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［摘要］為了解決750kV變電站母線噪聲過大、起暈嚴重的難題，針對750kV及以上交流變電站工程開發了一種新型鋁管支撐型高強耐熱鋁合金型線擴徑導線。通過對高強耐熱鋁合金型線生產工藝、皺紋鋁管氬弧焊工藝及擴徑導線絞合工藝的研究，成功生產了該特高壓輸電工程用新型擴徑導線。該擴徑導線使變電站母線的起暈電壓在晴天和雨天的情況下均提高了20％左右，有效改善目前750kV變電站中存在的母線電暈放電引起的噪聲大的問題。該擴徑導線的應用提高了輸電線路的輸送容量和電網的安全可靠性，并對降低架空輸變電工程總造價和環境保護具有重要意義。

［關鍵詞］擴徑導線；特高壓輸電工程；高強耐熱鋁合金線；皺紋鋁管；電暈

引言

隨著全球智能電網建設的逐步深入，電網輸送容量越來越大，輸電電壓等級越來越高，目前國內最高輸電電壓已達1100kV，這造成變電站及特高壓線路上產生的電暈損失越來越大，因此引起了業界的重視。電暈損失主要與導線表面場強和天氣有關，導線表面場強主要與導線分裂數和子導線直徑有關，子導線直徑越大，表面場強越小，線路運行電暈損失越小。擴徑導線就是在不增加面積和成本的條件下，通過支撐鋁線疏繞或空心管支撐等各種方式擴大導線外徑，以減小導線表面電場強度和電暈放電，降低噪聲，減少對無線電干擾［1－2］。目前，750kV變電站普遍使用鋁管支撐型耐熱鋁合金圓線擴徑導線雙分裂導線。該型擴徑導線在750kV電壓等級最高電壓運行時接近起暈臨界點（1000m以下），因其裕度較小，部分變電站在施工、安裝金具時的一些微小偏差就會造成站內噪聲過大、起暈嚴重［3］。因此，為進一步提高變電站母線的輸電能力，降低電暈損耗，提高線路的安全性，針對750kV及以上交流變電站工程開發了一種新型鋁管支撐型高強耐熱鋁合金型線擴徑導線，以解決750kV變電站噪聲過大、起暈嚴重的難題［4］。

1新型擴徑導線的結構設計

1．1擴徑導線的傳統擴徑形式

從2009年起本公司對擴徑導線的擴徑形式展開了研究，研究發現目前擴徑導線主要有以下幾種擴徑形式：a．圓線疏絞型擴徑導線，如圖1a）所示。該擴徑導線的內層鋁線采用圓線等間距疏絞結構作為支撐層，外層鋁線采用緊密排列結構。雖然該擴徑導線加工工藝簡單，但結構穩定性不好，擴徑率不宜過大，一般擴徑率控制在1．18以下。b．鍍鋅軟管擴徑導線，如圖1b）所示。該擴徑導線采用鍍鋅金屬軟管作為擴徑管，外層緊密絞合鋼絲和鋁線。該結構擴徑導線彎曲性能好、便于安裝，但鍍鋅軟管和鋼絲與絞繞在軟管上的鋁線之間存在電位差，易發生電化學腐蝕，直接影響使用壽命。此外，大長度母線必須進行多次接頭，影響安全性。c．鋁管支撐型鋁／耐熱鋁圓線擴徑導線，如圖1c）所示。該擴徑導線采用皺紋鋁管作為擴徑管，外層緊密絞合鋁線或耐熱鋁合金線。該結構擴徑導線擴徑率不受限制，皺紋鋁管作支撐物，有利于延長導線使用壽命，同時采用全鋁結構有效地降低電阻，但強度相對較低，拉斷力較低，易造成母線整根拉斷，架設檔距小，安全性差，且導線表面凹凸不平，電場不均勻，易起電暈。d．型線疏絞支撐外層圓線擴徑導線，如圖1d）所示。該擴徑導線主要是改進了導線內層鋁線的結構形式，采用型線疏絞式支撐最外層圓線或型線，從而擴大了導線外徑。雖然擴徑導線的疏絞式鋁絞線層鋁絞線采用型線結構，提高了支撐層結構的穩定性，但此種擴徑導線擴徑率仍受一定限制，其擴徑率一般在1．15～1．30。

