一 、基本概述
裸電線是電線電纜不可缺少的部分 ,除了光纜以外 ,幾乎所有的電線電纜都需要導體 、需要裸線 ,而且相當數量的一部分產品就以裸電線的形式出現 ,例如鋼芯鋁絞線 。粗略概算 ,包括導體部分在內的裸電線的總產值 ,約占電線電纜總產值的三分之一 ,它有著舉足輕重的作用 。
裸電線 、電線電纜導體 ,其材料主要是銅 、銅合金 、鋁 、鋁合金 ,以及其它有色和稀有金屬材料 。
在工農業總的用銅量中 ,電線電纜行業用銅量占有很高的比重 。九十年代初期 ,全尊龍凱時電纜國電線電纜行業的用銅量約近30萬噸 ,而今年估計用銅量為80餘萬噸 ,約增加近二倍的用銅量 ,價格卻從最高每噸3萬元至現在每噸1.5萬元 ,下跌約50% ,因此一些在缺銅時采用鋁作代用品的電線電纜產品又恢複采用銅 ,如布電線 、電車線等 ,使銅的用量日增 。銅作為電線電纜最主要的導電材料 ,又逐步向不同的用途延伸 ,如用作電車線的高強度 、高耐磨的銅合金線應運而生 ;使用高純度 、高精度的銅線為通信電纜等提供優質導電材料 ;特細銅線 、超細銅線更為新型的電子儀器設備、通信設備 、辦公自動化設備等提供更為優良的產品 ,用銅量的增加便是理所當然的 。
每年幾十萬噸銅需要加工 ,從電解銅板 、加工成杆 、線或異型材 ,需要約萬台套以上的杆材 、線材和異型材的生產設備 ,這是十分龐大的設備群體 。
銅杆生產中最主要四種方法的設備 ,我國都應有盡有。擁有2台套浸塗法設備和至少700餘台套的上引法機組用於生產無氧銅杆 ,保守估計 ,設備年生產能力在180萬噸至200萬噸 ;從德國 、美國 、意大利引進的銅鑄軋機組超過10台套 ,加上國產的連鑄連軋機組 ,光亮銅杆的生產能力至少為50萬噸至60萬噸 ;至於原有常用的橫列式軋機軋製黑銅杆 ,加上用水平連鑄法製作型材的坯料 ,其年生產能力不低於30萬噸至50萬噸 。也就是說 ,我國擁有的生產設備中 ,無氧 、低氧銅杆的年生產能力在220萬噸至250萬噸左右 。加上黑銅杆生產能力 ,將超過300萬噸 。由於鄉鎮企業的大量出現,一些簡易的生產銅杆的方法 ,也就無法在此估計之中 。80萬噸的需要量和250萬噸無氧 、低氧銅裝機能力之間 ,存在著很大的距離 ,因此相當大的部分設備就不得不處於減產或停產狀態 ,以700餘台套上引法機組為例 ,估計約1/3至1/4的機組由於各種原因而處於停產狀態 ,而1/2的機組的產量尚未達到原設計的生產能力 ,但即使如此 ,由上引法機組生產的銅材 ,仍占有我國銅杆用量的半璧江山 ,起著重要的作用 。
我國銅線拉線機約在萬台左右 ,至少有一半是由電工機械廠製造的尊龍凱時電纜 ,少量由國外引進 ,這二部分設備的性能都較優 ,特別至九十年代中後期 ,國產大 、中 、小拉采用連續退火的水平 ,已與國外設備逐步靠近 ,差距大大縮小了 。然而在鄉鎮企業中仍有土拉線機 ,這些機器能耗高 、勞動強度高 、效率低 、粗糙 ,難以加工質優的產品 ,這部分設備數量估計約為總數的一半 ,需要給予徹底改造或棄之不用 。
裸電線中大量采用鋁 ,例如 :鋁絞線及鋼芯鋁絞線 。九十年代初期 ,用鋁量每年尚不超過尊龍凱時電纜20萬噸 ,以後隨著經濟的增長逐年增加 ,由於以前國家在電力係統的政策上是重發電輕送電 ,使送電的增長趕不上發電的增長速度 。近年來開始的城市電網和農村電網改造 ,使送電的增尊龍凱時電纜長速度急劇加快 ,兼之九十年代開始建設的大型電站 ,像二灘電站 、黃河小浪底電站和長江三峽電站 ,將相繼逐步建成 ,送電便成為電站建設以後的重中之重 ,送電工程建設步入本世紀以來最輝煌 、最燦爛的黃金時代 。作為送電線路建設的最重要器材 ,鋁絞線及鋼芯鋁絞線 、鋁包鋼芯鋁絞線的產量劇增。能提供500kV重要工程用的主要生產廠家 ,產量處於爆滿程度 ,創下了曆史最高紀錄 ,預計今年輸電線的產量為50萬噸以上 ,可能達到60萬噸 。此外 ,我國鋼芯鋁絞線在電線電纜產品的出口中占有重要地位 ,因此在計入產量時 ,出口量是不能忽略的 。
全國擁有80台套以上的鋁連鑄連軋機 ,除少量機組由國外引進外 ,主要由國內生產 。近二年 ,每年可望新增約10台套 。80台套機組將擁有生產80萬噸以上鋁杆的能力 ,能製成120萬噸鋼芯鋁絞線 ;此外 ,利用原有半連續澆鑄機生產方錠 ,用橫列式軋機軋鋁杆的生產方式和水平引鑄鋁杆方法 ,粗略估計 ,這二種方法尚可生產20萬噸至30萬噸的鋼芯鋁絞線 。全國鋁杆的生產能力遠大於實際所需的數量 ,在主要生產廠任務十分飽滿的情況下 ,其它有些工廠的連鑄連軋機年產才隻有1千至2千噸 ,尚未發揮應有效益 ,給企業帶來不少麻煩 。
我國至少擁有400台至500台鋁線拉線機 ,絕大多數為國產的集線式拉線機 ,從五十年代開始使用以來 ,幾乎沒有什麽本質上的改進 ,與國外現代拉製鋁線的高速拉線機相比 ,差距是明顯的 。國內擁有為數不多的由國外引進的鋁線高速大拉機 ,在生產中均發揮主力作用 。國產的鋁線高速大拉機 ,正在積極發展之中 。在鄉鎮企業的小工廠中,低效的單模拉線機仍有一定數量 ,應予及早更換 、改造或淘汰 。
鋁絞線及鋼芯鋁絞線的生產 ,由於工序較少 ,所以在價格組成中 ,主要是材料和動力 。在供大於求的情況下 ,工廠之間競相壓價 ,使產品的利潤很低 ,有時甚至達到無利可圖的地步 ,這必須引起全行業的關注 。
在重視送電的今天 ,單單依靠增加產量並不能增加工廠多大的效益 ,主要還是提高產品的技術含量 ,生產優質產品 。九十年代中期 ,我國從英國引進的鋁包鋼生產線 ,製造優質的鋁包鋼線 ,結合500kV送電線路的建設 ,鋁包鋼芯鋁絞線已作為重要的線種正在被越來越廣泛的應用 ,現在四家生產優質鋁包鋼線的工廠 ,正成為提供高質量輸電線的廠家 ,有著較好的經濟效益和社會效益 。高強度鋁合金導線以其優良的特性 ,在國外已獲得十分廣泛的應用 ,然我國用量尚少 。從技術經濟比較結果證明 ,從線路建設 、線路運行都有著良好的效果 ,因此可以預料 ,在五年後 ,我國高強度鋁合金導線的年需要量 ,可能達到3萬至4萬噸 ,目前我國隻有3家能生產高強度鋁合金導線的工廠 ,生產能力約1萬噸 ,那麽未來的數年間可能會出現數家生產高強度鋁合金導線的工廠 ,這是一個值得注意的新的經濟增長點 。
二 、技術進步
1. 銅
⑴ 銅杆製造技術 當前最主要的有四種 ,分別生產不同材質的銅杆 。生產含氧量在20ppm以下的無氧銅杆 ,采用浸塗成型法和上引冷軋法 ;采用連鑄連軋法製造的銅杆為光亮銅杆 ;采用鑄錠 、回線式(或稱橫列式)軋製的銅杆為黑銅杆 。這四種方法生產銅杆 ,我國應有盡有 。
