特高壓高導(dǎo)耐熱導(dǎo)線“一條頂兩條” 助力中國制造走出去

我國能源與電力負(fù)荷逆向分布，國家實(shí)施“西電東送、北電南送”戰(zhàn)略。架空輸電線路用導(dǎo)線作為電力輸送的“血管”，是電網(wǎng)中用量最大、最關(guān)鍵的組成部分之一。我國架空導(dǎo)線總長1000余萬公里，2018 年我國全社會用電約6.8萬億千瓦時，其中因?qū)Ь�電阻造成的損失巨大。導(dǎo)線的導(dǎo)電率即使僅提高千分之一（0.1%IACS），全國每年即可節(jié)電約7億千瓦時，減少電煤消耗約23萬噸，減少二氧化碳排放58萬噸。

隨著特高壓、遠(yuǎn)距離、大容量輸電和清潔能源利用的發(fā)展，對架空導(dǎo)線的導(dǎo)電率、強(qiáng)度、耐熱性能和疲勞性能提出了更高的要求。但提升材料導(dǎo)電率與同時提高其強(qiáng)度和耐熱性之間存在矛盾，導(dǎo)致我國電網(wǎng)建設(shè)急需的特種導(dǎo)線難以滿足工程需求。

上海交通大學(xué)材料學(xué)院孫寶德、高海燕研究團(tuán)隊(duì)，與江蘇中天科技合作，在“973”、國家自然科學(xué)基金、上海市節(jié)能減排專項(xiàng)等項(xiàng)目的資助下，歷經(jīng)20余年，突破了制約高性能鋁合金導(dǎo)線材料的關(guān)鍵技術(shù)，研制了高導(dǎo)耐熱、高強(qiáng)抗疲勞、特高壓節(jié)能導(dǎo)線等新型特種導(dǎo)線材料及制備技術(shù)，并建立起全流程工藝控制體系，自主研發(fā)的高導(dǎo)耐熱導(dǎo)線、高強(qiáng)抗疲勞導(dǎo)線、高導(dǎo)電工鋁導(dǎo)線三大類十九種新型導(dǎo)線通過了權(quán)威部門組織的新產(chǎn)品鑒定。

高導(dǎo)耐熱導(dǎo)線“一條頂兩條”

導(dǎo)線的耐熱溫度決定其輸送電流的能力。采用耐熱導(dǎo)線可提高輸電容量，有效緩解電力供需矛盾，降低城區(qū)線路改造的走廊成本；同時可更好滿足太陽能、風(fēng)能等新能源峰值和谷值輸電的大溫差需求。但是，導(dǎo)線的耐熱性與導(dǎo)電率是一對矛盾。

孫寶德介紹說，研究團(tuán)隊(duì)通過理論計(jì)算和科學(xué)實(shí)驗(yàn)，研究了新型鋁鋯釔耐熱合金及其微結(jié)構(gòu)調(diào)控方法和工藝，研制出的新型耐熱導(dǎo)線輸電能力加倍，“一條頂兩條”。

目前，這一技術(shù)產(chǎn)品在全國一百多條舊網(wǎng)改造中獲得應(yīng)用，川渝電網(wǎng)“大動脈”洪板線改造全部采用該項(xiàng)目成果。新的高導(dǎo)耐熱導(dǎo)線的應(yīng)用，使得原有的“洪板1線”和“洪板2線”設(shè)計(jì)容量從200萬千瓦提升至 327萬千瓦。工程人員介紹稱，這相當(dāng)于在不改變線路結(jié)構(gòu)和不增加線路通道的情況下，新建一條輸送線路，“一條線達(dá)到了兩條線路的輸電能力”。

高強(qiáng)抗疲勞導(dǎo)線“飛架中國南北”

我國特高壓工程需要跨越高山峻嶺和大江大河架設(shè)電網(wǎng)，形成了中國特色的“大跨越”工程。這要求飛架中國南北的特高壓線路，必須在各類自然環(huán)境下有著突出的抗疲勞表現(xiàn)。

“我們針對‘鋁鎂硅合金亞穩(wěn)強(qiáng)化相’的‘精確調(diào)控超細(xì)夾雜物的去除’開展了大量研究，研制了不同強(qiáng)度級別的高強(qiáng)度鋁合金材料，建立了全流程精細(xì)控制技術(shù)，消除了材料內(nèi)部潛在的疲勞裂紋源�！备吆Ｑ喔嬖V《中國科學(xué)報(bào)》，該團(tuán)隊(duì)研制的高強(qiáng)度鋁合金導(dǎo)線，在運(yùn)行張力增大的條件下，振動疲勞壽命不低于3000萬次，滿足線路設(shè)計(jì)預(yù)期壽命達(dá)到50年的安全標(biāo)準(zhǔn)，綜合技術(shù)指標(biāo)達(dá)到國際領(lǐng)先水平，在國家電網(wǎng)特高壓大跨越工程中獲得大量應(yīng)用。

據(jù)了解，起自新疆準(zhǔn)東（昌吉）換流站、止于安徽皖南（古泉）換流站的昌吉—古泉1100千伏特高壓直流輸電線路，就在2018年4月完成了“長江大跨越”工程全線貫通的壯舉。研究團(tuán)隊(duì)高強(qiáng)抗疲勞導(dǎo)線相關(guān)技術(shù)在該工程中有著重要應(yīng)用。

此外，我國電工鋁導(dǎo)線占導(dǎo)線用量近70%，是特高壓電網(wǎng)的基礎(chǔ)導(dǎo)體材料。針對我國鋁土資源鐵硅含量相對較高的特點(diǎn)，團(tuán)隊(duì)研究了高導(dǎo)電工鋁材料及其冶金質(zhì)量控制技術(shù)，解決了微量雜質(zhì)元素與氣體去除的難題，突破了鑄錠晶粒細(xì)化瓶頸，保證了導(dǎo)線組織與性能的穩(wěn)定性和一致性。

助力中國制造走出去

十多年來，孫寶德研究團(tuán)隊(duì)與江蘇中天科技集團(tuán)一直保持密切合作，面向國家電網(wǎng)建設(shè)對高性能導(dǎo)線的迫切需求，成立了“上海交大—中天科技”聯(lián)合研究中心。該研究中心根據(jù)國家電網(wǎng)的線路設(shè)計(jì)需求，參與導(dǎo)線選型和截面設(shè)計(jì)，交大負(fù)責(zé)基礎(chǔ)理論研究和關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，中天科技負(fù)責(zé)中試及產(chǎn)業(yè)推廣，真正做到“設(shè)計(jì)、工藝、制造一體化”，有力促進(jìn)了我國高性能架空導(dǎo)線制造企業(yè)的產(chǎn)業(yè)升級與自主創(chuàng)新能力的提高。

據(jù)介紹，該團(tuán)隊(duì)研制的高導(dǎo)耐熱導(dǎo)線和高強(qiáng)抗疲勞導(dǎo)線已走出國門，出口到歐美及“一帶一路”沿線國家，承接了眾多海外架空線路建設(shè)工程，累計(jì)架線超2萬公里，打破了國際大公司的壟斷，成為中國制造和中國電力走出去的一張“國家名片”。