中強(qiáng)度全鋁合金導(dǎo)線工藝分析

1、中強(qiáng)度全鋁合金導(dǎo)線是指由抗拉強(qiáng)度為230265MPa的鋁合金單絲絞制而成的鋁合金絞線。在超高壓、特高壓輸電線路上采用中強(qiáng)度全鋁合金導(dǎo)線（AAAC）較目前普遍采用的鋼芯鋁絞線（ACSR）具有如下優(yōu)點(diǎn)：（1）導(dǎo)線拉重比大，弧垂特性好，可增大輸電桿塔檔距，降低線路建設(shè)投資。AAAC的總拉斷力與其單位長度重量之比為9.4KM，而常用ACSR為78KM。（2）導(dǎo)線延伸率大，AAAC具有良好的抗過載能力及疲勞特性。（3）導(dǎo)線高溫特性好，AAAC在更高溫下運(yùn)行，強(qiáng)度損失較少。（4）在荷載方面，AAAC與相同直徑的ACSR相比，在水平荷載相當(dāng)時(shí)，垂直荷載減少10%。（5）接續(xù)金具簡單，施工方便。AAAC由同種

2、材料絞成，故僅需1個(gè)接續(xù)管。其屈服強(qiáng)度約為鋁線的1.5倍，壓縮型接續(xù)不易產(chǎn)生導(dǎo)線鼓包或燈籠現(xiàn)象，對(duì)耐強(qiáng)跳線可減少壓接工作量，提高效率。（6）導(dǎo)線表面耐損傷。AAAC的硬度（布氏硬度為85HB）為鋁線的2倍，但重量比ACSR輕，施工輕放線時(shí)可減少運(yùn)行時(shí)電暈損失及無線電干擾水平。（7）在線路運(yùn)行過程中，AAAC電能損失少。雖然中強(qiáng)度鋁合金金絲的直流電阻率比硬鋁線約高4.3%，但由于同直徑時(shí)，AAAC的導(dǎo)電截面積較ACSR大，所以20直流電阻要稍低于ACSR。ACSR鋼芯要產(chǎn)生磁滯損失和渦流損失，而AAAC無鋼芯，交流電阻要比ACSR低，故電能損失減少，特別是大容量輸電時(shí)降耗明顯。（8）耐腐蝕。對(duì)大

3、氣腐蝕具有天然抵抗能力，而且又避免了鋁線與鍍鋅鋼線之間的電化學(xué)腐蝕，導(dǎo)線運(yùn)行壽命長。（9）AAAC的外層鋁合金絲的受力較ACSR外層鋁絲的受力相對(duì)值要小，耐受振動(dòng)的性能要好。鑒于此，中強(qiáng)度全鋁合金導(dǎo)線在國內(nèi)外受到重視。國外中強(qiáng)度鋁合金單絲和全鋁合金導(dǎo)線的發(fā)展中強(qiáng)度鋁合金單絲有半熱處理半加工硬化型和非熱處理型兩種。半熱處理半加工硬化型單絲的生產(chǎn)工藝和高強(qiáng)度鋁合金導(dǎo)線的基本相同，生產(chǎn)成本和高強(qiáng)度鋁合金單絲相當(dāng)。非熱處理型單絲的生產(chǎn)工藝和硬鋁線的基本相同，生產(chǎn)成本和硬鋁線相當(dāng)。由中強(qiáng)度鋁合金單絲絞制的全鋁合金導(dǎo)線（AAAC）因其弧垂小，線路損耗低，發(fā)明后很快投入應(yīng)用。發(fā)展最早的鋁鎂系“5005”非熱

4、處理型中強(qiáng)度鋁合金線是美國在1956年研制成功，并很快實(shí)用化。上世紀(jì)60年代，美國弗吉尼亞電力公司在500KV輸電線路上采用了由AA5005中強(qiáng)度鋁合金單絲制作的全鋁合金導(dǎo)線（AAAC）。但5005鋁合金單絲因存在鑄造和加工比較困難以及導(dǎo)電率比較低（最低電導(dǎo)率為53.5%IACS）的缺點(diǎn)，使用受到限制。對(duì)這種鋁合金進(jìn)行改進(jìn)后，出現(xiàn)了像“MS-AL”、“KAL”和“CK76”等新牌號(hào)的中強(qiáng)度鋁合金導(dǎo)線。這些鋁合金導(dǎo)線，從成分入手來改善其力學(xué)性能和電學(xué)性能，同時(shí)也考慮改善其耐蝕性能和加工性能。非熱處理型的“MS-AL”中強(qiáng)度鋁合金導(dǎo)線由日本古河電氣公司在1965年研究成功，并于1969年開始生產(chǎn)。