1．2擴徑導線擴徑形式的創新設計

針對上述傳統擴徑形式擴徑導線的不足，本次研制的擴徑導線對擴徑形式進行了創新設計———鋁管支撐型高強耐熱鋁合金型線擴徑導線，如圖2所示。該新型擴徑導線采用了皺紋鋁管作為擴徑管，外層緊密絞合高強耐熱鋁合金型線，所用的高強耐熱鋁合金型線的抗拉強度是常規耐熱鋁合金線抗拉強度的1．4倍。該新型擴徑導線結構具有以下特點：a．從結構穩定性來看，采用全高強耐熱鋁合金型線結構使擴徑導線結構更穩定，且大大提高了擴徑導線表面的光潔度，不僅可降低電暈和無線電干擾水平，同時也提高導線抗覆冰能力；b．從擴徑率來看，采用皺紋鋁管作為支撐層，使擴徑率不受限制，鋁管作為導電材料，也可以輸送電流，大大降低了母線電阻，增大載流量；c．從輸電容量來看，高強耐熱鋁合金線的運行溫度從常規70℃提高到150℃，從而大大提高母線載流量；d．從環保性能來看，該擴徑導線散熱性能好，降低母線電暈和無線電干擾水平，使輸電線路的母線更安全、更環保；e．從安全性來看，采用高伸長率高強耐熱鋁合金線，不僅可大大提高母線強度，提高拉重比，而且母線耐疲勞特性好，提高母線使用安全性；f．從節能方面來看，該擴徑導線全部采用非磁性材料，無電磁損耗和電化學腐蝕，可有效降低線路損耗，提高母線使用壽命［5］。

2新型擴徑導線的制作工藝

該新型鋁管支撐型高強耐熱鋁合金型線擴徑導線的制作工藝包括高強耐熱鋁合金型線的制作、皺紋鋁管的制作、擴徑導線的絞制。

2．1高強耐熱鋁合金型線的制作

高強耐熱鋁合金型線制作的關鍵是電工鋁桿的制造，主要包括原材料鋁錠的選用、熔煉工藝、鋁合金桿的連鑄連軋工藝優化及質量控制。雖然目前線纜行業采用連鑄連軋工藝生產電工鋁桿已是很成熟的技術，但要生產出高伸長率高強耐熱鋁合金桿，則還要在材料選用、配方、成分的優化處理、熔鑄軋的工藝條件等方面進行大量研究［6－9］。經過反復試驗，原材料鋁錠采用牌號不低于Al99．70的優質鋁錠；熔煉工藝采用稀土優化處理，加入鋁鈦合金錠細化晶粒，控制鎂、硅和鋯含量，精煉除氣等進行綜合處理加工；連鑄連軋工藝通過對連鑄連軋過濾除渣、加熱和冷卻溫度控制、連軋機的孔型正確選擇和出桿速度控制等進行綜合處理加工。在連鑄連軋試制過程中鋁合金錠坯表面出現了裂紋，導致鋁合金桿有起皮的缺陷，在拉絲過程中鋁合金線表面有三角口，拉絲易斷絲的問題。通過查找設備、工藝原因，發現淬火溫度過高，通過調節淬火溫度，使鋁合金錠坯的表面質量有很大改善，但是還存在裂紋的現象，如圖3所示。之后研究發現：在高強耐熱鋁合金中加入Ti可以細化晶粒，消除裂紋，但因Ti的添加會使鋁合金桿電阻率提高，Ti的含量為0．13％時，鋁合金桿的電阻率由33．540nΩ•m提高到34．280nΩ•m，因此Ti是在硼化處理中要消除的主要元素，熔煉時僅加入AlTi10合金錠是不可行的；稀土在鋁合金中同樣可以起到細化晶粒、降低電阻率的作用，但是稀土細化晶粒的效果不如Ti明顯，因此熔煉時加入適量的AlTi10合金錠和稀土，既保證細化晶粒，錠坯表面無任何缺陷，又不影響鋁合金桿的電阻率。由此優化了熔煉工藝，即在熔煉爐內添加了適量的AlTi10合金錠以及稀土，鋁合金錠坯晶粒細化（如圖4所示），使鋁合金錠坯的表面質量有很大改善，消除了鋁合金錠坯表面裂紋，且不影響電阻。生產試制時，通過以上措施，確保了直徑12mm鋁合金桿的強度控制在145～155MPa之間，斷裂伸長率≥10％，20℃電阻率≤0．03315Ω•mm2／m。圖4熔煉工藝調整前后鋁合金錠坯的晶相

2．2皺紋鋁管的制作

鋁管成型可采用擠壓方式也可以采用縱包焊接方式。由于鋁管的縱向柔軟性及彈性較差不易彎曲，因此在鋁管成型后需要對其進行軋紋處理。變電站母線對擴徑導線外形尺寸要求十分精確，因此擴徑導線的空心鋁管的外徑及橢圓度必須嚴格滿足要求。在生產試制時，采用鋁帶氬弧焊工藝方式生產鋁管，鋁管壁厚只有1．4mm，鋁管外徑僅為43．5mm，由于鋁管壁薄、外徑小，生產過程中極易產生變形。為此，在生產試制時采取以下措施：a．合理設計鋁帶氬弧焊各道成型模具。由于軋紋會產生縮管現象，經反復試制，調整軋紋深度和軋紋間距，結合鋁管外徑的變化情況，找出最佳的成型模尺寸和軋紋工藝。b．選擇適合的牽引設備，調整牽引張力和收線張力，避免鋁管產生變形失圓。

