高導(dǎo)電率耐熱鋁合金導(dǎo)體材料研發(fā)及導(dǎo)線研制技術(shù)報(bào)告

1、高導(dǎo)電率耐熱鋁合金導(dǎo)體材料研發(fā)及導(dǎo)線研制技 術(shù) 報(bào) 告二一五年二月目 錄目錄技 術(shù) 報(bào) 告11 緒論21.1 研究背景21.2線路增容技術(shù)的研究現(xiàn)狀31.3耐熱鋁合金導(dǎo)線的應(yīng)用51.4項(xiàng)目的研究內(nèi)容52、耐熱鋁合金單線工業(yè)化生產(chǎn)及研制62.1耐熱鋁合金的耐熱機(jī)理62.3耐熱鋁合金的電氣特性72.4耐熱鋁合金導(dǎo)線的工藝流程72.5耐熱鋁合金單線的拉制83、耐熱鋁合金導(dǎo)線設(shè)計(jì)及研制103.1耐熱鋁合金導(dǎo)線的設(shè)計(jì)103.2耐熱鋁合金導(dǎo)線的研制134、導(dǎo)線的施工165、結(jié)論181 緒論1.1 研究背景隨著社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，電力負(fù)荷供應(yīng)增加迅速。很多線路的電力輸送容量接近或者超過了設(shè)計(jì)值。電網(wǎng)的線路電能

2、輸送容量亟待提高。針對(duì)這一情況，目前采取的措施主要有兩種：一是擴(kuò)建新電力線路，通過提高電力輸送通道的個(gè)數(shù)，提供總電能輸送容量。二是在原有線路走廊上進(jìn)行舊線路改造，通過增大導(dǎo)線截面積，提高導(dǎo)線的運(yùn)行溫度等方式，提高總的電能輸送容量。對(duì)于土地資源較多、地價(jià)較為便宜、輸電走廊征地較為容易的地區(qū)，采用新建線路的方式較多。而對(duì)于土地資源奇缺、地價(jià)較高、輸電走廊征地較為困難的地區(qū)，不得不考慮采用舊線路改造的方式實(shí)現(xiàn)電能輸送容量的提高。土地資源是不可再生資源，是有限的資源。社會(huì)發(fā)展對(duì)土地資源的需求是持續(xù)的。土地資源的有限性和社會(huì)發(fā)展的持續(xù)性是一對(duì)矛盾。目前，這一矛盾在電網(wǎng)擴(kuò)建、輸電走廊征地等方面表現(xiàn)出來。未

3、來，該矛盾將會(huì)更加突出。因此，如何最大限度的使用來之不易的走廊資源，提高送電線路的電能輸送容量，是電網(wǎng)發(fā)展的一個(gè)重要研究方向。1.2線路增容技術(shù)的研究現(xiàn)狀線路輸送容量的增大，受諸多因素的制約，其中最主要的因素為：導(dǎo)線的電阻特性和導(dǎo)線機(jī)械強(qiáng)度特性。當(dāng)線路輸送容量增大時(shí)（通過導(dǎo)線的電流增大時(shí)），因?yàn)閷?dǎo)線電阻的存在，輸電線路上的熱損耗增加，導(dǎo)線溫度升高。由于金屬材料具有軟化特性，當(dāng)導(dǎo)線溫度升高到一定程度后，導(dǎo)線材料的機(jī)械強(qiáng)度殘存率會(huì)迅速下降，即此時(shí)線路導(dǎo)線存在較大的斷線風(fēng)險(xiǎn)。為保障線路正常運(yùn)行、供電可靠，在導(dǎo)線參數(shù)(導(dǎo)線的電阻特性和導(dǎo)線機(jī)械強(qiáng)度特性)一定的情況下，工程應(yīng)用中引入“導(dǎo)線的最高使用溫度”

4、的概念。在最高使用溫度下，線路可以承載最大電流，輸送最大容量。因此，欲提高線路輸送容量必須減小線路電阻、改善導(dǎo)線的機(jī)械強(qiáng)度特性。雖然線路電阻的減小可以通過使用低電阻率的導(dǎo)電材料，或者使用截面積更大單位長度電阻更小的導(dǎo)線等方式實(shí)現(xiàn)，但是實(shí)際中減小線路電阻的方式并不具備普適性。這是因?yàn)榻饘俨牧想娮杪什顒e不顯著（銀1.65×10-8，銅1.75×10-8，鋁2.83×10-8，鎢5.48×10-8，鐵9.78×10-8），更換導(dǎo)電材料引起的電阻變小對(duì)線路輸送容量提供的貢獻(xiàn)較小，在線路上更換截面積更大的導(dǎo)線引起的重量增加，往往會(huì)超出原有桿塔的機(jī)械承載。