六十年代末 ,美國通用電氣公司開發浸塗成型法(Dip-forming)新工藝製造銅杆 。浸塗成型是利用冷銅杆吸熱的能力 ,用一根較細的冷純銅芯杆(或稱種子杆) ,垂直通過一隻能保持一定液位高低的銅水池 ,使銅水與該移動的種子杆表麵銅熔合在一起 ,並逐步凝固結合成較粗的鑄造狀態銅杆 ,然後經冷卻 、熱軋 、冷卻 、繞製成圈 ,整個過程是在封閉的、有惰性氣體保護下進行的 。哈爾濱電纜廠引進了浸塗法設備後 ,生產出質量優良的含氧量在20ppm以下的銅杆 ,在八十 、九十年代中為該廠獲得良好聲譽與經濟效益 。
七十年代初 ,芬蘭的Outokumpu公司成功的采用上引冷軋法製造無氧銅杆 。它是利用一種管式銅套(即石墨結晶器)其下端伸入並浸沒在熔化的銅液麵下 ,上端與真空泵連通 ,開始時將結晶器內空氣抽出 ,在真空作用下,使管內產生負壓 ,銅液徐徐吸引向上 ,並在引升器附近很快凝固成光亮鑄錠 。然後經冷軋或冷拉成杆 。上引法生產的銅杆含氧量在10ppm以下 ,表麵光亮 。自八十年代初 ,我國由芬蘭引進上引法生產銅杆的機組以後 ,以上海電纜研究所為主對上引組仿製並國產化 ,獲得很大成功。目前上引法銅產量占有我國用銅杆數量的一半 。上海電纜研究所生產的上引法機組,產量世界第一 ,且由於質優價廉而暢銷國內外 。這是九十年代銅杆生產的很大成功 。
國際上銅的連鑄連軋生產線主要有 :意大利的Properzi係統(縮稱CCR係統) 、美國的South Wire係統(縮稱SCR係統) ,德國的Krupp/Hazelett係統(縮稱Contirod係統)、以及法國的SECIM係統 。這些係統在原理上基本相同 ,其差別主要在鑄機和軋機的形式和結構上 。CCR係統采用雙輪鑄機和Y型軋機 ,對大截麵錠子 ,在原軋機前加兩平一立輥機架 ,箱式孔型 。SCR係統采用一大四小的五輪鑄機 ,平立輥連軋機,箱-橢-圓係統 。Contirod係統與SCR基本相同 ,但鑄機改為“無輪雙鋼帶式” ,即Hazelett式 。SECIM係統采用一大三小的四輪式連鑄機 ,箱-扁-圓 、扁-扁-圓係統 。我國擁有CCR 、SCR和Contirod的銅連鑄連軋機十餘台 ,其中產量高的年產10萬噸銅杆 ,而且這些連鑄連軋機生產出來的銅杆質量都十分好 ,特別像Contirod係統生產的銅杆 ,深受用戶喜愛 ,而且有很大的出口份額 。我國還自己設計製造銅連鑄連軋機 ,但采用者較少。
常規的 、傳統的銅杆生產法 ,是把銅液鑄成船形錠後再加熱 ,經橫列式(或稱回線式)軋機軋製而成黑銅杆 。這種銅杆表麵發黑有一層氧化皮 ,長度又受到銅船形錠重量的限製 ,含氧量超過200ppm至500ppm ,因此影響以下工序加工的性能 ,特別拉細線時更受影響 。拉線時斷線事故更易發生 。
現對上述四種方法生產的銅杆作一個比較 :
浸塗成型法 :能生產大長度光亮無氧銅杆 、導電率為101~102%IACS ,含氧量20ppm以下 ,銅杆圈重3.5~10噸 。
上引冷軋法 :能生產大長度光亮無氧銅杆 、導電率為101~101.6%IACS ,含氧量10ppm以下 ,銅杆圈重2噸 。
連鑄連軋法 :能生產大長度光亮低氧銅杆 、導電率為101~102%IACS ,含氧量200~300ppm ,銅杆圈重達5噸 。
回線軋製法 :生產短長度有氧化皮的黑銅杆 ,導電率為99.5~100.5%IACS ,含氧量200~500 ppm ,銅杆圈重隻有86~136公斤 。(因受船形銅錠重量的限製)
在歐洲曾對上述四種方法的下道工序和拉線結果進行調查 。我國在九十年代中期為發展耐冷凍漆包線 ,對漆包線用銅材材質和加工工藝立題研究 ,經過大量的對比試驗得出了幾乎與歐洲試驗相同的結論 :用浸塗法生產的銅線斷線的次數很少 ;用連鑄連軋法生產的銅杆 ,由於含氧量適中 ,因此它的缺點很少 ,其中用Contirod法生產的銅杆 ,比SCR法或CCR法生產的銅杆更軟 ,延伸率好 ,表麵質量很好 ;用回線軋製法生產的銅杆 ,在拉製小直徑的銅線時斷頭率高 。上引冷軋法生產的銅杆質量也很好 ,但應防止在生產時滲入較多的廢銅線或其它舊銅料而影響本來是良好質量的銅杆。
⑵ 用低品位銅生產優質銅杆 如上所述 ,電線電纜行業每年需要用數十萬噸銅 ,而且都要用高品位銅 ,如果能從工藝上或配方上給予合適處理 ,采用較低品位的銅或滲入一定數量的廢銅線 、雜銅 ,而仍能生產出優質銅杆 ,這將能獲得巨大經濟效益 。為達到上述目的 ,九十年代我國已經采用二項措施 ,進行開發研究 ,這二項措施是 :
① 采用稀土優化處理改善銅杆材質 我國稀土金屬藏量極豐 ,在電工鋁的研究中就采用稀土優化處理的方法 ,獲得成功 。江蘇近年就立題研究 ,在低品位的銅中加入適量的稀土 ,提高銅杆的質量 ,經初步試驗 ,已證明有這種可能 ,現在尚未獲得最終結論 ,一旦成功 ,將是一個很大成果 ,有著巨大的經濟意義 ;
② 用橄欖爐熔銅 、連鑄連軋銅杆 根據國外有關的資料介紹 ,用橄欖爐熔銅 、連鑄連軋銅杆時 ,可以滲入比例較大的適當廢銅線或較低品位的銅 ,而軋出優質銅杆 。九十年代中期 ,上海電纜研究所在山東開始這項試驗工作 ,目前熔銅 、連鑄連軋機組全部製作完成 ,並開始軋出銅杆。機組性能和銅杆質量仍需進一步完善 。當這項成果達到預期的目標以後將可以用較為低廉的成本生產出優質銅杆 ,使銅杆生產技術向前提高一大步 。
⑶ 特種銅線製造技術
① 電氣化鐵路接觸網用接觸線 中國經濟發展的地區趨向是北上西移 ,電氣化鐵路將起著很大作用 ,電氣化列車向高速 、重載發展 ,對接觸線的材質和品種提出更高的要求。高速鐵路 ,時速在200公裏以上 ,京滬高速鐵路初定時速350公裏 ,近期按300公裏實施 ,因此應有合適的接觸線 。
八十年代我國提供給鐵路部門的電氣化列車接觸線 ,有純銅線和鋼鋁電車線 ,由於技術上的原因隻能提供單根長度不大於2000m的產品 。以後采用浸塗法 、上引冷軋法或連鑄連軋法能提供大長度銅杆坯料 ,冶金行業能提供大長度型鋼坯料以後 ,電車線的單根長度便達到和超過3000m ,這是九十年代能提供的正式產品 ,為高速列車提供優質產品邁出一大步 。
在九十年代我國又開發多種銅合金電車線 ,例如 :CTHA-120銀銅線 ,抗拉強度365N/mm2 ,導電率96.6%IACS ;CTHB-120錫銀銅線 ,抗拉強度367.5N/mm2 ,導電率90.0%IACS ;CTHC-120錫銀銅線 ,抗拉強度375.8N/mm2 ,導電率85.0%IACS ;CTHB-120錫銅線 ,抗拉強度360.8 N/mm2 ,導電率70.0%IACS ;CGLN-250鋼鋁線 ,抗拉強度216N/mm2 ,導電率46.3%IACS 。但所有這些線種的參數與京滬高速列車要求的接觸線性能 :抗拉強度≥600 N/mm2 ,導電率≥80%IACS仍有較大距離 ,需要重新研製,以滿足要求 ,其中采用複合金屬可能是最可行的方案 。