2．3擴徑導線的絞制

鋁管支撐型高強耐熱鋁合金型線擴徑導線絞制的關鍵是絞制成型工藝及絞線表面質量的控制，即一方面要控制絞合成型工藝，避免高強耐熱鋁合金型線翻身，另一方面要控制擴徑導線表面質量，保證擴徑導線表面光滑、無毛刺。為此采取以下措施：a．在擴徑導線結構設計時充分考慮高強耐熱鋁合金型線絞合前后的尺寸變化，同時對型線的外形尺寸加工精度嚴格要求，通過絞合過程中合理調節放線張力，以選擇最佳的并線模與分線板之間的距離，最終確保型線絞合均勻緊密。b．通過加裝專門設計的高強耐熱鋁合金型線提前定向裝置，使型線在進入模具前進行預扭，同時根據絞合節距、壓模座的距離調整預扭的角度，配合專用的并線模具，實現了型線高速絞合后不松散、不過扭翻身。c．與模具廠家共同開發了納米涂層硬質合金模，同時設定合理的絞合變形量，提高擴徑導線的表面質量。

3新型擴徑導線的應用

本文研制的新型鋁管支撐型高強耐熱鋁合金型線擴徑導線，具有擴徑率大、抗電暈性好、強度高、安全性好、抗拉和抗壓性好、導電性能好、傳輸容量大、無磁滯損耗、壽命長、工程造價低和施工方便等優點。因此，該新型擴徑導線應用于特高壓輸電線路中可大大減少超高壓輸電線路的電暈影響，降低損耗，減小對無線電的干擾，提高電站的安全性，降低運行和維護成本，延長母線使用壽命，增強電網穩定性，解決了目前750kV變電站用擴徑導線存在的噪聲過大、起暈嚴重的問題。該新型鋁管支撐型高強耐熱鋁合金型線擴徑導線已經應用在新疆五彩灣750kV變電站工程、昌吉－古泉1100kV特高壓直流輸電工程中。該新型擴徑導線的應用，使母線起暈電壓在晴天和雨天的情況下均提高了20％左右，有效改善目前特高壓變電站中存在的母線電暈放電引起的噪聲大的問題。該新型擴徑導線的節能效果好，已被國家電網公司列入重點推廣產品，大力推薦應用本產品。

4結論

本文研制的高強耐熱鋁合金型線斷裂伸長率均值為5．0％，高于國家標準GB／T30551—2014標準要求的2．0％，經鑒定達到了國際領先水平，解決了傳統耐熱鋁合金線伸長率小、合格率低、使用安全性能差的難題。該新型鋁管支撐型高強耐熱鋁合金型線擴徑導線的研制及應用將提高我國在國際高壓標準制定領域的話語權。同時，該新型擴徑導線已在特高壓輸電工程中大批量使用，其性能和經濟效益及運行的安全性均已得到國家電網公司以及用戶的肯定，提高了我國擴徑導線的制造技術水平，使我國在該領域躋身國際先進水平行列，對國家科技的持續發展和后續工程建設，具有非常重要的意義。

［參考文獻］

［1］林芳，陳媛，岳浩．±1100kV特高壓直流線路擴徑導線選型研究［J］．陜西電力，2017，45（2）：65－68．

［2］馬欽國，張寧剛，江岳，等．750kV輸電線路擴徑導線工程應用深化研究［J］．電網與清潔能源，2016，32（5）：70－77．

［3］張祿琦，郝陽，李小亭，等．擴徑導線在特高壓交流輸電線路工程中的應用［J］．電力建設，2012，33（8）：92－95．

［4］張景援，蘇崇茹．750kV雙分裂大截面鋁管支撐耐熱擴徑導線架設施工方法［J］．青海電力，2008（1）：19－21．

［5］雷強，王義芳，鮑松，等．幾種新型鋁合金擴徑導線的設計［J］．中國高新技術企業，2016（24）：23－24．

［6］蔣煒華，李昊，張乃保．Zr元素對耐熱鋁合金導線組織和性能的影響［J］．熱加工工藝，2018，47（8）：71－73．

［7］高虹瑞．輸配電線路節能技術［J］．電子技術與軟件工程，2017（4）：241．

［8］祝志祥，韓鈺，陳新，等．架空線路用高導電率耐熱鋁合金導線的研制［J］．中國電力，2014，47（6）：66－69．

［9］王彤彤，郭峰．耐熱鋁合金導線的發展和應用［J］．中小企業管理與科技（下旬刊），2012（10）：320．

作者：夏霏霏 徐靜 田崇軍 胡清平 單位：遠東電纜有限公司