5、這種合金導(dǎo)電率高，蠕變性能好，價(jià)格也較低。它是在鋁-鎂系和鋁-鎂-稀土系合金基礎(chǔ)上發(fā)展而來的鋁-鎂-銅-鐵-銻-鈮多元合金，其中銅、鎂、鐵各加0.1%0.2%，以提高合金的強(qiáng)度。此外，再加入鈮，這不僅改善了合金的耐蝕性，更促使鎂銻析出物的彌散強(qiáng)化，有利于改善合金的蠕變性能。MS-AL中強(qiáng)度鋁合金單絲的最低抗拉強(qiáng)度為240MPa，最低電導(dǎo)率為58.5%IACS。1970年前后開發(fā)的鋁-鎂-鐵系非熱處理型中強(qiáng)度鋁合金導(dǎo)線有日本電線株式會(huì)社開發(fā)的KAL鋁合金導(dǎo)線、美國Alcam和Westem Electric公司的“CK76”鋁合金導(dǎo)線。KAL鋁合金中的Mg、Fe含量分別不大于0.3%和0.7%，典

6、型的含量為0.17%和0.5%，抗拉強(qiáng)度為225245mMAa，電導(dǎo)率58.0%IACS。CK76鋁合金中的Mg、Fe含量分別0.15%、0.75%，電導(dǎo)率為59.1%IACS.1973年瑞典Electrokoppar工廠研制出了導(dǎo)電率58.84%IACS，抗拉強(qiáng)度230MPa的Al-Fe-Cu-Mg-Be中強(qiáng)度鋁合金導(dǎo)線，并命名為Ductalex，其化學(xué)成分為Fe0.40%，Cu：0.05%0.35%，Mg：0.01%0.20%，Be：0.001%0.10%。后對(duì)該合金成分進(jìn)行微調(diào)后，納入美國鋁業(yè)協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)，牌號(hào)為AA1120。瑞典1975年架設(shè)了第一條采用Ductalex合金制造的AAAC試

7、驗(yàn)線路，1977年正式用于400KV超高壓架空輸電線路，到1995年80%的架空輸電線路采用Ductalex全鋁合金絞線。澳大利亞從1984年開始在275KV的輸電線路上應(yīng)用61/3.75mm，用AA1120中強(qiáng)度全鋁合金絞線替代54/3.75mm+19/2.25mm鋼芯鋁絞線。自此以后用中強(qiáng)度鋁合金制作的全鋁合金絞線和中強(qiáng)度鋁合金制作的鋼芯鋁合金絞線逐漸推廣開來。非熱處理加工硬化型KAL、CK76、MS-AL和Ductale中強(qiáng)度和鋁合金的制造工藝與硬鋁線相同，采用連鑄連軋制桿，成本較低，但在制造的過程中，需嚴(yán)控連鑄連軋工藝和拔絲參數(shù)。材料工作者一直以來為了提高中強(qiáng)度鋁合金導(dǎo)線的性能而進(jìn)行深

8、入研究?；哪竟吹热税l(fā)明了Al-Mg-In和Al-Fe-Si-Mg-RE系非熱處理型中強(qiáng)度鋁合金，進(jìn)一步提高非熱處理型中強(qiáng)度鋁合金性能，尤其是塑性。近年來，波蘭AGH科技大學(xué)展開了非沉淀析出型合金元素Fe、Si、Cu、Mg、Ti、B和稀土元素在中強(qiáng)度鋁合金導(dǎo)體材料中合金化機(jī)理的研究，以期進(jìn)一步提高中強(qiáng)度鋁合金導(dǎo)線的性能。為了提高中強(qiáng)度鋁合金導(dǎo)線的塑性，日本住友電氣株式會(huì)社開發(fā)的SI-26，鋁-鎂-硅系中強(qiáng)度鋁合金導(dǎo)線。該鋁合金導(dǎo)線屬于半熱處理半加工硬化型。這種鋁合金和同樣是鋁-鎂-硅系的熱處理型高強(qiáng)度鋁合金相比，在熱處理和冷加工等方面存在不同特點(diǎn)。SI-26鋁合金是具有Mg2Si時(shí)效析出強(qiáng)化相