② 電氣設備用細銅線 電磁線是電機 、電器 、家用電器 、電子和通訊等產品的主要配套原材料 ,也是使用高質量銅線的大戶 ,隨著家用電器的更新換代 ,電子通信行業的高速發展 ,對漆包線 、漆包線銅材要求更趨嚴格 ,也就是在九十年代通過對各種銅杆 、銅線生產工藝和材質的篩選 ,使之能生產優質的漆包線 。
細線和超細漆包線主要用於家電類 ,以1998年為例 ,電視機 ,3500萬台需5萬噸 ,21000台電風扇需6.43萬噸 ,720萬台冰箱和700台空調機需2萬噸 ,1500萬台洗衣機需1.55萬噸 ,4200萬台電動工具需2.1萬噸 ,10億隻揚聲器約0.1萬噸 ,收錄機 、音響設備等7.15億隻需3.58萬噸 ,2579萬台袖珍收放機 、3.2億隻耳塞和送話器等需0.1萬噸 ,15000萬部電話機需0.06萬噸 ,8.12億電子手表需135噸 ,其它像脫排油煙機 、吸塵器 、電磁灶 、微波爐 、VCD等 ,還有電器控製櫃中的接觸器 、繼電器等 ,包括Ф0.04~Ф0.02mm的微細線總計3.5~5萬噸 。如此龐大數量的細和超細漆包線需要大量的優質銅線 ,用Contirod法和浸塗法生產的銅杆 、銅線將是首選的材料 ,而且應該特別嚴格把握住工藝過程 。
⑷ 銅型材
① 軟銅扁線 電機和變壓器用繞組需采用軟銅扁線 ,一般采用銅錠或銅杆經軋製 、拉拔成型後 ,退火處理 ,這種方法生產的銅扁線較硬 ,回彈較大 ,線圈較難做得服貼 ;另一種方法采用擠壓機擠壓 ,但受擠壓錠重量的限製 ,長度較短 ,在製造線圈時要焊接接長 ;上引法雖能製造大長度扁線 ,但因其是鑄態組織 ,仍需經拉拔與熱處理 ;近年浙江紹興采用國產的Conform機組 ,用上引法銅杆經摩擦擠壓後製造軟銅扁線 ,表麵光滑 ,性能均勻 。這是國際上最新的製造法 ,能獲得質量優良的產品 ,工藝上還需要進一步完善 。
② 空心導線 雙水內冷發電機的繞組用空心導線 ,需求有高的導電率 、韌性 、大長度 ,璧厚均勻等 ,以前采用擠壓機穿孔擠壓的方法獲得坯料 ,經拉拔 、熱處理製為成品 ,但往往不能全部保證技術條件 ,所以隻能向美國西屋公司購買 。上海電纜研究所利用上引法製造管坯 ,經拉拔 、熱處理後獲得成品 ,性能良好 。在九十年代開創了這一新工藝 ,填補了優質空心導線國產化的空白 ,也為製造優質管材開辟了新途徑 。用上引法製造的空心導線已用於雙水內冷發電機中 ,並獲得滿意效果 。
⑸ 黃銅線 用上引法製黃銅杆 ,與加工純銅方法相同拉成黃銅線 ,方法簡單 、方便 ,是九十年代采用的一個新的加工方法。
2. 鋁
⑴ 鋁杆製造技術 如上所述 ,鋁杆的製造有三種方法 ,以豎爐熔鋁 、連鑄連軋生產鋁杆的方法最為先進 ,用得最為普遍 ,然而此法自六十年代誕生以來 ,很少有本質上的改進 ,但隨著工業發展對鋁杆的質量有更高要求後 ,特別用於製造高強度鋁合金時就需要有更大改進 。
九十年代初期至現在先後對製造鋁杆的連鑄連軋機組進行改進 ,其主要改進有 :
① 采用傾動式保溫爐代替原有平爐 ,這樣可以保證每一次開爐時能爐內的鋁水傾倒倒幹淨 ,使每一爐的化學成份都獲得滿意的結果 ,這對於製造鋁合金更為重要 ;
② 連鑄機由二輪式改為四輪式 ,使鑄錠離開澆鑄輪時不會發生扭轉 ,保證進入軋機時平直 、不偏斜 。澆鑄輪的冷卻係統 ,采用四麵都能冷卻 ,噴嘴的流量可以調節 ,冷卻水液麵成扇狀 ,使鑄錠冷卻十分均勻 ;
③ 用新式的輥型布置取代以前統一Y型結構 ;前二道為二輥式平立輥結構 ,以後各道仍有Y型結構 ,這樣保證在前二道時有較大的 、足夠的壓下量 ,因此鑄錠的截麵可以適當加大 ,鋁杆能獲得充分變形 、性能較優 ;
④ 由於鑄錠的截麵適當加大 ,兼之有可能軋製高強度鋁合金杆 ,這種杆強度較高 、變形抗力較大 ,因此加大軋機主機的電機功率 ;
⑤ 鋁杆製造時 ,鋁液需要精煉除氣 ,把對鋁中有害的氫氣排除 ,一般均采用熔劑精煉 ,這種除氣的方法還不夠徹底 ,現加上連續精煉除氣裝置 ,在熔劑精煉之後 ,鋁液連續通過精煉裝置,通入氯 、氮混合氣體 ,去除氫氣 ,提高鋁杆質量 。
盡管通過上述的措施對鋁杆生產進行改進 ,設備上仍存在一些問題 ,最明顯的是尚無法進行全自動的雙盤收線 ,這對下道工序仍帶來麻煩 。製造鋁杆除了工藝裝置以外 ,重要的還在於如何獲得性能優良的電工鋁杆 ,而且這項技術是應該結合中國國情的 。
⑵ 稀土優化綜合處理製造電工鋁 我國每年需要用幾十萬噸鋁用作電線電纜產品 ,而我國的鋁礦中因含矽量較高 ,缺少足夠數量的電工鋁錠 ,從八十年代開始 ,上海電纜研究所在研究電工鋁導體時 ,利用我國豐富的稀土資源 ,對普通級鋁錠進行處理 ,達到電工級的水平 ,這就是所謂稀土優化綜合處理技術製造電工鋁 。
稀土優化綜合處理技術是在電纜廠的生產條件下 ,采用鋁連鑄連軋機組 ,生產電工鋁杆 ,然後通過拉製 、絞製 、生產出機電性能達到國際標準的電工鋁線和由電工鋁線絞製的架空導線 。稀土優化綜合處理方法的核心技術 ,包括稀土優化 、硼化處理和控鐵處理 。稀土優化是降低雜質矽對導電率的有害作用 ,硼化主要針對減少鈦 、釩 、錳 、鉻雜質對導電率的有害影響 ,控鐵是少降低導電率 、不影響耐腐蝕條件下以增加鋁基的強度 。這三種手段可根據材料來源不同 ,分別單獨使用或組合應用 ,在於達到製造電工鋁導體的結果 。
自從采用稀土優化綜合處理製造電工鋁以來 ,社會上出現了一種誤解 ,並通過某種場合和方法 ,規定500kV線路甚至200kV線路用導線非用“稀土鋁導線”才行 ,這種誤解是有害的,它模糊了很多科學的概念 ,應該給予糾正 。經稀土優化綜合處理製造的鋁導體被宣傳為“稀土鋁導線” ,其實加入稀土隻是一種手段 ,在於通過綜合處理以後使普通鋁錠能製造出達到電工級鋁導體的水平 。所以在誤導的輿論中認為的“稀土鋁線”能提高了導電率 ,其實隻是使普通鋁錠製造的鋁線達到了電工級水平 ,即導電率≥61%IACS ,或電阻率≤0.028264Ω·mm2/m,與電工鋁的標準一樣 ,沒有提高 。輿論中認為“稀土鋁線”能提高強度 ,其實為使普通鋁導體達到電工鋁導體的導電率所加入的稀土是很少的 ,在這樣的稀土含量下 ,稀土鋁線的強度並不比普通鋁線和電工鋁線高 ,隻是達到了對電工鋁線的強度要求 。“稀土鋁線”的耐腐蝕性能好也是一個含湖不清的概念 ,其比較的對象應該是電工鋁線而不是普通鋁線 ,其次要視不同的環境而定 ,在架空線中首先腐蝕的並非是鋁線 ,而是鋼芯 ,因此才出現了輕防腐 、中防腐和重防腐鋼芯鋁絞線 ,在不同的場合下使用 。