5、改善導(dǎo)線的機(jī)械強(qiáng)度特性，提高導(dǎo)線的最大使用溫度是目前線路增容的主要手段。目前，輸電線路中大量采用的導(dǎo)線為鋼芯鋁絞線ACSR(Aluminum Conductor Steel Reinforced)。鋼芯鋁絞線由鋼芯和硬鋁構(gòu)成。鋼芯主要起機(jī)械承載作用，硬鋁主要起導(dǎo)電作用，同時(shí)還承擔(dān)了部分機(jī)械載荷。由圖1可知，硬鋁材料的軟化特性較差，為保障鋼芯鋁絞線的可靠工作，一般要求鋼芯鋁絞線的最高允許溫度不大于90。由此可見，鋼芯鋁絞線不能滿足現(xiàn)有線路增容改造的需求。隨著對(duì)電力需求的增漲和材料科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，與鋼芯鋁絞線對(duì)應(yīng)的各種增容導(dǎo)線應(yīng)運(yùn)而生?！霸鋈輰?dǎo)線”目前尚不能算作為專有術(shù)語，而是一種習(xí)慣稱謂。行

6、業(yè)內(nèi)也將其俗稱為“倍容量導(dǎo)線”或“高溫導(dǎo)線”。架空輸電線路增容導(dǎo)線是在架空輸電線路上使用的特種導(dǎo)線，它是對(duì)在相同導(dǎo)體截面的情況下，相對(duì)于傳統(tǒng)鋼芯鋁絞線能輸送更多電能的若干種類導(dǎo)線的總稱。增容導(dǎo)線包括耐熱鋁合金導(dǎo)線、鋼芯軟鋁絞線、復(fù)合材料合成芯導(dǎo)線等種類。大約在20世紀(jì)60年代，日本開發(fā)出耐熱鋁合金導(dǎo)線（Heat Resisting Aluminum Alloy Conductor）1；與此同時(shí)，美國和加拿大開發(fā)出了另具特色的鋼芯軟鋁絞線（Aluminum Conductor Steel Supported，ACSS）2，3。上述2種導(dǎo)線均得到了大量應(yīng)用。80年代，日本的耐熱鋁合金導(dǎo)線已形成較為

7、完善的系列，包括鋼芯耐熱鋁合金絞線（Thermo-Resistant Aluminum Alloy Conductor Steel Reinforced，TACSR）、鋼芯超耐熱鋁合金絞線（UTACSR和ZTACSR）、鋼芯高強(qiáng)度耐熱鋁合金絞線（KTACSR）、鋁包鋼芯耐熱鋁合金絞線（TACSR/AC）、鋁包鋼芯超耐熱鋁合金絞線（UTACSR/AC和ZTACSR/AC）以及鋁包鋼芯高強(qiáng)度耐熱鋁合金絞線（KTACSR/AC）、殷鋼芯超耐熱鋁合金絞線（ZTACIR）和殷鋼芯特耐熱鋁合金絞線（XTACIR）、間隙型鋼芯耐熱鋁合金絞線（GTACSR）和間隙型鋼芯超耐熱鋁合金絞線（GATACSR）等。日

8、本已成為世界上該領(lǐng)域技術(shù)領(lǐng)先的國家。耐熱鋁合金導(dǎo)線的典型代表是鋼芯耐熱鋁合金絞線TACSR，導(dǎo)線的鋁線股采用耐熱鋁合金材料制成。它的機(jī)理是在普通的金屬鋁中添加了金屬鋯等成分，這樣制成的鋁合金材料，提高了材料的再結(jié)晶溫度，使其能在較高的溫度下不降低機(jī)械強(qiáng)度。1.3耐熱鋁合金導(dǎo)線的應(yīng)用國內(nèi)九十年代前的耐熱導(dǎo)線全部依賴進(jìn)口。自武漢電纜廠研制出58%IACS耐熱導(dǎo)線后，部分取代了進(jìn)口。1986年首先在安徽繁昌500kV變電站采用1440mm2耐熱鋁合金鋼芯絞線作為母線，取得明顯的技術(shù)效果和經(jīng)濟(jì)效益。2001年深圳市南山電廠、月亮灣電廠送出工程的兩回路擴(kuò)容改造，使用國產(chǎn)400/35耐熱鋁合金鋼芯絞線代替

