(AT2、原KTAl)的強度高17%左右。高強度耐熱鋁合金線適用于跨江大跨越、大容量的線路,嚴重覆冰區(qū)、山谷條件下的導(dǎo)線及超高壓線路上的導(dǎo)線和地線,可顯著提高輸送容量和線路的安全性,并能節(jié)約大量的金屬材料和基建投資。耐熱鋁合金導(dǎo)線具有較高的性價比,可以明顯降低線路的綜合造價,并有利于線路的安全運行。
 
     根據(jù)有關(guān)資料報道,在今后若干年中鋁合金導(dǎo)線的國內(nèi)外市場前景十分廣闊,它不僅可用于輸電線路和光纖復(fù)合架空導(dǎo)線(OPGW),還將大量用做CATV寬帶網(wǎng)接入用戶電纜的編制線。

 
但是耐熱鋁合金導(dǎo)線的線損會有一定的增加,在大規(guī)模長距離輸電使用耐熱鋁合金時,應(yīng)加大導(dǎo)體截面,推薦在70~90℃運行,以減小線損,利用導(dǎo)線的耐熱性能使得線路安全系數(shù)增大,有效降低災(zāi)害發(fā)生。
 
眾所周知從西南各省和三峽向廣東送電的線路,都需要經(jīng)過像貴州、湖南、云南等省的高山峽谷及重冰區(qū)地帶,在這些地帶要建設(shè)性能優(yōu)良的輸電線路,導(dǎo)線僅僅采用鋼芯鋁絞線顯然是不夠的,也是不合理的。經(jīng)專家反復(fù)論證,鋼芯鋁合金絞線將是最重要的一種新型線種,將在這些工程中采用。如此眾多的長距離、超高壓輸電線路需要在較短的時間內(nèi)建成,這就為我國鋁合金導(dǎo)線的制造廠提供了一個新的、最重要的發(fā)展機遇。

    在上海召開的“三峽至廣東±500KV之流輸電線路工程初步設(shè)計會”上,經(jīng)專家討論決定:當線路通過20CM復(fù)冰的地區(qū),設(shè)計時向30CM復(fù)冰的地區(qū)條件靠攏,全部采用JLHA1/G2A-720/50(即AACSR-720/50)型鋼芯鋁合金絞線。同樣,在今后相同條件的線路設(shè)計中,將采用上述相同原則。在積累鋁合金導(dǎo)線的運行經(jīng)驗后,鋁合金和鋼芯鋁合金導(dǎo)線的應(yīng)用還將擴展至線路復(fù)冰厚度小于20CM的地區(qū)。這樣的氣象條件,在南方有很大一片地區(qū)。

    那么,究竟每年需要多少數(shù)量的鋁合金導(dǎo)線呢?2000年我國架空輸電線的用量約60萬噸,其中只有數(shù)千噸鋁合金導(dǎo)線,約占總需求量的1%,這是一個很小的數(shù)字。“十五”期間,預(yù)計輸電線路以10%地速度增長,2005年架空輸電線的年用量將約90~100噸,如果我們把架空輸電線中5%的量作為鋁合金導(dǎo)線的用量計算的話,也就是至2005年后,我國每年需用鋁合金導(dǎo)線的量將為4~5萬噸,然而目前我國生產(chǎn)高強度鋁合金的工廠只擁有年產(chǎn)2萬噸的生產(chǎn)能力,因此缺口約2~3萬噸

所有耐熱鋁合金線的允許使用溫度比硬鋁線(HAl)要高得多,即使是最低的TAl,其允許的連續(xù)、短時和瞬時使用溫度分別要比HAl高60℃~80℃;所有耐熱鋁合金線的抗拉強度與硬鋁線(HAl)相當,其中的高強度耐熱鋁合金線(KTAl)除了允許的連續(xù)、短時和瞬時使用溫度分別要高(60~80)℃外,抗拉強度還高了60MPa左右;但是,所有耐熱鋁合金線的導(dǎo)電率均低于硬鋁線(HAl),而且隨使用溫度的增加或抗拉強度的提高其導(dǎo)電率反而下降。把耐熱鋁合金導(dǎo)線系列中的鋼芯改為鋁包鋼芯后,就分別成為鋁包鋼芯耐熱鋁合金絞線(TACSR/AC)、鋁包鋼芯超耐熱鋁包鋼絞線(UTACSR/AC和ZTACSR/AC)和鋁包鋼芯高強度耐熱鋁合金絞線(KTACSR/AC)。因鋁包鋼具有一定的導(dǎo)電率,可在提供強度的同時可適當彌補鋼芯耐熱鋁合金絞線產(chǎn)品導(dǎo)電率的不足。

為了滿足不同場合的需要,也可用特高強鋼芯替代普通鋼芯,成為特強鋼芯耐熱鋁合金絞線(TACSR/EST)、特強鋼芯超耐熱鋁合金絞線(UTACSR/EST)和特強鋼芯高強度耐熱鋁合金絞線(KTACSR/EST)等等。
在應(yīng)用中提高了使用溫度后,因鋼(包括普通鋼芯、特高強鋼芯和鋁包鋼芯)和鋁(包括鋁合金及各類耐熱鋁合金)的線膨脹系數(shù)較大,上述各種鋼芯耐熱鋁合金絞線都存在弛度增大的問題,限制了在某些場合的應(yīng)用。
 
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