用非電工級鋁錠 ,通過稀土優化綜合處理 ,能生產出用電工鋁錠才能生產出的導電率達61%IACS及以上的電鋁線 ;在生產中靈活應用 ,可改善金屬加工的工藝性能 ,提高成品率 ;在普通鋁錠由於鐵矽比不夠或倒置致使難於順利生產的情況下 ,應用烯土優化處理可以順利解決問題 ;可充分利用電纜廠工藝廢鋁製造鋁-稀土中間合金再生用於生產。
稀土優化綜合處理方法 ,使鋁錠經處理後能獲得電工級鋁導體的各種性能 ,這個方法是我國獨創的 ,從八十年代開始至九十年代 ,我國大部分生產鋁導體的工廠都掌握了這種方法 ,使我國幾十萬噸的性能提高了一個新的水平 。
⑶ 鋁合金線及其製造技術 在國際上 ,鋁鎂矽型的高強度鋁合金導線已被使用七十餘年的曆史 ,由於它具有的優點和對其生產工藝的不斷改進 ,使它更具有實際使用價值 。在歐洲 ,以法國為代表 ,在輸電線路上大量采用 ,占線路總長的絕大部分 ;日本采用鋁合金的輸電線路在50%以上 ;美國和加拿大也有很大的比例;即使東南亞發展中的國家 ,像印度 、印度尼西亞 、菲律賓等也都采用鋁合金用於導線輸電線路 。
如果把全鋁合金絞線與鋼芯鋁絞線作比較的話 ,在相同的單位重量下 ,鋁合金導體的直流電阻小 ,載流量大 、拉力大 ,拉力單重比大等優點 ;在具有相同載流量條件下比較 ,鋁合金導線的重要輕 ,拉力大 ,拉力單重比更大等優點 。兼之鋁合金導線為單一材料的導線 ,易安裝施工 。它所具有的優點表現在線路建設中可加大檔距 ,減少杆塔數目 ,或降低杆高度 ,總之它能降低工程造價 ,因此受到電力部門的歡迎 。
我國自六十年代中期起 ,開始大規模係統的研究鋁合金導線 ,從研究工藝配方 、流程 、專用設備 、測試技術 、架設運行等 ,曆時30餘年 ,積累了大量經驗。並形成我國獨特的若幹技術 。然而 ,在中國高強度鋁合金導線並沒有得到廣泛的應用 ,而隻局限於某些場合使用 ,究其原因 ,最主要的是合金性能不夠穩定且價格偏高 。所以產生這個原因是 :在六十年代中期之後建設起來的鋁合金生產工廠 ,在七十年代初的一場天災中被毀滅 ,至七十年代中期重建另一家鋁合金工廠時 ,又碰上那個年代 ,不可能擁有世界上生產鋁合金的先進技術裝備 ,這個局麵維持至九十年代中期 。
九十年代中期新建設的鋁合金工廠中 ,生產設備采用了當代的新設備 ,又引入我國獨特先進生產技術 ,生產的產品不僅能滿足標準上的要求 ,而且有較大的裕度 ,深受用戶好評 。主要的技術進步有 :
① 鋁連鑄連軋除了采用傾動式保溫爐 、爐外連續除氣精煉裝置以外 ,還增加連續淬火裝置 ,使生產鋁杆的工序 ,連續地一次完成 ;
② 連續式高速大拉機 ,使鋁合金線拉製時不發生扭轉 。高速拉線的熱量還將得到利用 ;
③ 連續時效爐 ,該爐有極高精度的爐溫控製係統 ,並利用拉線機餘熱 ,熱量獲得充分利用 ;
④ 采用稀土處理 ,具有中國獨創的特色 。
在上述基礎上 ,在九十年代末期 ,又在原有基礎上進行改進 ,更具現代化 ,其技術進步有 :
① 采用特殊製造的鋁合金連鑄連軋機組 ,在總結以前優點基礎上 ,增加了快速加熱裝置 ,使鋁錠在進入軋機時保持恒溫 。增加了軋機前後的溫度測量和顯示裝置 ,保證鋁合金錠在軋製時處於最佳狀態 。良好的收線裝置 ,使鋁合金杆纏繞服貼 ,為下工序創造條件 ;
② 高速拉線機與時效爐采用自動的軌道聯接 ;
③ 連續時效爐 ,上下料采用機械手,爐溫自動顯示並能隨意調整 。
使用這些措施後 ,鋁合金導線的品質將更料優良 ,更加穩定 。當成批生產時 ,價格明顯下降 ,這二點正好克服鋁合金導線在中國采用受限製的弱點 。
除鋁鎂矽型高強度鋁合金以外 ,還發展了耐熱鋁合金 。耐熱鋁合金共有二種型號 ,其導電率分別為58%IACS和60%IACS ,抗拉強度為160N/mm2 ,長期工作溫度為150℃ 。耐熱鋁合金導線用於電站 、變電站 ;特別在城市改造時可用作增容導線 ,便於對老線路進行改造 。鋁合金另一個發展方向是高強度耐熱鋁合金 ,高強度高導電鋁合金 。總之鋁合金品種已在我國形成係列 ,主要的問題是如何進一步在工程中推薦應用 。
我國擁有生產高強度鋁合金的專門工廠 ,從九十年代中期起生產鋁合金質量完全符合IEC ,ASTM和GB標準中所規定的項目 ,性能良好 。目前上海籌劃建設另一家專門生產鋁合金導線的工廠 ,將為電力行業提供優質鋁合金線 ,預計2000年可供應 。
④ 鋁型材 電線電纜行業中的鋁型材主要有 :作為電纜線芯的扇形截麵型材 ,作變壓器用的扁線 ,作輸電線用的拱形 、Z形 、人頭形等型材 。它們的長度需要數公裏而無接頭 ,電纜線芯還應為軟線 。這些產品 ,通常是采用鋁杆經輥壓 、拉製的方式製成 ,軟線需經退火 ,這類產品表麵都容易被擦傷 。
七十年代 ,英國原子能局發明用摩擦方法製造鋁材以後 ,以專利形式出讓給英國BWE公司和HOLTON公司 ,二家公司先後都製成連續擠壓機 ,即Comform機組 ,除都能擠壓型材 ,采用徑向擠壓 。BWE公司又開發了單輪雙槽輪機組 ,HOLTON公司則開發雙輪單槽機組 ,均可進行切向擠壓 ,生產雙金屬線材或型材 。我國八十年代後期開始 ,分別由二家公司提供約近20台套Comform機組 ,用於生產大長度型材,管材和雙金屬線材等 ,使我國生產鋁型材的水平 ,一步便跨入世界先進行列 。在引進國外設備基礎上 ,我國自行開發Comform機組 ,能生產各種型材 ,其性能指標與國外設備相接近 ,現已有10餘台套國產機器在使用 。
3. 複合金屬
⑴ 鋁包鋼線 鋁包鋼線是一種雙金屬線 ,用連續擠壓生產的鋁包鋼線有8μm厚的鋼鋁結合滲透層 ,結合力非常好 ;此外 ,包覆鋁層後的高強度鋼絲經雙金屬同步變形機深拉拔 ,其機械性能非常高 ;由於包覆的電工級鋁層均勻牢固 ,因而耐腐蝕性能非常好 ;鋁包鋼線由於鋼絲表麵包覆的鋁層 ,它的導電率比鍍鋅鋼線優越得多 ,故電能損耗低 ,載流量大等各種優點而受到青睞 。
鋁包鋼線特別適合於作大跨越導線 、架空地線 、避雷通訊線 、輸電線路的自阻尼線等 。鋁包鋼線具有直流電阻小 ,絞線中鋁包鋼線的鋁包層與鋁接觸不會產生電化腐蝕等優點 ,適用於容量大 ,有鹽霧的海岸地帶和有So2氣體等的工業區作輸電線路用導線 ;成批生產鋁包鋼線在500kV線路等重要工程中將用來取代鍍鋅鋼線而被廣泛使用 。
八十年代開始 ,英國BWE公司研製成功采用Comform摩擦擠壓機製造鋁包鋼線 ,生產的產品全麵達到IEC 1232及ASTM B 415所規定的性能指標 ,是目前國際上最先進的生產方法 。八十年代中期起天津大成五金廠按Comform機的工作原理 ,自行研製簡易的Comform機製造鋁包鋼線 ,其產品的性能比壓接法略優 ,但從生產效率 、產品質量與國外的差距仍十分明顯 。1992年常州電線電纜廠率先從英國BWE 公司引進Comform機組和意大利的雙金屬同步變形機製造鋁包鋼線 ,其後邢台電纜廠 、天津大成五金廠 、江西新華金屬製品廠均引進這種設備 ,製造鋁包鋼線及其延續的產品 :鋁包鋼絞線和鋁包鋼芯鋁絞線 ,其產品不單在國內各電壓等級110kV 、220kV 、330kV 、500kV上使用 ,而且遠銷國外 ,用於高壓與超高壓線路中 。目前全國年產能力約為1.5萬噸 。