9、原來的普通鋼芯鋁絞線LGJ400/35。在鐵塔基本不變的前提下，不僅使載流量從原先的1296A/227 MW提高到2026A/356MW，提高了45%（僅升溫到110），而且為今后的擴(kuò)容改造留了相當(dāng)?shù)挠嗟?。整個(gè)改造費(fèi)用實(shí)際只用300萬元，比不采用耐熱導(dǎo)線預(yù)計(jì)費(fèi)用1000萬元減少700萬元，經(jīng)濟(jì)效益顯著。2002年，上海吳涇-楊思線路改造，首次采用特變電工山東魯能泰山電纜有限公司的耐熱導(dǎo)線產(chǎn)品TACSR 400/65，雙回路30公里，使用至今運(yùn)行狀況良好。2003年，云南小龍?zhí)?開遠(yuǎn)也采用特變電工山東魯能泰山電纜有限公司的耐熱導(dǎo)線產(chǎn)品TACSR 400/50，累計(jì)120多公里，現(xiàn)已架設(shè)完畢，運(yùn)行

10、良好。相信隨著電力工業(yè)的不斷發(fā)展，對(duì)特種導(dǎo)線的需求也會(huì)越來越大，耐熱鋁合金導(dǎo)線會(huì)得到更大的應(yīng)用和發(fā)展。1.4項(xiàng)目的研究內(nèi)容本項(xiàng)目以高導(dǎo)電率耐熱鋁合金導(dǎo)體材料研發(fā)及導(dǎo)線研制為目標(biāo)，開展了如下工作：1） 耐熱鋁合金單絲工業(yè)化生產(chǎn)及研制2）耐熱鋁合金導(dǎo)線設(shè)計(jì)及研制3）耐熱鋁合金導(dǎo)線工程示范應(yīng)用2、耐熱鋁合金單線工業(yè)化生產(chǎn)及研制2.1耐熱鋁合金的耐熱機(jī)理鋁材中添加金屬鋯能提高鋁材的耐熱性能，這主要是由于添加了金屬鋯以后鋁材的再結(jié)晶溫度得到了提高。從金屬學(xué)上的耐熱機(jī)理來分析，金屬經(jīng)過冷加工以后會(huì)提高機(jī)械性能，其機(jī)械性能相應(yīng)恢復(fù)到冷加工以前的退火狀態(tài)。這種鋁合金的耐熱機(jī)理與一般金屬的耐熱機(jī)理類似，提高耐熱

11、性能就是要設(shè)法防止畸變能的減少，使其機(jī)械性能不至于因溫度升高而受損失。由于固溶體鋯（Zr）自身轉(zhuǎn)位的微觀運(yùn)動(dòng)受到較大的障礙而形成的耐熱效果。耐熱鋁合金的原理分析：熔入鋯的鋁液中，由于鋯的加入，鋁材的再結(jié)晶溫度提高。在新合金中分布有一定數(shù)量的彌散的第二相粒子，分析成分為AL3Zr,可釘扎位錯(cuò)晶界。阻礙晶內(nèi)滑移和晶界滑移，同時(shí)降低晶內(nèi)及晶界擴(kuò)散速度，因而強(qiáng)化了合金，提高了蠕變抗力及阻礙了蠕變裂紋擴(kuò)散。2.2耐熱鋁合金的機(jī)械特性導(dǎo)線耐熱性能的提高意味著容許使用溫度的提高，當(dāng)初開發(fā)的耐熱鋁合金導(dǎo)線中所使用的耐熱鋁合金導(dǎo)線（TA1）的連續(xù)及短時(shí)容許溫度分別為150及180。作為架空輸電導(dǎo)線，決定其容許使

12、用溫度時(shí)，一般以導(dǎo)線加熱一定時(shí)間后回復(fù)到常溫機(jī)械強(qiáng)度的殘存率為90%來作為考慮依據(jù)。材料的機(jī)械強(qiáng)度殘存率與加熱溫度及時(shí)間的關(guān)系又稱為材料的軟化特性，圖一是耐熱鋁合金線（TA1）和普通硬鋁線（HA1）的短時(shí)間軟化特性曲線。從圖一可見，1小時(shí)加熱時(shí)間后的機(jī)械特性，耐熱鋁合金線（TA1）要明顯優(yōu)于普通硬鋁線（HA1），這說明了前者的耐熱性能明顯優(yōu)于后者。圖二是耐熱鋁合金線（TA1）和普通硬鋁線（HA1）的長時(shí)間軟化特性曲線。從圖二可見，加熱1000小時(shí)回復(fù)到常溫時(shí)，耐熱鋁合金單線仍能保持90%以上的機(jī)械強(qiáng)度殘存率，而普通硬鋁線如要保持同樣的機(jī)械強(qiáng)度殘存率，則加熱時(shí)間不能超過10小時(shí)。因此從長時(shí)間軟化

