一、概述

    铝合金，作为二十世纪出现的新型导电材料，由于它具有优良的特性，一经问世，便受到人们的青睐，并在随后的数十年中经过不断的改进、发展，并在实践中不断总结经验，丰富其内容，按照其不同的应用场合，逐步形成若干个系列，特别是在输电工程中，更是发挥了独特的作用。

    二十一世纪的到来，给输电工程的发展带来了新的挑战、新的机遇。截至2000年底，我国电力总装机容量已达3.1亿千瓦，装机容量和发电量仅次于美国而稳居第二位。与之相应的电网发展也很快，1999年底，我国已建成35kV及以上线路约70余万公里，其中500kV线路2.17万公里，330kV近0.8万公里，220kV 12余万公里，其线路总长度仅次于美国和俄罗斯而居世界第三。

    “十五”期间，已确定在西部地区大力建设新的电站，采用远距离、大容量送电，把强大的电能送至东部及沿海工农业发达的地区，这就是我国西电东送的大战略，给输电工程发展提供大机遇。“十五”期间，将在西部建设一系列新的电站，例如：在广西红水河的龙滩电站，装机420万千瓦，成为三峡电站之后的又一大电站；在云南澜沧江的小湾电站，装机420万千瓦；四川大渡河的瀑布沟电站，装机330万千瓦等等。“十一五”期间，还将在四川金沙江下游的溪洛渡建电站，装机1200万千瓦，这是仅次于三峡电站的最大电站；四川雅龚江的锦屏电站，装机680万千瓦；四川金沙江下游的向家坝电站，装机600万千瓦；云南澜沧江的糯扎渡电站，装机500万千瓦；青海黄河上游的拉西瓦电站，装机420万千瓦等等。此外，西北地区在黄河中游，将建设一批梯级水电站。在陕西、山西、蒙西还将建设一批大型的坑口电站。不管是水电站或火电站，当这批大电站建成后，将需要把强大的电力向东部和沿海等用电负荷中心送电，特别是上海、京津、广东地区。就以广东为例，它是我国经济发达、能源短缺的省份，80％的一次性能源需由外省输入，主要是由广西、贵州、云南向广东送电，预计在“十五”期间，将要完成送往广东1000万千瓦的计划，因此将要建成一批输电线路，包括：天生桥至广东第三回交流500kV，线路800km；天生桥至广东直流双回±500kV，1000km；贵州至广东交流500kV，1700km；贵州至广东直流±500kV，1000km；三峡至广东输电500kV，540km；三峡至广东直流输电±500kV，1000km等等。从西南各省和三峡向广东送电的线路，都需要经过像贵州、湖南、云南等省的高山峡谷及重冰区地带，在这些地带要建设性能优良的输电线路，导线仅仅采用钢芯铝绞线显然是不够的，也是不合理的。经专家反复论证，钢芯铝合金绞线将是最重要的一种新型线种，将在这些工程中采用。如此众多的长距离、超高压输电线路需要在较短的时期内建成，这就为我国铝合金导线的制造厂提供一个新的、最重要的发展机遇。2001年5月底在上海召开的“三峡至广东±500kV直流输电线路工程初步设计会”上，经专家讨论决定：当线路通过20cm复冰的地区，设计时向30cm复冰的地区条件靠拢，全部采用JLHA1／G2A－720／50（即AACSR－720／50）型钢芯铝合金绞线。同样，在今后相同条件的线路设计中，将采用上述相同原则。在积累铝合金导线的运行经验后，铝合金和钢芯铝合金导线的应用还将拓展至线路复冰厚度小于20cm的地区。这样的气象条件，在南方有很大一片地区。

    那么，究竟每年需要多少数量的铝合金导线呢？2000年我国架空输电线的用量约60万吨，其中只有数千吨铝合金导线，约占总需求量的1％，这是一个很小的数字。“十五”期间，预计输电线路以10％的速度增长，2005年架空输电线的年用量将约90～100吨，如果我们把架空输电线中5％的量作为铝合金导线的用量计算的话，也就是至2005年后，我国每年需用铝合金导线的量将为4～5万吨，然而目前我国生产高强度铝合金的工厂只拥有年产2万吨的生产能力，因此缺口约2～3万吨。

