特高壓高導耐熱導線“一條頂兩條” 助力中國制造走出去

我國能源與電力負荷逆向分布，國家實施“西電東送、北電南送”戰(zhàn)略。架空輸電線路用導線作為電力輸送的“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。導線的導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、遠距離、大容量輸電和清潔能源利用的發(fā)展，對架空導線的導電率、強度、耐熱性能和疲勞性能提出了更高的要求。但提升材料導電率與同時提高其強度和耐熱性之間存在矛盾，導致我國電網(wǎng)建設(shè)急需的特種導線難以滿足工程需求。

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

高導耐熱導線“一條頂兩條”

導線的耐熱溫度決定其輸送電流的能力。采用耐熱導線可提高輸電容量，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、風能等新能源峰值和谷值輸電的大溫差需求。但是，導線的耐熱性與導電率是一對矛盾。

孫寶德介紹說，研究團隊通過理論計算和科學實驗，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)改造中獲得應用，川渝電網(wǎng)“大動脈”洪板線改造全部采用該項目成果。新的高導耐熱導線的應用，使得原有的“洪板1線”和“洪板2線”設(shè)計容量從200萬千瓦提升至 327萬千瓦。工程人員介紹稱，這相當于在不改變線路結(jié)構(gòu)和不增加線路通道的情況下，新建一條輸送線路，“一條線達到了兩條線路的輸電能力”。

高強抗疲勞導線“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)強化相’的‘精確調(diào)控超細夾雜物的去除’開展了大量研究，研制了不同強度級別的高強度鋁合金材料，建立了全流程精細控制技術(shù)，消除了材料內(nèi)部潛在的疲勞裂紋源�！备吆Ｑ喔嬖V《中國科學報》，該團隊研制的高強度鋁合金導線，在運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)計預期壽命達到50年的安全標準，綜合技術(shù)指標達到國際領(lǐng)先水平，在國家電網(wǎng)特高壓大跨越工程中獲得大量應用。

據(jù)了解，起自新疆準東（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。研究團隊高強抗疲勞導線相關(guān)技術(shù)在該工程中有著重要應用。

此外，我國電工鋁導線占導線用量近70%，是特高壓電網(wǎng)的基礎(chǔ)導體材料。針對我國鋁土資源鐵硅含量相對較高的特點，團隊研究了高導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，突破了鑄錠晶粒細化瓶頸，保證了導線組織與性能的穩(wěn)定性和一致性。

助力中國制造走出去

十多年來，孫寶德研究團隊與江蘇中天科技集團一直保持密切合作，面向國家電網(wǎng)建設(shè)對高性能導線的迫切需求，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)計需求，參與導線選型和截面設(shè)計，交大負責基礎(chǔ)理論研究和關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，中天科技負責中試及產(chǎn)業(yè)推廣，真正做到“設(shè)計、工藝、制造一體化”，有力促進了我國高性能架空導線制造企業(yè)的產(chǎn)業(yè)升級與自主創(chuàng)新能力的提高。

據(jù)介紹，該團隊研制的高導耐熱導線和高強抗疲勞導線已走出國門，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”。