13、特性更能說明耐熱鋁合金單線的耐熱性能明顯優(yōu)于普通硬鋁線。作為架空輸電線路所用的導(dǎo)線，其蠕變特性是影響線路安全運(yùn)行很重要的指標(biāo)。試驗(yàn)表明，無論是常溫還是高溫，耐熱鋁合金線（TA1）和普通硬鋁線（HA1）均保持有相同程度的蠕變特性。對(duì)于耐腐蝕來說，經(jīng)過試驗(yàn)室鹽霧試驗(yàn)和室外曝露試驗(yàn)，確認(rèn)耐熱鋁合金線（TA1）和普通硬鋁線（HA1）沒有太大的差別。2.3耐熱鋁合金的電氣特性雖然耐熱性能有了很大的提高，導(dǎo)線載流量也有了相應(yīng)的提高，但是由于它的導(dǎo)電率比普通鋼芯鋼芯鋁絞線低，而且使用溫度越高、電阻越大，在鋼芯耐熱鋁合金絞線問世早期，推廣應(yīng)用受到一定的影響。通過我們進(jìn)一步的研究，優(yōu)化配方設(shè)計(jì)，提高了耐熱鋁合金

14、的導(dǎo)電率，使之提高到61%IACS，既有耐熱鋁合金的耐熱性能，又有高導(dǎo)電鋁合金的優(yōu)點(diǎn)。2.4耐熱鋁合金導(dǎo)線的工藝流程鋁錠高爐保溫爐連鑄連軋鋯合金大拉機(jī)絞線機(jī)鋼芯成品2.5耐熱鋁合金單線的拉制線材的拉制是一個(gè)傳統(tǒng)的工藝過程，近幾年來由于相關(guān)行業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新，在拉線模具、潤滑油、拉線設(shè)備等方面都有了顯著的進(jìn)步，同時(shí)在拉線理論研究方面也有不斷創(chuàng)新，這些都為耐熱鋁合金單線的工業(yè)化生產(chǎn)奠定基礎(chǔ)。2.5.1質(zhì)量缺陷的控制針對(duì)不同規(guī)格的耐熱鋁單線，鋁合金桿的強(qiáng)度控制是不一樣的，拉線工序應(yīng)該認(rèn)真核對(duì)鋁合金桿的標(biāo)識(shí)牌和檢查鋁桿的外觀質(zhì)量，避免材料混用。相對(duì)于拉線工藝的技術(shù)進(jìn)步，我國鋁桿連鑄連軋工藝與三十年前的基本

15、技術(shù)大致相同，改變不大。目前在連鑄連軋過程中耐熱鋁合金桿產(chǎn)生的局部缺陷還不能完全消除，常見的缺陷有氧化物夾雜、澆鑄缺陷、軋制缺陷和氫脆等。拉線工序不只是一個(gè)加工過程，還要承擔(dān)發(fā)現(xiàn)和排除耐熱鋁合金桿中缺陷的功能。2.5.2拉線潤滑及潤滑系統(tǒng)的管理拉線過程中會(huì)產(chǎn)生大量的鋁屑和鋁灰，同時(shí)鋁桿不可避免的會(huì)帶入一些雜質(zhì)和冷凝水進(jìn)入潤滑油；高速拉線產(chǎn)生的局部高溫將逐步使?jié)櫥推焚|(zhì)下降。完善的潤滑系統(tǒng)及其有效的管理，是保障優(yōu)質(zhì)、高速、大批量拉制鋁線的條件。為了避免潤滑條件的快速惡化和保證鋁單線的表面質(zhì)量，潤滑系統(tǒng)應(yīng)考慮以下方面：應(yīng)選用黏度低、抗極壓性好、熱穩(wěn)定性好的高品質(zhì)潤滑油。系統(tǒng)中增加獨(dú)立工作的壓濾機(jī)，