9、的鋁合金。研究表明，材料的時(shí)效強(qiáng)化性能與冷加工有關(guān)。當(dāng)含鎂量不同是，自然時(shí)效和冷加工對(duì)鋁-鎂-硅系合金時(shí)效后性能能具有不同的影響。鎂含量為0.32%時(shí)，鋁-鎂-硅系合金自然時(shí)效后進(jìn)行冷加工，再進(jìn)行人工時(shí)效時(shí)，可顯著提高時(shí)效強(qiáng)化效果，同時(shí)導(dǎo)電性能也隨之獲得改善。SI-26中強(qiáng)度鋁合金絲的抗拉強(qiáng)度246MPa，伸長率為5.5%，電導(dǎo)率58.5%IACS，疲勞極限為88.2MPa。國內(nèi)中強(qiáng)度鋁合金導(dǎo)體材料和導(dǎo)線的發(fā)展2011年1月22日，中國電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)在北京組織召開了傷害中天鋁線有限公司研制的中強(qiáng)度鋁合金絞線產(chǎn)品技術(shù)鑒定會(huì)。自此中強(qiáng)度鋁合金導(dǎo)線在我國有了長足的發(fā)展。在Al-Mg-Si系半熱處理半

10、加工硬化型中強(qiáng)度鋁合金導(dǎo)線方面，上海中天鋁線有限公司開發(fā)了JLH59-425-37中強(qiáng)度鋁合金絞線，遠(yuǎn)東電纜有限公司開發(fā)了“JLHA3-675-61中強(qiáng)度鋁合金絞線”其電導(dǎo)率超過58.5%IACS，抗拉強(qiáng)度達(dá)到240MPa。該類鋁合金導(dǎo)線在制造過程中需對(duì)鑄錠進(jìn)行固溶處理，由于有熱處理工序使導(dǎo)線的成本增高。非熱處理型中強(qiáng)度鋁合金導(dǎo)線，杭州電纜股份有限公司研制了JLH58.5-660-61/3.73中強(qiáng)度鋁合金絞線，該導(dǎo)線的電導(dǎo)率超過58.5%IACS,抗拉強(qiáng)度超過240MPa；青島漢纜股份有限公司研制了JLHA3-675-61中強(qiáng)度鋁合金絞線，該導(dǎo)線的電導(dǎo)率超過59%IACS,抗拉強(qiáng)度達(dá)到240

11、MPa；武漢航天電工技術(shù)有限公司研制了JLHA3-675-61中強(qiáng)度鋁合金絞線，其電導(dǎo)率超過59%IACS,抗拉強(qiáng)度達(dá)到240MPa。中強(qiáng)度全鋁合金導(dǎo)線標(biāo)準(zhǔn)在標(biāo)準(zhǔn)化方面，對(duì)于非熱處理型中強(qiáng)度鋁合金導(dǎo)線，瑞典于1981年頒布了基于Ductalex的非熱處理型中強(qiáng)度鋁合金導(dǎo)線標(biāo)準(zhǔn)，澳大利亞于1984年頒布了基于1120鋁合金的非熱處理型中強(qiáng)度鋁合金導(dǎo)線標(biāo)準(zhǔn)，并于1991年進(jìn)行了修訂?？梢姺菬崽幚硇椭袕?qiáng)度鋁合金導(dǎo)線的塑性較低。對(duì)于熱處理型Al-Mg-Si中強(qiáng)度鋁合金導(dǎo)線，英國標(biāo)準(zhǔn)（歐標(biāo)）的相關(guān)規(guī)定，可見該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)中強(qiáng)度鋁合金導(dǎo)線的電導(dǎo)率要求較低而對(duì)抗拉強(qiáng)度的要求較高，由于采用了熱處理，該類中強(qiáng)度鋁合金

12、導(dǎo)線的塑性較好。國際電工委員會(huì)正在制定的標(biāo)準(zhǔn)IEC62641不僅要求中強(qiáng)度鋁合金有較高的導(dǎo)電性而且要求有較高的塑性和抗拉強(qiáng)度，該標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的中強(qiáng)度鋁合金的性能指標(biāo)為線徑5.5mm的導(dǎo)線抗拉強(qiáng)度250MPa，伸長率3.5%，電導(dǎo)率57.5%IACS。我國國家電網(wǎng)公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)送審稿中對(duì)中強(qiáng)度鋁合金線有相關(guān)規(guī)定。其對(duì)熱處理型中強(qiáng)度鋁合金導(dǎo)線的電導(dǎo)率和塑性有了較高的要求，而對(duì)非熱處理型中強(qiáng)度鋁合金導(dǎo)線的要求高于澳大利亞標(biāo)準(zhǔn)，與瑞典標(biāo)準(zhǔn)相當(dāng)。4. 中強(qiáng)度鋁合金導(dǎo)線展望 瑞典的經(jīng)驗(yàn)表明，如果想要避免出現(xiàn)震動(dòng)損傷的危險(xiǎn)，在0時(shí)ACSR的允許額定張應(yīng)力不應(yīng)超過60MPa,AAAC的不超過50MPa，即使采取了有效的機(jī)械