鋁包鋼線已形成係列 ,主要的技術性能 :
直徑 :Φ1.24~Φ5.5mm
導電率 :20.3%IACS ;27%IACS ;30%IACS;40%IACS 。
用作架空線線芯的鋁包鋼線 ,Φ1.24~Φ3.25mm時 ,則其抗拉強度 :σb≥1340Mpa ;1%伸長率應力:σ1%≥1200Mpa 。
鋁包鋼線還作為光纖複合架空地線的承力元件 ,其導電率為20.3%IACS ,由於強度和短路電流容量的不同要求 ,往往也采用導電率為27%IACS 、30%IACS和40%IACS 。用作光纖複合架空地線的鋁包鋼線除圓截麵以外 ,還可以是扇形截麵 。鋁包鋼線還可用作日用品和其它工業品 ,像金屬網 ,公路護欄 ,衣架和掛鉤等 。上述這些產品 ,在九十年代起已經逐步被采用 ,特別在光纖複合架空地線中已成為不可缺少的材料 。
優質的鋁包鋼線均采用BWE公司提供的Conform機組 、意大利的雙金屬變形機製造 ,目前設備的易損件和各種備品備件 、生產時所用的潤滑液 、拉拔粉等都在逐步國產化中。大連鐵道學院已仿造BWE公司的Conform機組 ,製成國產的Conform機組 ,該機組已能擠壓各種鋁型材 ,但對於製作鋁包鋼線還在開發之中。
⑵ 銅包鋼線 銅包鋼線是一種在鋼線芯材表麵包上銅的雙金屬線材 。一般銅層的包覆比為13%~35% ,導電率為21%IACS~40%IACS 。
銅包鋼線的主要用途是 :可用作電力傳輸和電話線路的架空線 ;用於載波線路時與銅線具有同樣的傳輸效果 ;在山區寒冷地帶及農村用作架空電話線時 ,能承受冰凍負荷和大風衝擊 、架設跨距比銅線大一倍 ;小直徑銅包鋼線可在電子工業中用作各種電子器件的引線 、天線 ;用作同軸電纜、射頻線圈 、地球物理線等 ;在電氣化鐵道中用作訊號和通信線 、訊號連接線 、埋伏線 、補償線 、屏蔽線 、接地線 、載流承力索 、不載流承力索 、滑接線等 。由於銅包鋼線的廣泛用途 ,九十年代以來用量日增 ,效益明顯 。
銅包鋼線主要有六種製造方法 :鑄造熱壓法 、電鍍法 、熱浸塗法 、上引塗法 、焊接包複法 、連續擠壓法(即Conform法) 。鑄造熱壓法工藝落後 ,材料利用率低 ,質量差 ,該法將淘汰 。電鍍法優點是設備占地小 ,製造長度長 ,但隻能做導電率20%IACS~30%IACS各種規格銅包鋼線 ,目前是國內大量生產銅包鋼的方法 。缺點是電鍍液造成較嚴重公害 ,且製造大於30%IACS導電率較困難 。熱浸塗法是利用浸塗法製造銅杆設備製作 ,它可調整銅層厚度且能製成異型線 ,例如雙鉤形電車線 ,適宜大批量生產且無公害 ,缺點是小批量生產不經濟 。上引塗法是利用上引法設備製造銅包鋼線 ,目前正在進行試驗 ,生產工藝及裝備尚不成熟 。焊接包複法是銅帶經過清洗處理後包複在光潔的鋼線上 ,用氬弧焊捍接 ,之後經拉絲機 、壓力模深加工成型 ,這種工藝能獲得不同導電率銅包鋼線 ,性能優良 ,目前國內正在試產 ,即將可投入應用 。連續擠壓法是一種很好方法 ,能進行連續不斷生產 ,鋼 、銅結合力好,目前國內外均停留在試驗室試產中 ,尚未達到商業化階段 。
⑶ 銅包鋁線 銅包鋁線是在鋁芯線上同心地包覆銅層的雙金屬線 。它是代替純銅線製造CATV同軸射頻電纜的良好內導體 。由於集膚效應,在電視頻段內具有與純銅相同及更優的傳輸性能 。銅包鋁線的密度是純銅的37%~40% ,也即是在相同的條件下 ,銅包鋁線的長度是純銅線的2.45~2.7倍 ,可大大節約用銅 ;其次 ,同樣長度的銅包鋁線的電纜比純銅輕 ,因而運輸 、安裝都方便 ,降低敷設費用 ;第三 ,當CATV 同軸射頻電纜用鋁管作外導體時 ,由於銅包鋁線與鋁管的熱膨脹和彈性模量相接近 ,從而提高電纜的穩定性和可靠性 。
銅包鋁線的重量較銅輕 ,還用於電焊機電纜 、電池連接線 、野戰電纜 、電機和變壓器的繞組 。細銅包鋁合金線用作移動電話 、辦公用品設備的繞組線或連接線 ;它與純銅一樣具有良好的焊接或接續性能 ,是布電線線芯的良好材料 ;大截麵的銅包鋁製成排類 ,可在高頻電器設備中應用 。
銅包鋁的優良特性在七十年代以來已被廣泛重視 ,美 、日 、德 、瑞典等國都在充分利用其特性 。我國在九十年代也大力開展銅包鋁的生產與應用 。
銅包鋁生產方法主要有三種 :電鍍法 、焊接包複法及靜液擠壓法 。目前國內已能用電鍍法及焊接包複法生產銅包鋁線 ,它的工藝均與銅包鋼相似 ,目前國內仍屬起步階段 。靜液擠壓法是瑞典ASEA公司設備 ,由於投資高未獲推廣 ,包複法及靜液擠壓法還可生產銅包鋁排 。
⑷ 鍍鋅鋼線 鍍鋅鋼線是鋼芯鋁絞線的重要原材料 ,按IEC 888的規定 ,鍍鋅鋼線按強度分有一般強度 、高強度和特高強度 。八十年代 ,我國用作鋼芯鋁絞線的鋼線 ,幾乎都是一般強度的鋼絲 ,進入九十年代 ,冶金行業相繼製成高強度和特高強度的鋼絲 ,並已進入實用化階段 。鍍鋅鋼線分一般鍍鋅和重鍍鋅之分 。由於重鍍鋅鋼線隻有少數工廠能製造 ,而使用較少 。為了提高鍍鋅鋼線的耐蝕性 ,在鋼芯鋁絞線中采用塗防腐油的方法而較少用重鍍鋅鋼線 。
為了提高鋼絲的耐蝕性能又不降低鋼絲強度 ,國際上公認的有兩種鍍層配方可供使用 。其一為含鋁55% 、矽1.6% 、鋅43.4%稱為“Galvelume” ,它具有高的耐蝕性能 ,但影響鋼基體的力學性能 。其二為含鋁5%及微量稀土元素稱“Galfan” ,它兼有優良耐蝕和力學性能 ,用於鋼絲行業 ,它的耐蝕性比鍍鋅鋼線高2倍 。
我國金屬製品行業於八十年代末期開始約7~8家工廠開發鋅5%鋁稀土鍍層鋼絲 ,至九十年代中期隻剩下2家工廠正式提供產品 ,其中一家采用單鍍工藝 ,盡管鍍層能提高耐蝕能力2~3倍 ,但鍍層太薄有漏鍍現象使實際上提高耐蝕能力有限而難以推廣 ;另一家采用先熱鍍鋅後再鍍鋅鋁稀土合金 ,確保鍍層質量 ,與國際鉛鋅組織的標準相一致而被廣泛采用 。杭州萬勝鋼纜集團公司能提供這種產品 ,最近天津引進國外技術也將生產這一產品 。
⑸ 鍍錫銅線 鍍錫銅線主要用於橡皮絕緣的礦用電纜 。軟電線 、軟電纜和船用電纜等的導電線芯 ,以及用作絕緣電線電纜的外屏蔽編織層和電刷線 。
鍍錫銅線主要生產方法有熱鍍法 ,電解鍍錫法 、真空鍍錫法 、多線電解鍍錫法和整股鍍錫法等 ,上述這些方法都已被采用 ,而以熱鍍法和電解鍍錫法用得最普遍 。熱鍍錫法的設備較簡單 ,容易製作 。而電解鍍錫法需采用專用鍍錫機 ,九十年代 ,上海電纜研究所研製的鍍錫機已獲得良好的應用 。