16、根據(jù)潤滑油的黏度狀況，適時(shí)的除去不能沉淀的鋁灰及灰塵。潤滑油的工作溫度能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，保障潤滑油始終工作在最佳的溫度區(qū)間。實(shí)踐證明：絕大部分的鋁屑、鋁灰等雜質(zhì)均產(chǎn)生在頭兩道模具和滾筒上，對(duì)這兩道模具設(shè)置單獨(dú)的小潤滑油循環(huán)系統(tǒng)，可極大的改善主潤滑油系統(tǒng)的工作狀況，確保鋁單線的表面質(zhì)量，而小的潤滑油系統(tǒng)可適時(shí)的換油處理。在高速拉線時(shí)潤滑油的宏觀溫度雖然不高，可是在模具與線材的接觸點(diǎn)處的溫度，比我們可以想象的溫度要高得多，其足以將基礎(chǔ)油及部分添加劑分解，長期運(yùn)行將導(dǎo)致潤滑油品質(zhì)下降。應(yīng)適時(shí)的對(duì)潤滑油進(jìn)行沉淀、分離和補(bǔ)充新潤滑油，使?jié)櫥脱h(huán)系統(tǒng)可靠工作。鋁線拉制時(shí)同時(shí)存在著流體潤滑、邊界潤滑和極壓潤

17、滑，并且隨工況的改變將分別起主導(dǎo)作用。流體潤滑時(shí)摩擦面的壓力完全由潤滑油膜承擔(dān)，摩擦系數(shù)極小，油膜的厚度在6微米以上；當(dāng)溫度和摩擦面的壓力進(jìn)一步上升，就有鋁材和模具材料的微凸部分接觸，摩擦系數(shù)為0.1-0.01，油膜的厚度約06微米；當(dāng)工況進(jìn)一步惡化時(shí)就會(huì)出現(xiàn)極壓潤滑狀態(tài)的拉線，這種潤滑狀態(tài)下的鋁線拉制是不安全的。2.5.3模具及配模由于目前我們采用的是高速拉線和循環(huán)潤滑，并且期望在保證鋁線表面光滑的前下鋁線表面的油膜最薄。為了滿足上述條件和目的，除了潤滑油的配方及循環(huán)系統(tǒng)要點(diǎn)考慮外，在選擇模具材料、模具孑L型和配模時(shí)，也要保障邊界潤滑狀態(tài)處于拉線潤的主導(dǎo)地位。碳化鎢模具價(jià)格便宜，并有著很好的

18、表面特征，被普遍用于鋁線的拉伸，但長期工作在邊界潤滑和極壓潤滑狀態(tài)下的磨損較快，鋁線直徑控制的精度差，不適應(yīng)作為成品出線模使用。采用02微米級(jí)人造金剛石微粉制成的聚晶模，可保證邊界潤滑條件下鋁材高速拉伸時(shí)的線材表面質(zhì)量，并有保證鋁線直徑長期高精度控制的特點(diǎn)，是目前高速鋁拉線的首選成品出線模具。模具的孔型主要是依據(jù)變形量、拉伸速度、摩擦系數(shù)和鋁材強(qiáng)度等因素計(jì)算確定的。模具的變形區(qū)全角可取24º-26º、定徑區(qū)長度取01d(d為被拉線材的直徑mm)，其他尺寸可按慣例選取。連續(xù)滑動(dòng)式拉線機(jī)也適用于高速拉制鋁線，但滑動(dòng)量控制的不好就會(huì)產(chǎn)生極大的負(fù)面作用?；瑒?dòng)的傳遞與累積過程在低速拉

19、線時(shí)表現(xiàn)為線材的運(yùn)動(dòng)存在加速度；在高速拉線時(shí)表現(xiàn)為線材的軸向與徑向存在高頻振動(dòng)。上述非勻速過程導(dǎo)致的結(jié)果是g每道模具上的拉力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于正常需要的拉伸力。當(dāng)滑動(dòng)與傳遞的條件較差時(shí)，附加的拉力會(huì)變得非常突出，鋁線將會(huì)產(chǎn)生直徑不均勻，嚴(yán)重的會(huì)產(chǎn)生單線內(nèi)部拉傷。總之，每道次的滑動(dòng)量只需涵蓋設(shè)備和模具等因素的最大偏差之和即可，偏大的滑動(dòng)量是百害而無一益的。在良好的工藝狀態(tài)下，考慮模具的制造和計(jì)量誤差、拉線輪直徑偏差及跳動(dòng)、非模拉伸變形、轉(zhuǎn)速比與線速比修正等因素，每道次的滑動(dòng)系數(shù)取101即可(拉線輪非等徑式拉線機(jī)每道次的滑動(dòng)系數(shù)取1015)。在拉線機(jī)的滑動(dòng)量控制方面，需要解決的另一問題是：定速輪單獨(dú)驅(qū)動(dòng)的拉