    为什么在进入二十一世纪以后铝合金的用量会有明显增加，而且按照预测增长的速度会明显加快呢？其最主要的原因有二，首先，我国生产高强度铝合金是在二十世纪六十年代后期，迄今已有30余年历史，但早期工艺未成熟，兼之设备较简陋，使铝合金性能不够稳定。以后从合金配方、生产工艺和设备上经多次的改进提高，现在产品的性能指标已全面达到IEC和ASTM等有关标准水平，主要的工艺装备都是由从国外购进的最先进机组所组成，整个生产工艺过程合理流畅，工厂厂房美观，规模合适，已形成像武汉电缆厂、杭州电缆厂和上海铝线厂三个专业生产厂以及山东鲁能泰山电缆公司的专业生产车间。而今年刚建成的上海铝线厂莘庄工厂完全可以和国外同类工厂相媲美。我国生产的铝合金产品，除国内使用一部分外，还大量出口国外，在东南亚等地有相当知名度。有先进工艺和装备，有生产经验，因此能为电力行业在输电线路中采用铝合金导线奠定了基础，这是物质上的保证。其次是市场的需要，全国电网将全部联网，电力部门政策是推行西电东送，规模宏大，速度快，在丛山峻岭，在复冰地带，在大跨越地段，全铝合金绞线、钢芯铝合金绞线、特高强度铝合金绞线将是首选的线种，铝合金将起着不可估量的作用。技术物质上的可能和市场发展上的需要，这就是铝合金导线生产的现状。

    二、导电用铝合金的发展概况

    在本世纪三十年代，人们在铝中加入少量的元素，使铝的强度约提高1倍，而导电性能只稍微差些，比重仍与铝一致。由于铝合金的强度高，而重量又轻，制成绞线时则有更多的优点，与相同性能的钢芯铝绞线比较，它直径可小些，与铝绞线比较，输电线路的档距可以增大。由于它有诸多优点，故受到各国电力系统人们的重视。

    1. 世界各国高强度铝合金的牌号与性能

    法国自从在输电线路中采用铝合金以来，50年间已用了40余万吨，瑞士、美国、日本用得特别多，尤其日本。各国都已有自己牌号的铝合金，例如：

    IEC： A₂、A₃

    美国、加拿大：6201，HS

    德国、瑞士： Aldrey

    俄罗斯： AЖ

    日本： 亻，Si-33，Si-26

    法国： Alnelec

    英国： Scherdoc

    瑞典： Ductalec

    欧洲： 5005

    中国： LHA1，LHA2

    上述各国铝合金牌号的性能都较接近，例如：

    ⑴ 美国、加拿大的6201，其性能为：

    抗拉强度：σ_b=30kgf/mm²=294N/mm²

    电阻率： ρ₂₀＝0.0328Ω?mm²/m=52.5％ IACS

    延伸率： δ=3.5％

    ⑵ 瑞典的Ductalec，其性能为：

    抗拉强度：σ_b=25～28kgf/mm²=245～274N/mm²

    电阻率： ρ₂₀＝0.02973Ω?mm²/m=58％ IACS

    延伸率： δ=3％

    ⑶ 日本亻号，其性能为：

    抗拉强度：σ_b=294kgf/mm²=30kgf/mm²

    电阻率： ρ₂₀＝0.0328Ω?mm/m=52.5％ IACS

    延伸率： δ=4％

    ⑷ IEC 104-1987，其性能见表1。

表1 IEC 104-1987规定的性能指标

⑸ 中国JB/T 8134-1997，其性能见表2。

表2 JB/T 8134-1997规定的性能指标

    由中国生产的铝合金，其性能与IEC规定的性能相同，也与世界各国生产的铝合金全性能相一致。

    2. 铝合金的发展方向

    电工用铝合金主要用于架空输电线和电缆线芯两大类。

     ⑴ 架空线用铝合金发展方向，见图1。

    作为架空线用铝合金，首先是提高强度，即现在常用的牌号有Aldrey、6201、亻、LHA1等，以后又提出要提高耐热性能，因此开发了耐热铝合金、超耐热铝合金、特高耐热铝合金；又为了获得耐热高强和耐热高导电性良好的合金，开发出高强度耐热铝合金、高导电耐热铝合金；为了降低成本又将热处理型加工方法变成非热处理型加工方法等。

    ⑶ 几种典型牌号及其性能图，见图3。

图3 几种典型牌号及其性能图

    3. 在超高压输电线路上采用高强度铝合金的意义

    在超高压输电线路上所使用的输电线，必须具有良好的导电性能，同时还应具有足够的强度，其次弹性模数、热膨胀系数、蠕变和耐腐蚀性也十分重要。铝是输电线中最常用的材料，但因其强度较低，所以在其中加入钢线作为加强芯制成钢芯铝绞线（ACSR）。由于高强度铝合金线（AAAC）的出现，在某些范围已有取代ACSR的趋势。

