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一、主要铝合金材料性能与用途

1. 高强度铝合金高强度铝合金是输电线最常用的材料，它添加的元素主要是镁（Mg）和硅（Si），该合金的主要组成物为Mg2Si。在热处理状态下，Mg2Si固溶于铝中，并通过人工时效进行硬化，获得足够的强度和塑性，用作输电线材料。

如上所述，我国研制高强度铝合金始于六十年代，经过不断的努力与改进提高，其性能指标均达到IEC 104的各项技术要求，对于要求特别严格的弯曲性能也得到大幅度提高，微风振动试验也完全能通过。1975年开始上海电缆研究所与武汉电线厂合作，在铝合金中添加稀土元素，使高强度铝合金导线的性能得到充分的保证，这种具有中国特色的独特配方，一直延续至今，为电线电缆行业和电力行业所认可。 JB/T 8134-1997架空绞线用铝镁硅系合金圆线中所规定的各项性能与IEC 104-1987的相一致，规格范围为φ1.5～φ4.5mm。目前国内生产的Al-Mg-Si线在加入稀土以后，强度、电阻率都达到要求，延伸率由标准规定的3.0％或3.5％提高至6％以上，大大超过标准要求，这种线材制作OPGW的地线部分是特别有利的。

在2000年8月1日开始实施的国家标准GB/T 1179-1999圆线同心绞架空导线，等同于IEC 61089-1991的标准，标准中把高强度铝合金线的二种规格型号均列入其中，并与其它的材料在一起组成各种型式的导线，如：铝合金绞线（JLHA2、JLHA1）、钢芯铝合金绞线（JLHA2／G1A、JLHA2／G1B、JLHA2／G3A；JLHA1／G1A、JLHA1／G1B、JLHA1／G3A）、铝合金芯铝绞线（JL/LHA2、JL/LHA1）、和铝包钢芯铝合金绞线（JLHA2／LB1A、JLHA1／LB1A）等。把常用的钢芯铝绞线与铝合金绞线、钢芯铝合金绞线的主要性能作比较，见表3。表3 各种常用导线的性能比较对于作为输电线路用导线，除了为满足一定载流量，它需要足够的铝截面，保证导线的直流电阻达到规定值以外，最主要的是抗拉力和单位长度质量，以及它们的比值。从表3可看出全铝合金绞线已经比以往常用的钢芯铝绞线有更好的拉力／重量比，它本身就较轻，这对线路有好处，它可以减少弧垂量，降低杆塔高度，或可以增加杆塔间的距离；钢芯铝合金导线的这种优点更为突出；此外，它有较强的过载能力，因此在经过复冰的地段，如复冰厚度为20cm以上至30cm时，其线路的综合造价可以适当降低，是最合适的线材；在通过山地，由于地形高低不平，起伏较大，杆塔塔位也较难安排，如果采用铝合金导线或钢芯铝合金绞线的话，线路建设就更经济了。鉴于上述的优点，在即将建设的三峡枢纽工程，送往广东的±500kV直流输电线路工程，在通过湖南省湘江——响水段时，线路中导线的复冰为20cm和30cm地段，采用的导线均为钢芯铝合金绞线。随着西电东送工程起动，由西部的电厂发出来的强大电流要送往东部沿海，线路经过山区、复冰严重的地区在所难免，因此铝合金导线和钢芯铝合金导线将起着越来越重要的作用。

2.导电为57．8％及60％ IACS的耐热铝合金工农业的发展，对电力工业提出要求，应输送更多的电流，输电线路和输电容量日趋大容量化。采用新建线路增加输送电流容量，这是方法一，但往往是不切合实际的，在原有的线路上更换新型导线使线路容量增加是最重要的方法之一。靠增大导线导电金属截面的方法是不可取的，它增容也有限，提高导线的允许运行温度将会获得良好效果，所以应该选用耐热性能良好的材料作导体。

1949年，R.M.Havvingtor在研究中发现在铝中添加适量的锆（Zr）可显著提高铝的耐热性能，这就使输电线用铝合金的研究和使用进入了一个新的领域。添加Zr的耐热铝合金，其软化温度比电工铝提高100℃，而且至150℃时的高温性能仍然良好。如果按照在150℃下使用，比在90℃下使用，载流量可以提高61～69％（而我国输电线的运行温度只规定为70℃），这就使线路得到足够的增容，因此耐热铝合金导线应运而生，并得到了迅速发展。

鉴于上述原因，1990年底日本住友电气工业株式会社导电制品事业部技术部长奥村哲郎先生称：日本500kV的输电线路导线全部使用耐热铝合金线。在我国目前线路负荷过载严重，开辟新线路走廊又十分困难，所以采用耐热铝合金线是一个解决的方法；其次在变电站中采用铝绞线作母线，因数目繁多，结构复杂，施工、维修困难，若采用耐热铝合金以后能克服上述缺点，又节约投资，受电力部门欢迎。耐热铝合金导线按导电率不同分为二种，即58％ IACS和60％ IACS，其中58％ IACS导电率的耐热铝合金在铝中添加Zr，60％ IACS导电率的耐热铝合金还在铝中添加钇（Y），二种合金都能在150℃下长期使用，其强度残存率≥90％，它们的性能和绞线性能见表4、表5和表6。注：* 载流量计算：风速0.5m/s，日照强度1000W/m2，环境温度+40℃，计算载流量温度+150℃。