20、線機(jī)存一些疵病，原因是定速輪電機(jī)和主電機(jī)的速度跟蹤與修正，不是依據(jù)實(shí)際的末道模具延伸率，而是在程序中根據(jù)跳拉線輪的個(gè)數(shù)計(jì)算出的末道速比，由此而產(chǎn)生的量值很大的滑動(dòng)將會(huì)傳遞和影響到每一道模具。2.5.4單線表面質(zhì)量的控制鋁線的表面質(zhì)量是拉線工序設(shè)備、工藝、操作、管理、模具等多方面水平的綜合反映，每個(gè)細(xì)節(jié)都應(yīng)仔細(xì)觀察和深入分析。目前流行的連續(xù)滑動(dòng)式鋁大拉機(jī)為高速拉制鋁單線提供了物質(zhì)基礎(chǔ)；定速輪單獨(dú)驅(qū)動(dòng)也為拉線時(shí)更換規(guī)格帶來了方便；雙盤收線提高了生產(chǎn)效率。在利用這些新技術(shù)的同時(shí)有必要認(rèn)真分析新技術(shù)帶來的負(fù)面影響。鋁單線的表面是否直徑均勻、光滑、圓整、無油、無鋁灰，由拉線過程決定，尤其是成品出線模的孔

21、型及其延伸率來決定。鋁單線的表面擦傷、劃痕主要出現(xiàn)在定速輪及后續(xù)的導(dǎo)輪上。定速輪上沒有潤滑措施，所以定速輪上的鋁單線決不允許存在徑向滑動(dòng)，而且軸向的移動(dòng)必須采用分線輪進(jìn)行。分線輪的底槽加工誤差大或者安裝不當(dāng)，線材就會(huì)因滑動(dòng)而產(chǎn)生擦傷。特別應(yīng)注意的是：當(dāng)定速輪上鋁單線產(chǎn)生的摩擦拉力小于出線模所需要的拉伸力時(shí)，就會(huì)發(fā)生定速輪上的鋁單線滑動(dòng)，從而導(dǎo)致鋁單線的連續(xù)嚴(yán)重擦傷。在雙盤收線過程中，鋁單線不是在一個(gè)平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)并且存在著較大的跳動(dòng)，這就要求所有的導(dǎo)輪都保證動(dòng)平衡、質(zhì)量輕、開口大、底槽光滑?？傊?，要從多方面考慮消除鋁單線擦傷的隱患。2.5.5耐熱鋁合金單線的檢驗(yàn)為保證產(chǎn)品質(zhì)量，每批鋁合金單線進(jìn)行抽

22、檢，檢驗(yàn)合格后，方可流入下道工序。單線檢驗(yàn)報(bào)告見附表1。3、耐熱鋁合金導(dǎo)線設(shè)計(jì)及研制3.1耐熱鋁合金導(dǎo)線的設(shè)計(jì)3.1.1結(jié)構(gòu)確定依據(jù)GB/T1179-2008確定JNRLH61/G1A-300/40鋼芯耐熱鋁合金絞線結(jié)構(gòu)為，1級(jí)強(qiáng)度鋼芯：2.66mm/7根（直徑/根數(shù)），按1+6進(jìn)行絞合；硬鋁線：3.99mm/24根（直徑/根數(shù)），按9+15進(jìn)行絞合。3.1.2結(jié)構(gòu)示意圖如下3.1.3性能參數(shù)計(jì)算1）額定拉斷力鋼芯耐熱鋁合金絞線的額定拉斷力為鋼芯拉斷力與鋁線拉斷力的總和，為安全起見，鋼芯的強(qiáng)度取1%伸長時(shí)的應(yīng)力。P=anaafa+bnb1%fb=1×24×159×