除鍍錫銅線以外 ,還有鍍錫銅包鋼線 ,銅包鋼線作為電子原器件的引接線 ,經鍍錫以後 ,提高了可焊性 。
鍍錫銅線已是一種較成熟的產品 ,但九十年代完善了專用生產工藝與設備 ,使生產更為順利 。而且由於市場的需要使產量增加 ,生產廠能獲得較好的經濟效益 。
⑹ 鍍銀銅線 鍍銀銅線僅用於特殊產品 ,例如航空工業用鍍銀銅電刷線 ,射頻電纜導電線芯 ,氟塑料絕緣耐高溫電線的線芯等 。因為銀比銅除具有更優良導電性和導熱性外 ,更具有優良的耐腐蝕性和在高溫下的抗氧化性 。
九十年代計算機更為普及 ,其插接線也使用經壓扁的鍍銀銅線 。國內已能正式生產 。
⑺ 鍍金銅線 作為現代電子儀器設備中需要特殊的引接線 ,鍍金銅線便是其中重要的一種 ,鍍金銅線線徑為0.02mm ,並進行漆包 。這是九十年代新開發的產品 。
⑻ 鍍鎳銅線 鍍銅線目前廣泛應用於高溫航空導線中 ,九十年代隨著高溫自控溫電纜開發 ,這種線也將使用於125℃以上自控溫電纜線芯中 。
4. 架空線
經過半個世紀的努力 ,全國35kV以上輸電線路已達60萬公裏 ,其中110kV和220kV線路27萬公裏 ,330kV和500kV線路2100公裏 ,線路建設規模和增長速度世界罕見 。
加強各大區聯網 ,正在建設的項目很多 ,500kV長距離線路及西北330kV主幹線路已接近1萬公裏 ,隨著長江三峽工程的起動 ,預計今後十年新增超高壓線路總量將會超出以往二十幾年所建總長的兩倍 。
我國發電裝機容量已超過26000GW列世界第二位 ,本世紀末將達到30000GW ,2020年達80000GW 。電網建設趕不上裝機容量的增長 ,電源效益得不到充分發揮 ,也影響到國民經濟持續發展和人民生活的提高 ,因此電網建設將是電力建設中的重中之重 。近年對城市電網和農村電網改造為線路建設帶來了難得的大好時機 。不單產量增加 ,新品種也得到充分應用 。
⑴ 大截麵導線 長江三峽送往華東第一回直流輸電工程 ,輸送容量為300萬千瓦 ,電壓等級±500kV, 全線路徑長890公裏 ,將采用LGJ-720/50的鋼芯鋁絞線或相對應的鋁包鋼芯鋁絞線 ,結構45/4.53的電工級鋁線 ,成盤供貨 ,單根長度為2500米 。這種大容量 、大截麵 、大長度導線為架空線生產前所未有,現在組織攻關中 。
大截麵導線的製造應有一整套配套措施 ,生產電工鋁線的技術 ,特別對於大直徑鋁線更應從嚴把好質量關 ;連鑄連軋和拉線技術 ;此外還應擁有630型54盤的大型絞線機和相應的絞線技術 ,才有可能完成大截麵導線的製造 。在九十年代末期 ,能為長江三峽輸電工程大批量的提供大容量 、大截麵導線 ,使我國架空線製造水平和製造能力提高到一個嶄新的水平 。
⑵ 大跨越導線 我國水能和煤炭資源多集中於西部和北部人口稀少 、經濟發展較緩慢地區 ,而東部 、南部沿海地區 ,人口密集 、經濟發展迅速 ,電力需求量大 ,能源資源缺乏 ,因此大容量 、遠距離的西電東送和北電南送勢在必行 。在遠距離的送電中線路要跨越江湖峽穀 ,需要大跨越導線 。
長江三峽送電工程就跨越漢江和長江 ,需要千米級大跨越導線和特大跨越電纜 ,這些跨越導線研製成功為送電線製造跨上一個新台階 。我國大跨越導線已用得不少 ,跨越長江的南京大跨越 、蕪湖大跨越 、鎮江大跨越等部分導線采用國產 、部分導線采用進口的 ,經多年的運行都能滿足要求 ,安全可靠。現在我國導線製造水平已進一步提高 ,能生產符合IEC標準的電工鋁線 ,高強度鋁合金線 、鋁包鋼線和特高強度鋼線 ,它為大跨越導線製造提供了必要的條件 。
漢江大跨越 ,跨越檔距1200m ,屬千米級大跨越 ,采用全鋁包鋼絞線 。鋁包鋼線用導電率為40%IACS的線種 ,製造仍有較大的難度 ,在攻關中 。
長江東西梁山大跨越導線將采用特高強度鍍鋅鋼芯高強度鋁合金絞線 。大長度導線成盤供應 。特高強度鍍鋅鋼線和高強度鋁合金線其技術指標均很高 ,代表著當前國際先進水平 。長江東西梁山大跨越線路建設將顯示我國超高壓輸電線路的建設水平 ,將又一項攀登世界之最 ,在這九十年代末年 ,世紀之交時完成這一重要創舉 ,將為我國輸電線路的製造和建設 ,譜寫一幅嶄新的編章 ,也為今後我國西電東送 、北電南送 、特高電壓輸電線路建奠定了基礎。現在正組織科技人員在攻關中 。
長江鎮江大跨越 ,是當前世界最大的大跨越線路工程 ,跨越檔距2303m ,跨越塔高350m ,是世界上最高的輸電塔 。與之相關的導線選型 ,力學特性研究防振動 、防舞動措施 ,以及在塔上架設OPGW都是十分重要 ,是世界矚目的輸電線路項目 。
⑶ 擴徑導線 由於500kV線路建設日增 ,變電站需要有更多的擴徑導線規格品種可供選用 ,為此於九十年代初期設計研製了新型軟母線係列 ,共有4個規格 ,截麵積分別為630、800 、1000、1250mm2 ,軟母線外徑擴大至按500kV雙分裂雨天不出現電暈設計 。新型軟母線不采用金屬軟管支撐 ,使其強度高 、耐腐蝕 、使用壽命長 ,便於質量控製 ,並能提高T型接頭的連接質量 ,保證安全運行 。電站用軟母線還可以用耐熱鋁合金製造 ,以增大載流量 ,在安徽繁昌變電站的1440mm2耐熱鋁合金絞線 ,就開辟了一個新的品種 。
⑷ 自阻尼導線 在架空電纜路中導線因微風振動破壞是其主要失效的形式 ,自阻尼導線是一種能自行吸收能量的新型導線 ,使導線的振動降至安全水平 ,且可以提高架線張力 ,簡化防振措施 。1988年開發後 ,架設於廣西大化水電站至馬山縣那落嶺的110kV線路 ,經九十年代長期運行 ,進行觀察 ,情況良好 ,安全可靠 。
⑸ 耐蝕防振導線 架空線的另一失效的形式是因腐蝕而破壞 ,特別是鋼芯腐蝕破壞。耐蝕防振導線是采用一個無縫鋁管擠在鋼芯外 ,鋼芯外徑和鋁管內徑中有間隙 ,它既起到完全保護鋼線不鏽蝕 ,又起到防振作用 ,使架空導線二種失效的主要原因給予解決 。這一新型線種已在九十年代獲得國家專利 。
⑹ 低弧垂導線 這是一種鋼芯軟鋁絞線型的低弧垂導線 。加在導線上的力通過特殊方式由鋼芯承擔一部分 ,使運行以後弧垂量不會明顯增加 ,蠕變量也很小 。架線施工和運行還需進一步完善 。八十年代末期開發至九十年代初期完成的 。
⑺ 擴容導線 由於工農業發展 ,電力需要量增加 ,為擴大輸電係統 ,國家對城市電網和農村投入巨資進行改造 ,對於輸電線路除建設新的線路以外 ,希望在原有線路上僅僅更換導線而不改變原有線路和杆塔情況下 ,增加輸送50%的電能 ,即輸送原有線路150%的能量 ,這種新型導線就是擴容導線 。