    AAAC与ACSR相比，导线在相同的重量下，AAAC有更大的铝截面，电性能更优，强度大，电阻小，因此载流量更大，而且单一的材料不可能出现电化腐蚀，寿命更长。

    AAAC与ACSR相比，导线具有相同的载流量，例如：AAAC-400（37／4.00）与ACSR-400/50（54／3.07+7／3.07）相比，AAAC重量轻15.22％，而拉断力提高约19％左右，拉力单重比增加40.34％。因此在不改变对地距离的情况下，可以加大档距，减少铁塔数量，降低线路工程的综合造价。

    若在相同规格、不同类型导线进行比较的话，AAAC-400（37／4.00）与AS-400（37／4.00）相比，AAAC轻得多，只有后者重量的40.1％，载流量却是它的1.6倍（即高出60.75％）。若在铝合金线中绞入钢线，则把钢芯铝合金绞线用作大跨越导线将更为合适。

    正因为铝合金材料有如此多的优点，因此正在各电压等级的输电线路中被越来越广泛的应用。

    4. 中国铝合金生产应用实绩

    ⑴ 1958年于哈尔滨开始开发铝合金；

    ⑵ 1963年于北京、上海、天津研究开发Al-Mg-Si高强度铝合LH_A型；

    ⑶ 1965年于上海奉贤海边架设运行线路，增加档距由90m提高至170m；

    ⑷ 1970年于上海、杭州开发Al-Mg线芯用铝合金，并广泛用于浙江省的电犁电缆；

    ⑸ 1974年于上海开发线芯用Al-Fe合金；

    ⑹ 1976年于上海、西安把Al-Fe合金用于大型变压器绕组；

    ⑺ 1982年于上海、武汉开发Al-Mg-Si-Re高强度铝合金LH₈型；

    ⑻ 1984年于上海、武汉开发58％ IACS的耐热铝合金；

    ⑼ 1986年于上海、武汉开发60％ IACS的高导电耐热铝合金；

    ⑽ 1986年于安徽繁昌变电站采用1440mm²耐热铝合金导线；

    ⑾ 1990年于上海、武汉开发高强度耐热铝合金；

    ⑿ 1994年于杭州建成生产铝合金的专业化车间；

    ⒀ 1995年杭州大批量铝合金导线出口印度；以后铝合金线便成为我国电线电缆出口的拳头产品之一。

    国内也逐步批量采用，像二滩电站送出工程等。

    ⒁ 2001年于上海建成生产铝合金线最先进的专业化工厂。铝合金线除作为输电线外，还用作大跨越导线和OPGW专用的线材。

    ⒂ 2001年上海建成的工厂为三峡输电工程长江芜湖大跨越导线提供线种，通过二部鉴定。

    ⒃ 2001年山东从日本引进技术，开始生产耐热铝合金导线。

    合金的开发、应用在中国已历经30余年，现已能生产多种牌号的产品，并建成专业生产工厂，铝合金在架空输电线路中获得广泛应用，特别是作为大跨越导线、地线和山区的主干线，每年应用数千吨，并大量出口国外。

    三、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。

表4 耐热铝合金线的性能

    注：* 强度残存率：指在230℃×1h加热后的强度与常温下强度的比值。

表5 400mm²钢芯耐热铝合金绞线的性能

    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℃。

表6 1440mm²钢芯耐热铝合金绞线的性能

    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

    注：强度残存率％，是指在230℃，1h下加热后的强度残存比值。

    高强度耐热铝合金线，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。

    四、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。

表8 ±500kV芜湖长江大跨越AACSR／EST－450/200

特强型钢芯铝合金绞线的性能

注：*为工程实际需要的实测参考值。

AACSR／EST－450／200用铝合金线的性能见表9。

表9 AACSR／EST-450/200用铝合金线的性能

从表8中可以看出，铝合金线的抗拉强度应≥295MPa，而这时的电阻率为ρ₂₀≤0.032226Ω?mm²/m，其要求超过JB/T 8134-1997和IEC 104-1987的技术要求，达到国际上先进水平。