23、3.99×3.99×0.7854+1×7×1140×2.66×2.66×0.7854=92.05kN式中：a、b強(qiáng)度損失系數(shù) na、nb耐熱鋁合金、鋼單線根數(shù) fa、fb耐熱鋁合金、鋼單線截面（mm2) a耐熱鋁合金抗拉強(qiáng)度（MPa） 1%鍍鋅鋼線伸長1%伸長時(shí)的抗拉強(qiáng)度（MPa）2)導(dǎo)線20時(shí)的直流電阻導(dǎo)線的直流電阻一般按每公里長度的電阻來計(jì)算。是計(jì)算載流量的一個(gè)重要參數(shù)R20=20mNd24=28.264×1.020824×3.14×3.9924=0.0961/km式中：20導(dǎo)電線材的電阻率

24、 nm m平均絞入系數(shù) N單線的總根數(shù) d單線直徑（mm）3）彈性模量的計(jì)算按電線電纜手冊(cè)推薦的公式計(jì)算：E=Eg+0.85kEa1+k=200900+0.85×24×3.9927×2.6621+24×3.9927×2.662=70.5GPa式中：Eg鋼線的彈性模量 Ea鋁線的彈性模量 k鋁鋼截面比4）線膨脹系數(shù)按電線電纜手冊(cè)公式計(jì)算：=gEg+kaEaEg+kEa=11.5×11.5-6×200900+24×3.9927×2.662×23×10-6×65660200900+

25、24×3.9927×2.662×6566019.4×10-6(1)式中：Eg鋼線的彈性模量 Ea鋁線的彈性模量 k鋁鋼截面比 g鋼線的線膨脹系數(shù) a鋁線的線膨脹系數(shù)5）單位長度質(zhì)量絞線重量一般按每公里的重量來計(jì)算，稱為單位重量（W）。單位長度重量是電線生產(chǎn)和電力線路設(shè)計(jì)所需的重要參數(shù)。W=d24Nm=3.14×3.9924×24×1.0208×2.703+3.14×2.6624×7×1.0043×7.78=1131.0kg/km式中：W單位重量d單線直徑N單線根數(shù)m平均絞入系

26、數(shù)密度6）導(dǎo)線載流量架空導(dǎo)線載流量是電力線路計(jì)算傳輸容量的重要參數(shù)。導(dǎo)線載流量取值過高，則導(dǎo)線發(fā)熱嚴(yán)重，導(dǎo)致導(dǎo)線的強(qiáng)度損失較大，降低了導(dǎo)線的使用壽命。若載流量取值太小，則不能充分發(fā)揮線路的經(jīng)濟(jì)效益。故應(yīng)綜合考慮，采用合理的載流量取值。導(dǎo)線載流量的大小主要與導(dǎo)線本身的電阻、外徑、允許使用溫度、環(huán)境溫度、風(fēng)速和日照強(qiáng)度等因素以及 導(dǎo)線的結(jié)構(gòu)、表面狀態(tài)情況有關(guān)。在計(jì)算載流量時(shí)，根據(jù)IEC國際標(biāo)準(zhǔn)取值規(guī)則，環(huán)境溫度取40、風(fēng)速0.5m/s、日照強(qiáng)度1000W/m2，由于使用的是耐熱導(dǎo)線，長期使用溫度取150。I=WR+WF-WSRact=SD+ta+2734-ta+2734+9.92VD0.485-s

27、IsDRdct+R1+R2=1142（A）式中：WR單位長度的輻射散熱功率WF單位長度的有風(fēng)對(duì)流散熱功率WS單位長度的日照吸熱功率Ract導(dǎo)線t時(shí)的交流電阻導(dǎo)線表面的輻射系數(shù)S史蒂芬-包爾茨曼常數(shù)ta環(huán)境溫度D導(dǎo)線外徑V垂直導(dǎo)線的風(fēng)速Rdct導(dǎo)線t時(shí)的直流電阻R1由磁滯和渦流引起的電阻增量R2由集膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)引起的電阻增量3.2耐熱鋁合金導(dǎo)線的研制3.2.1項(xiàng)目技術(shù)論證3.2.1.1本公司有多年生產(chǎn)架空導(dǎo)線的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，生產(chǎn)設(shè)備和試驗(yàn)檢驗(yàn)設(shè)備比較完善。擁有4臺(tái)54盤JLK-630框式絞線機(jī)、2臺(tái)54盤JLK-710框式絞線機(jī)、1臺(tái)84盤JLK-630框式絞線機(jī)和6臺(tái)高速鋁拉機(jī)；檢測(cè)設(shè)備擁有雙