擴容導線仍以高強度鍍鋅鋼線作內芯線 ,起承力作用 ;外擠一個軟鋁管 ,或用拱型線絞成的軟鋁管 ,管外絞上經熱處理後的鋁線 。用特殊的方法使鋁導體的應力移至鋼中 。導線載流通電後 ,盡管溫度升高也不影響導線的強度 ,而弧垂量卻很小 ,可以利用原有杆塔 ,輸送原有150%的電能 ,達到擴容目的 。
此項技術自城市電網和農村電網改造起動之後著手研製的 ,已全部通過了試驗研究階段 ,現在正組織工廠化生產和在線路中實際使用 。
⑻ 鋁合金絞線與鋼芯鋁合金絞線 按IEC 61089的規定 ,鋁合金導線有二個型號 :A2和A3 ,它們分別代表著不同的導電率和強度,以電阻率表示如下 :
A2 32.530nΩ·m(對應於53%IACS)
A3 32.840nΩ·m(對應於52.5%IACS)
鋁合金線可以單獨製成絞線使用 ,也可以利用鍍鋅鋼線作加強芯 ,組成鋼芯鋁合金絞線 ,也可以作加強芯與鋁線絞合在一起 ,組成鋁合金芯鋁絞線 。這種不同的組合用於各不同的用途 ,可以自由選用 。
A2的鋁合金絞線 ,規格號由16~1250(其相對截麵18.4~1439mm2) ;A3的鋁合金絞線 ,規格號由16~1120(其相對截麵為18.6~1301mm2) 。鋁合金絞線是使用頻率最高的的一種形式 。九十年代中期 ,我國出口至印度的鋁合金絞線共4500噸 ,均為全鋁合金絞線 。
⑼ 鋁包鋼絞線及鋁包鋼芯鋁絞線 在電力係統中 ,鋁包鋼絞線作為地線已被接受並被推廣使用 ,在重要工程中也不例外 。長江三峽輸電線路就選用AS-80(即80 mm2的鋁包鋼絞線作地線 ,漢江大跨越的地線為AS-185 ,長江大跨越地線為AS-250 。在輸電線則大力采用鋁包鋼芯鋁絞線代替鋼芯鋁絞線 ,江蘇電網中的500kV線路便推廣采用鋁包鋼芯鋁絞線 ,獲得良好結果 。
在電氣化鐵道中 ,載流承力索和不載流承力索廣泛采用鋁包鋼絞線 ,已形成為一個定型的產品 。
由於鋁包鋼線具有的特性 ,強度高 、耐腐蝕 、載流量大等優點 ,在IEC 61089標準中已被正式列入 ,包括鋁包鋼絞線 、鋁包鋼芯鋁絞線和鋁包鋼芯鋁合金絞線 。我國最近編製的國標“圓線同心絞架空導線”也同樣把鋁包鋼線及其係列產品列入標準中 。
⑽ 光纖複合架空地線(OPGW) 高效的電力輸配係統需要有一個通訊網絡 ,這個通訊網絡便於有效保護信號傳輸 、控製數據的傳輸 、遠距離測量 、通話等 。用光纖複合架空地線比過去的載波 、電話電纜係統和微波係統更可靠 ,而且容量大 、不串音 、不受幹擾及環境影響 。
光纖複合架空地線 ,因光纖受到金屬線和管的良好保護 ,可以形成可靠的最佳結構 。這種地線可以設計成與現有地線相匹配 ,安裝於鐵塔上不會增加負荷 ,而且可以保持現有的間距。光纖複合架空地線取代現有的地線 ,相對來說 ,價格較高 ,然而架設完畢 ,通訊線路開通後 ,增加投資超出的費用 ,將會很快獲得補償 ,並將得到更高的回報 。在電力係統中建立一個高效的通訊網絡時 ,光纖複合架空地線將被首選推薦使用 。
七十年代末期 ,英國 、日本等先進的工業化國家把光纖複合架空地線在電力係統中使用 ,由於它優良的特性逐年增加 ,發展十分迅速 。在日本 ,半數的高壓輸電線路已架設了光纖複合架空地線 ,全世界迄今已使用數十萬公裏 。
上海電纜研究所在八十年代中期率先在國內開展光纖複合架空地線的研製工作 ,一九八八年架設第一條運行線路 ,迄今已超過十年 。隨著技術進步 ,在九十年代生產OPGW的主要關鍵技術都有突破性的進展 ,包括采用高強度單模光纖 ,無縫鋁管的連續擠壓技術 ,高強度 、高模量的鋁包鋼線生產 ,使OPGW的製造技術躍進一個新的台階 。當關鍵技術解決後 ,對世界上先進國家的OPGW進行剖析和仿製 ,攝取各家公司產品優點 ,形成自己獨特的結構 ,並針對各電壓等級 、不同的容量 ,推出一個係列 ,在國內推廣使用 ,現已在110kV 、220kV和500kV的十幾個工程 ,包括220kV的上海浦東國際機場 、500kV上海石洞口電廠使用 ,均獲得滿意的結果 。並將向國外出口 。上海電纜研究所是我國目前唯一的國產生產單位 ,能進行從設計 、產品製造 、金具與附件 、線路施工 、開通運行等一係列服務的單位 。
世界上大約有二十幾家公司能製造OPGW ,但是各家公司有自己的技術規範而世界上沒有統一的標準 ,為此 ,九十年代開始 ,國際電工委員會第七技術委員會第八工作組(即IEC TC7 WG8)製訂光纖複合架空地線的性能要求和試驗方法標準 。上海電纜研究所作為中國代表以通訊成員的身份參加該組的工作 ,參予製訂IEC 1396“光纖複合架空地線的電氣 、機械和物理性能要求與試驗方法”標準 。在此基礎上 ,又製訂了中國機械行業標準“光纖複合架空地線” ,以規範OPGW產品及其性能 。上海電纜研究所已按IEC 1396所規定的各種試驗方法 ,在研究所內建立起目前我國唯一能測試OPGW全性能的綜合試驗室 ,對的質量監視 ,提供了有力的保證 。
我國於1985年葛洲壩電廠引進英國BICC公司生產的2km OPGW以來,其OPGW的用量逐年增加 ,截至1998年已架設1000km以上 。監於OPGW具有的種種優點 ,國家電網公司決定對新建的500kV線路將全部架設OPGW ,各省地方電網也都大力推廣應用 ,預計在今後五年內 ,每年都將有3000~4000km的OPGW需要架設 ,而且今後還會逐年遞增 。當二十一世紀信息社會到來時 ,它將會起著更加積極的作用 。
三 、未來十年的展望
1. 結合重點工程建設 ,開發新產品 ,滿足工程需要
長江三峽工程 、南水北調工程和高速電氣化鐵路是我國跨世紀的三項重點項目 ,應該結合重點工程 ,開發新產品 ,滿足工程需要 。
⑴ 長江三峽工程 長江三峽工程中的輸電工程 ,將是三峽工程中重中之重 ,500kV線路交直流混合送電 ,全長9100km ,是一項極為重大的工程 。由三峽向華東送電的三峽至常州±500kV直流送電工程已經起動 ,對於輸電線來說 ,應該滿足線路的需求 ,將包括主幹線路用的大截麵 、大容量鋼芯鋁絞線 、鋁包鋼芯鋁絞線;也包括跨漢江的千米級大跨越 ,它將是全鋁包鋼絞線 ,長江大跨越則是世界矚目的 ,它的跨距和塔高將是世界之最 ,特高強度鍍鋅鋼線和特高強度鋁合金線絞成的導線 ,標誌著我國導線的製造水平 ;這二個大跨越的地線 ,均采用鋁包鋼絞線 ,拉力單重比超過18km 。這些導線技術要求都很高 ,線種又多 ,所以應積極配合工程建設 ,當工程建成時 ,導地線的製造水平將躍上一個新的台階 。
⑵ 高速電氣化鐵路 主要配合工程 ,提供接觸網用接觸線(電車線) 。按京滬高速列車速度 ,目前我國能生產的接觸線 ,純銅 、銅合金 、鋼鋁線的性能指標都不能達到要求 ,需重新進行開發 。法國在時速300~350公裏的接觸網中采用錫銅-120接觸線 ;德國在時速360公裏的接觸網中使用鎂銅-120接觸線 ;日本在時速300公裏的接觸網中使用GT-CSD-110銅包鋼接觸線 。這幾種接觸線對於京滬高速列車接觸網都可能被采用接觸線 ,應結合工程起動研製 。