AACSR／EST－450／200作大跨越导线使用，除了配合主干线为ACSR-720/50使用外，也可以采用二分裂的形式作大跨越导线与四分裂导线LGJ-300/40相匹配。然而在500kV线路中经常采用的四分裂导线是LGJ-400/35或LGJ-400/50，这时与之相匹配的二分裂的大跨越导线则为AACSR／EST－635／285，其性能见表10。

表10 500kV线路用大跨越导线AACSR／EST－635／285的性能

AACSR／EST－635／285用的铝合金线，性能（抗拉强度与延伸率、电阻率）与AACSR／EST－450／200的铝合金线相同。可以看出，作为大跨越导线用铝合金线的性能，都应超出标准所规定的数值。这也是大跨越导线制造时的难点之一。

2. 钢芯铝合金绞线

采用±500kV直流输电线路从三峡电站向广东输送，这就是三广线路，输送300万千瓦，全长973公里，途经湖北、湖南进入广东。线路将通过复冰20cm、30cm的地带，这时导线将采用钢芯铝合金绞线，其具体要求见表11。

表11 500kV线路用大跨越导线AACSR／EST－635／285的性能

这时铝合金线的性能应按表12考核。

表12 AACSR－720／50用铝合金线的性能

3. 全铝合金绞线

由于铝合金线的强度约为电工铝强度的2倍，在农网建设时往往可以用全铝合金线代替普通钢芯铝绞线。上海电缆研究所曾于1965年在上海奉贤海边架设的全铝合金绞线，使原来线路的档距由90m提高到170m，大大降低线路造价。经20余年后的调查表明，与其比较的钢芯铝绞线，由于台风等气候条件变化而遭破坏，全铝合金线却仍完好，证明它有良好的耐恶劣气候条件，寿命长。

表13 常用的钢芯铝绞线与全铝合金绞线性能比较

从表中可以看出，采用全铝合金绞线代替直径相近的钢芯铝绞线，因拉断力接近而无需更改原有设计的杆塔，单位重量更轻，有利于线路建设，投资更少些，而寿命更长。全铝合金绞线在电网建设中有着广泛的应用前景。

4. 城市扩容导线

随着经济建设的发展，电力供应需求不断增加，急需对现有电网扩容改造，通常是利用原有杆塔只更换导线，这样投资小，原有路线走廊也得到充分利用。更换的导线中，除了可以选用扩容导线外，采用铝合金绞线也是一个重要的方法。

在城网建设中，某220kV线路工程原输送容量175MVA，要求增至262MVA，即提高50％的输送容量。原采用导线为：LGJ-400/35，将改为：2×LHBJ-300（GB 9329-1988规定的全铝合金绞线）而扩容。线路建设时的主要参数，见表14。

表14 导线在使用状态下的性能比较

经充分比较，在常规架设LGJ-400/35的场合，采用2×LHBJ-300来代替，其机械特性和弧垂特性都很接近，且安全系数提高至3.85。输送容量增加50％，达到扩容目的，是线路改造的重要途径，并已被实际工程证明是可行的。

五、高强度铝合金工厂的建设

1. 主要的工艺流程

高强度铝合金Mg₂Si在热处理状态下固溶于铝中，使合金有人工时效的能力。因此，在工艺流程安排上除了熔化和加工成形之外，最主要的是热处理、淬火和人工时效。

主要的工艺流程见图4。

2. 关键技术与关键设备说明

⑴ 关键技术

根据作者多年研究积累的经验，关键技术为合金配置、精炼除气、连铸连轧、热处理和高速拉线。

? 合金配置是为获得铝合金优良性能的最基本条件，在合金中添加Mg与Si，形成Mg₂Si相，在Mg₂Si中，Mg／Si比为1.73，但在生产实践中难以保持此比例。因此，大部分合金不是含有过量的镁，就是含有过量的硅。当镁过剩时，合金抗蚀性好，但强度与成形性能较低；当硅含量过剩，合金强度增高，但成形性能和焊接性能较低，抗晶间腐蚀倾向稍好。

? 精炼除气使合金线材的塑性增加，也更耐疲劳振动。

? 连铸连轧是铝锭变成铝合金杆的重要工序，为使合金中Mg和Si全部固溶于铝中，连轧温度应严格控制，过低温度下轧制，就不能获得固溶状态的冶金组织，产品的力学性能得不到保证。Mg和Si在固溶温度以上的固溶速度很快，通常只需数秒钟。

? 高速拉线工艺，使之能获得所需的尺寸。

? 人工时效是使针状Mg₂Si非平衡相→棒状Mg₂Si非平衡相→片状平衡Mg₂Si相，从而使线材获得优良的力学性能和电气性能。人工时效的温度和时间要精确控制，温度的偏离过长和过短的时效时间，都不利于获得线材的优良性能。