28、臂直流精密電橋、數(shù)顯智能拉力試驗(yàn)機(jī)、卷繞扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)、蝶式引伸儀等設(shè)備儀器。特別是近幾年來，公司加大技術(shù)改造和技術(shù)人才的引進(jìn)，加強(qiáng)員工操作技能培訓(xùn)，制造技術(shù)能力有了明顯的提升，產(chǎn)品質(zhì)量可滿足ASTM、IEC、EN、GB等標(biāo)準(zhǔn)的要求，得到各領(lǐng)域用戶的一致好評(píng)。所以本公司完全具備了生產(chǎn)鋼芯耐熱鋁合金導(dǎo)線的硬件條件。3.2.1.2本公司對(duì)鋼芯鋁絞線的生產(chǎn)有著完善的技術(shù)工藝和質(zhì)量管理制度以及豐富的生產(chǎn)管理制度。在產(chǎn)品生產(chǎn)的質(zhì)量控制過程中建立了整套原材料控制、現(xiàn)場(chǎng)工藝檢查、首件檢驗(yàn)制度、質(zhì)量跟蹤等管理規(guī)范。以原材料采購質(zhì)量和進(jìn)廠檢驗(yàn)為重點(diǎn)、以工藝技術(shù)執(zhí)行力檢查為突破口、以首件質(zhì)量檢驗(yàn)為保證手段，堅(jiān)持“三檢

29、”，層層把關(guān)。從而使半成品和產(chǎn)品導(dǎo)線的機(jī)械電氣性能和表面質(zhì)量始終處于產(chǎn)品質(zhì)量的受控狀態(tài)，確?？椩飚a(chǎn)品的交貨質(zhì)量，始終以用戶滿意為準(zhǔn)則。這是本公司所具備的生產(chǎn)鋼芯耐熱鋁合金導(dǎo)線必要的軟件條件。3.2.2技術(shù)方案通過對(duì)本項(xiàng)目的分析和研究，制定了技術(shù)方案并進(jìn)行了技術(shù)論證，在次基礎(chǔ)上制定了項(xiàng)目主要解決的技術(shù)難題和工藝保障措施以及實(shí)施計(jì)劃如下：3.2.2.1技術(shù)方案由主管工程師編制并提出，由總工程師組織項(xiàng)目部、技術(shù)中心、品管部、物資部等職能部門共同討論進(jìn)行論證，將最后確定方案由技術(shù)中心和制造部、品管部、物資部等部門按各自分管的內(nèi)容分頭實(shí)施，在實(shí)施過程中對(duì)照工作計(jì)劃與實(shí)施進(jìn)度進(jìn)行對(duì)比檢查，實(shí)施難點(diǎn)和突發(fā)性

30、問題及時(shí)解決，確保方案落到實(shí)處。3.2.2.2工藝方案的選擇1）電工鋁桿采用連鑄連軋生產(chǎn)方式（監(jiān)制）2）選用非滑動(dòng)式分電機(jī)型線拉線機(jī)拉線，自動(dòng)計(jì)米，定尺下線。3）成品導(dǎo)線在裝有預(yù)扭和型線定位防扭轉(zhuǎn)裝置的630/12+18+24+30四段框式絞線機(jī)上一次絞制成型，自動(dòng)計(jì)米，定尺下線。鋁錠高爐保溫爐連鑄連軋鋯合金大拉機(jī)絞線機(jī)鋼芯成品3.2.2.3工藝流程3.2.3技術(shù)準(zhǔn)備3.2.3.1工藝準(zhǔn)備（1）根據(jù)鋼芯耐熱鋁合金導(dǎo)線的試制方案，編制了拉線、絞制的各個(gè)工序的實(shí)施方案。（2） 檢查并完善了生產(chǎn)操作所需的工模具，如：拉線用操作工具和拉線模；絞線用操作工具和線嘴、導(dǎo)輪、壓模、預(yù)扭裝置等。檢查補(bǔ)齊所有生產(chǎn)操作所需的工裝模具。3.2.3.2設(shè)備工裝準(zhǔn)備公司生產(chǎn)設(shè)備部和維修人員為JKL-630/12+18+24+30框式絞線機(jī)每段絞籠安裝了預(yù)成型裝置。為保證每根單線絞合時(shí)都受到均勻一致的張力，維修人員調(diào)試了每盤的張力控制系統(tǒng)，確保絞后的導(dǎo)體緊密、圓整、均勻；為保證導(dǎo)體的表面質(zhì)量，對(duì)框絞機(jī)的所有穿線嘴采用氧化鋁剛玉陶瓷，并對(duì)牽引輪進(jìn)行磨光處理。為保證型鋁單線的質(zhì)量要求，公司從