2. 為信息社會提供優質產品
二十一世紀將是一個信息的社會,未來應為信息社會提供優質產品 。最主要的產品有 :
⑴ 光纖複合架空地線(OPGW) 由於光纖複合架空地線具有的特點 ,當它被架設在杆塔以後 ,既是避雷用的地線又是通信通道 ,二者兼備 ,因此受人們青睞 ,發展神速 。我國在原有基礎上也將大量采用 。對於新建的500kV線路 ,其地線一律采用OPGW ,而220kV和110kV線路 ,在可能的條件下也將使用 ,今後五年內每年至少需要3000~4000公裏OPGW 。在我國已架設的OPGW線路中 ,除了上海電纜研究所提供的部分產品以外 ,大都由國外進口 。我國擁有生產光纜的良好設備 ,又引進製造地線的英國BWE公司的Conform機,上海電纜研究所又掌握OPGW從設計 、製造 、金具與附件 、架設施工 、線路開通等技術 ,無疑建立一個年產2000公裏OPGW的工廠是合適的 ,將為社會提供優質的OPGW產品 。
⑵ 銅包鋼線與銅包鋁線 作為同軸電纜內芯線(內導體)的銅包鋁線與銅包鋼線 ,要有專門的生產廠家提供優質產品 。目前我國生產銅包鋼線的廠家不少 ,大多是采用電鍍法 ,對要求導電率為30%IACS或40%IACS的產品 ,往往製造有困難 ,而浸塗法 、引塗法、鑄軋法的產品 ,由於各種具體原因而在市場上難以見到其優質產品 ;銅包鋁線也局限於電鍍法 。
近年出現的由國內單位自行開發用焊接包覆法製造銅包鋼和銅包鋁是一個很好的方法 ,相對於國外先進設備而言 ,國產開發的設備還應加大力度在工藝和設備中以改進提高 ,使之能生產優質產品 。
3. 開發新一代的優質導體材料
⑴ 銅導體 在九十年代 ,我國已經開始用低品位銅生產優質銅杆的試驗工作 ,包括采用稀土優化處理方法 ,改善銅材質量 ,現此項工作已初露端倪 ,應投入力量 ,加強研究 ,期望獲得新的突破 ,逐步用於實踐中 。
用橄欖爐熔銅 ,連鑄連軋生產銅杆 ,可用適當的廢銅或較低品位的銅 ,造出優質銅杆,盡管此法國外已有報導 ,然而變成現實仍有很大距離 ,應加強研製 。
如果上述二項能獲得實質性進展 ,並在實際中應用的話 ,那對銅導體加工將是一個很大的進步 。
⑵ 鋁導體
① 進一步提高鋁導體的導電性能 ,通過加入適當的合金元素 ,將鋁的導電率從61%IACS提高到63%IACS 。這在理論上是可行的 ,主要是如何尋找合金元素和工藝手段 ,然後進入實用化階段 。這項研究工作成功,將為輸電網提供性能優良的鋁導體 ,改善電網輸電質量 ,其結果使國民經濟受益匪淺 。
② 大力采用高強度鋁合金用於輸電線路建設 ,降低線路造價 ,提高線路輸電水平 。十年內 ,把現在國內年使用1000~2000噸 ,提高到年用量3~4萬噸 ,即約占當年架空線使用量的8%左右時 ,再建5~6個年產5000噸鋁合金工廠是完全應該的 。其次 ,還將大力推廣應用耐熱鋁合金 ,使應用鋁合金的水平接近先進國家 。
4. 貫徹產品質量第一 ,工程安全可靠
⑴ 執行ISO 9000 電線電纜行業要大力推行ISO 9000標準的貫徹 ,要打好質量的翻身仗 。裸電線作為電線電纜產品的頭道工序,更應抓緊質量關 ,否則將災及各種產品 。對於像架空線這樣純屬裸電線的產品 ,由於關係到輸電網 ,特別是500kV這樣重要線路更是要抓好每一個環節 ,把好質量關 。
⑵ 貫徹執行國家標準 、國際標準與行業標準 像架空線應執行國標“圓線同心絞架空導線”,這也是IEC 610889 ;執行IEC 1232“電工用鋁包鋼線” , IEC 1396“光纖複合架空地線的電氣 、機械和物理性能要求和試驗方法”。以及它們相對應的國家標準和行業標準 ,貫徹所有有關的國際 、國家和行業標準 。對於那些不注重產品質量 、不執行標準的企業 ,應通過行業協會 、國家技術監督局給予製裁 ,不準其產品在市場上銷售 。
⑶ 健全行業重點試驗室 結合長江三峽工程需要 ,改進完善架空線試驗室 ,使之能夠滿足三峽工程送電工程用導地線(包括光纖複合架空地線)的性能測試要求 ;更新六十年代設備 ,完善拉力機的智能化 ,增加導線蠕變試驗機 、導線振動試驗機 、大電流試驗裝置 、過滑車試驗裝置等 。
參 考 資 料
1. 意大利Properzi連鑄連軋機技術資料
2. 美國South wire連鑄連軋機技術資料
3. 德國Krupp/Hazelett連鑄連軋機技術資料
4. 上海電纜研究所 上引法機組技術資料
5. 張強 鐵道機車車輛 1999(4) 中 、高速電氣化鐵路接觸線的選擇
6. 楊衛賢 電線電纜 1999(4) 銀銅接觸線的性能試驗及比較
7. 黃崇祺等 1999年輸電電氣學會論文 架空導線的發展及其對材料的影響
8. 黃豪士等 1999年輸電電氣學會論文 在架空線路上使用鋁合金導線的技術經濟性能
9. D.J.Hawkes英國BWE公司技術資料 1993年11月 鋁包鋼線的生產
10. 麻銀謙 電線電纜 1999(4) 新型電視電纜 物理發泡同軸電纜的綜述
11. 龔建華 電線電纜 1995(4) 雙金屬在CATV電視內導體中的應用
12. 電子部23研究所編 美國室內外通信用光電纜市場預測(1998~2003年) 、(書)
13. 戴雅康等 電線電纜 1997(5) 包覆焊接法生產的銅包鋁線的質量和性能
14. 華東電力設計院 中南電力設計院 1999年6月 三峽至常州±500kV直流輸電工程工程概況 技術資料
15. 蔣冶鑫 1999年輸電電氣學會論文 5%鋁鋅稀土鍍層鋼絲應用前景廣闊是新一代鍍層鋼絲
16. 黃豪士等 1991年輸電電氣學會論文 鋼芯軟鋁絞線型的低弧垂導線
17. IEC 1396 光纖複合架空地線的電氣 、機械和物理性能要求和試驗方法
18. 黃豪士等 1999年輸電電氣學會論文 國產光纖複合架空地線及其在電力係統中的應用
19. 劉士璋等 上海電纜研究所論文 1992年11月 500kV變電所用的新型軟母線
20. 黃豪士等 上海電纜研究所論文 1992年11月 高壓與超高壓輸電線路用自阻尼導線
21. 將烈光等 1999年輸電電氣學會論文 鋁合金導線的應用特性
22. 黃豪士 1999年輸電電氣學會論文 新型擴容導線
23. 季世澤等 1999年輸電電氣學會論文 圓線同心絞架空導線新標準介紹
24. 張誌昌 線纜商情1999 電磁線市場的需求分析
25. 黃誌明 1999年輸電電氣學會論文 麵向21世紀我國輸電線路專業技術發展前景的展望
26. 上海電纜研究所 1995年11月 電線電纜產品發展規劃研究 “九五”計劃及二〇一〇年預測