3.高强度耐热铝合金耐热铝合金导线解决了导线由于载流量增加温升提高时，在高温（如150℃）情况下，线的性能不会明显降低的问题，然而耐热铝合金线的强度本身就较低，只与电工铝线相同，这便削弱了铝合金线有高强度的优点，高强度耐热铝合金线改变了这种状态，即在高温状态仍然保持良好的高强度，即加热后大于90％强度残存率值达到高强度。

为达到此目的，应在耐热铝合金的基础上进行配方和工艺的改进。高强度耐热铝合金仍然选择锆（Zr）作为提高铝线耐热性能的元素。锆的加入在铝中产生钉轧位错，阻挠铝的回复和再结晶，提高了铝的再结晶温度便提高了铝的耐热性能。在此基础上添加其它元素，起到细小的析出相均匀分布在亚结晶晶界上，控制亚结晶尺寸和阻挠晶粒继续成长，从而提高合金强度和耐热性，并减少硅在铝中的不利因素。表7列出高强度铝合金、耐热铝合金和高强度耐热铝合金的主要性能比较，对于作为输空输电线用时，强度线存率应特别注意。表7 几种铝合金的常温和耐热性能强度耐热铝合金线，抗拉强度215～255N/mm2，延伸率≥1.5％，导电率≥55％ IACS，可长期在150℃下工作。用高强度耐热铝合金线与钢芯绞在一起，适用于作大跨越导线等。利用这种铝合金的高强度性能，可以提高在短路或过载情况下的动态稳定性；利用其耐热性能可以提高热稳定性。所以它的适用范围一方面可与高强度铝合金相同，另一方面又与耐热铝合金相同，国外就采用这种合金作超高压线路的导线与地线，以提高载流量和短路电流容量。我国北方的松花江大跨越导线和南方的珠江大跨越导线就分别从日本和意大利购买这种导线来解决大跨越导线的容量问题，获得满意的结果。

4. 其它铝合金除了Al-Mg-Si系高强度铝合金为代表的热处理铝合金外，还有非热处理型铝合金，它不要经过复杂的热处理过程，当在铝中添加合金元素以后，细化了铝的晶粒，从而提高强度，这种合金强度一般在200～220N/mm2左右，称为中强度铝合金，它较为柔软，可以做移动式的电缆导体，如电犁电缆等。Al-Mg合金属于这一类。在发展耐热铝合金时，其长期使用温度为150℃，为了进一步提高导线的载流能力，铝合金的长期使用温度又进一步提高到180℃、210℃和230℃，这就是所谓超耐热铝合金和特高耐热铝合金等。这种合金的使用温度进一步提高，但其线损也增加，因此只有在万不得已的特殊情况下才会使用，国内尚无采用超耐热和特高耐热铝合金制作导线的实际工程。铝合金的种类繁多，当添加某种合金元素以后会改变其性能，符合使用的目的，但目前在电线电缆行业中，作为电工用的铝合金仍然是以Al-Mg-Si和Al-Mg-Si-Re系高强度铝合金用量最大、使用得最普遍的合金品种。

二、输电线路中采用的几种典型结构

铝合金导线及其主要技术参数 1. 2000m级大跨越导线我国大江大河、高山峡谷众多，输电线路往往需要从这些地方通过，故大跨越导线用量颇多，采用高强度铝合金作为大跨越导线的导电材料是恰切的。长江三峡枢纽工程的送出工程，龙泉至政平的±500kV直流输电线路，全线路径长890km。途径安徽省时在芜湖市的东西梁山下游约670m处跨越长江，工程跨越档距1910m，整个耐张段为3050m。具体布置如下：跨越方式：耐张——直线——直线——耐张跨越档距： 570m——1910m——570m ±500kV芜湖长江大跨导线，为四分裂的特高强度镀锌钢芯高强度铝合金绞线，型号为4×AACSR／EST-450／200，即使在极限条件下，它所输送的电流，仍有适当的裕度，即≥864A。对于大跨越导线，其使用温度允许达到90℃，三峡送出工程龙泉至政平±500kV直流输电线路，输送容量为300万千瓦，输送电流为3000安培，主干线路用导线为ACSR-720/50，经反复论证和试验实测证明：AACSR／EST－450／200作为大跨越导线能很好的匹配。“十五”期间，三峡向广东送电以及西电东送时，当主干线路采用ACSR－720／50时，大跨越即以AACSR／EST－450／200相匹配。

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