⑵ 关键设备说明

? 倾斜式保温炉 炉体能随炉内铝合金熔体高度而同步倾斜，以保持放出的铝合金熔体速度的稳定，同时可将炉体内的铝液全部放出，又便于炉子的清理与维护。

? 炉外精炼除气装置 铝合金液体连续不断地通过该装置，全过程进行精炼除气。

? 连铸连轧机 具有四面冷却的连铸机，使铝合金成锭后保证连轧过程温度恒定，并迅速淬火。

? 高速拉线机 速度快，又保证铝合金线不会被扭伤，拉线产生的热量有利于时效工艺进行。

? 人工时效炉 连续式或间歇式，精确的温度控制和合适的时间，使铝合金中Mg₂Si相析出分布均匀，铝合金线能获得良好的力学和电气性能。

3. 中国导电用铝合金工厂概况及未来铝合金工厂的分布预测

从六十年代开始，我国便致力于导电用铝合金的研制工作，尽管以前曾有数家工厂也从事铝合金的研制，但目前能向市场成批供货的只有武汉电线厂、杭州电缆厂、上海铝线厂三家，今年山东鲁能泰山电缆公司也能生产铝合金线，全国共四家。

我国年需输电线2000年约60万吨，几乎都是钢芯铝绞线，铝合金绞线的用量，每年用量只有数千吨尚不足1万吨，约占总需求量的1％。然而在国外，法国几乎所有的输电线都采用铝合金，日本超过50％，美国、加拿大等都占有很大比例，即使像印度、孟加拉等发展中的国家，其用量也较大。我国的电力部门已经意识到采用铝合金导线的种种优点，作者预测如果到“十五”末期，2005年输电线中5％采用铝合金线的话，那么年需4～5万吨，目前全国约有2万吨的生产能力，缺口2～3万吨，这就是新建工厂的空间。

工厂建在何方，规模多大才合适呢？按预测，首先建设的工厂年产5000吨是合适的，而且随着市场的发展，稍加改造便具有年产1万吨的能力。因此，“十五”期间中国会出现新建铝合金工厂4～5个。我国将执行“西电东送”政策，西南又有铝，所以在西南地区（例如贵州或四川）会出现1～2家工厂，西北的甘肃或陕西会出现1家（或者在山西），东部长江流域、上海周边地区会形成铝合金生产的集中地，江苏的可能性最大，会出现1家，此外东北的辽宁或黑龙江出现1家，广东也许也会有1家。如果按这样分布，它的出现是合理的。当然除了电线电缆厂生产铝合金以外，冶金部门，如铝厂转过来生产铝合金线是完全可能的，也许这种转换还会更容易。提出这些设想，仅是作者个人观点，不希望由此而引起的竞相扩大规模，造成新一轮盲目投资竞争。

六、若干个需要讨论的问题

上述铝合金有种种优点，而且国外使用也不少，为什么在中国却用量不多，直至现在才准备下力气推广使用呢？这就是需要讨论的问题。

1. 铝合金导线标准

铝合金单线与导线都有标准，问题是电力部门一直希望在单线考核时加入弯曲指标，理由是如果能通过弯曲（4次）的要求时，耐振疲劳也就无问题了。经过不断地改进和努力，现在铝合金线的弯曲已经不成问题，也就消除电力部门对铝合金线质量的担心，现在铝合金单线和绞线的标准都与IEC相同，这就是：

JB/T 8134-1997架空绞线用铝镁硅系合金圆线，它代替了JB/T 8134-1995（原GB 7983-87），等同于IEC 104-1987标准。在此标准中不再像1995年标准提掺入稀土的划分法，因为合金中掺入微量稀土只是一种工艺措施，所以标准中不明确区分是否掺入稀土成份，也不规定合金成份比例，只要求规定机械和电气性能。

GB/T 1179-1999圆线同心绞架空导线，它代替了GB 1179-1983和GB 9329-1988，等同于IEC 61089-1991，这就把铝合金各种形式的绞线包含在标准中，并与IEC标准相一致。铝合金绞线与钢芯铝绞线一样在标准中列出供选用。

2. 高强度铝合金推广的关键问题

高强度铝合金问世以来已有30余年，为何迟迟打不开局面，最主要的是国家的需要与机遇；此外本身的原因是质量不稳定和价格偏高。随着技术的进步和工厂在生产时设备的进一步完善，铝合金线的质量已经完全符合标准的要求，与国外产品的质量一样，所以才屡屡中标，出口国外。也由于产量增加，成品率高，价格也逐步下降，进入良性循环的态势。上述二个问题基本上解决后，电力部门又有使用的要求，现在进入推广应用的大好时机。

3. OPGW用高强度铝合金线

二十一世纪是信息时代的世纪，电线电缆中的OPGW（光纤复合架空地线）是其重要产品，它把光纤放入地线中架设在输电线路上，既起到通信通道，又是避雷线，一举二得。地线（避雷线）的主要材料是铝包钢线和高强度铝合金线。高强度铝合金线除了标准中所规定的性能以外，还需要特别注意到塑性指标，在这以前，几乎绝大多数用于OPGW的铝合金都向国外购买，随着现在国产的铝合金性能稳定，伸长率远超过标准规定（3.5％）的要求，甚至达到7％，这样便完全能用于OPGW，现已为用户所接受。

4. 铝合金导线的耐振性能评定

铝合金导线是否能安全运行30年，往往需要做振动试验给予评定，因此振动试验的条件特别重要。按国内目前约定俗成的做法是：微风振动试验时，其振动角为30′，振动次数为3×10⁷次，3根试验应全部通过。这是相当苛刻，我国早期生产的铝合金导线常常难以通过，需反复试制才能成功，从国外购进的导线也常碰到难过此关。在国外，是以导线中单线受到的动弯应变来决定的，应为150με（折算至振动角约为：10′～12′），振动次数为10⁷次，国际大电网会议（CIGRE）的报告已作了上述的叙述。IEC 1396光纤复合架空地线的电气、机械和物理性能要求及其测试方法中规定动弯应变为±100με，张力为25％ RTS，振动次数10⁷次，通过时便认为耐振能力能满足要求，这些要求，国内外差距很大，国内要求特别严格。此外，在大跨越导线的耐振试验已经不是单独采用导线进行耐振试验，而是导线同时悬挂防振措施，给予综合评定。目前国产的铝合金导线在采用新配方和新工艺流程下制造的产品，即使苛刻的振动条件也都能顺利通过，这也为电力部门大力推广铝合金线扫除了最后的思想障碍。

对于耐振性能的评定今后还应有一个统一的说法。

5. 强度的通条性与均匀性、绞制质量

由于铝合金生产工艺过程较长，合金配方、工艺过程的每个环节对其性能都会造成影响。参照三峡工程用大截面导线生产时的要求，铝合金导线，特别是大跨越导线更应有严格要求。铝合金线通条性与均匀性都应加以控制，建议铝合金线强度的通条性≤25MPa，均匀性≤35MPa。只有严格控制，才能保证良好的产品质量。

绞制质量要求绞制紧密、均匀。当然采用笼式绞线机能退扭，消除线材中的内应力；框式绞线机也能绞好铝合金线，不过它没有退扭，线材中有内应力存在，但不管采用那种绞线机，都应该安装预扭装置，才能保证质量，才能做到绞线绞制紧密、服贴、均匀。

七、结束语

⑴ 随着我国电力的发展，特别是“十五”开始，我国输电线路要联网，“西电东送”，所以将有更多的大容量、长距离送电工程出现，它将会给电线电缆行业发展带来良好的机会。铝合金导线以其机械强度高、导电性能好和重量轻等优点，在电线路建设中将会起着积极的作用。

⑵ 铝合金导线有着多种用途，可用作大跨越导线；在跨越冰区、跨越高山峡谷的导线特别有用；在农网建设、城市线路等更起着独特的不可替代的作用；它将与钢芯铝绞线一样，在电网建设中成为不可缺少的线种。

⑶ 我国已掌握了生产电工用铝合金导线的全部技术，并结合我国具体情况使合金更具中国特色，性能优良，完全达到国外和IEC标准所规定的参数。

⑷ 按预测“十五”期间，我国对铝合金的需求将有较大的增长，目前国内拥有的生产能力尚不够用，估计有新的工厂要建设，新工厂建设时起点应较高，生产能力合适，例如年产5000～10000吨之间，但不要太冒进。

⑸ 质量是铝合金导线发展和推广决定的因素，要特别给予重视，应严格把好生产过程的每道关口。

我们期待电工用铝合金线获得更大的应用与发展，坚信它将为电线电缆行业注入新的活力，成为电线电缆行业发展的一个新亮点。

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