特种导线的技术发展及应用

1. 特种导线的技术发展及应用 • 上 海 中 天 铝 线 有 限 公 司 总工程师 尤伟任 联系电话：021-64428269 移动电话：13901974705 电子邮件：youwr@chinaztt.com

2. 概况 • 公司简介 • 国内外导线市场现状 • 特种导线的市场应用背景 • 增加、提高输电线路容量方法 • 耐热导线特点及发展过程 • 特 种导线的使用条件选择 • 使用特种导线后的有关问题 • 特种导线的应用、市场前景及展望

3. 公司简介 ◆中天科技2002年10月在上海证交所上市。股票代码：600522。 目前，中天科技集团拥有15个子公司、6个事业部、1129名员工，固定资产近20亿人民币。 ☆如东工业园 ◆中天光缆 ◆中天日立 ◆江东通信 ◆中天铝包钢 ◆中天丝绸公司 ◆中天黄海大酒店 ☆上海事业总部 上海市徐家汇路550号宝鼎大厦26楼 ☆南通研发中心 ◆中天日立射频电缆 ◆中天科技海缆 ◆中天电力线缆 ◆中天科技光纤 ◆中天置业 ◆中天投资 ◆中天精密材料 ☆上海莘庄工业区 ◆上海中天铝线

4. 公司简介 ◆通信产品 软缆系列 SOFC 光纤带光缆 微缆系统技术 射频电缆 光纤 中天主营的光纤通信产品囊括了当今世界最先进的光电缆品种。

5. 公司简介 ◆电力产品 特种导线系列 铝包钢线系列 电力金具 ADSS OPGW 中天电力线缆产品成为企业核心业务。

6. 公司简介 上海中天铝线有限公司

7. ◆上海中天铝线有限公司系中天科技收购上海铝线厂注册于上海莘庄工业区的控股子公司。◆上海中天铝线有限公司系中天科技收购上海铝线厂注册于上海莘庄工业区的控股子公司。 公司简介

8. 公司简介 上海中天铝线（上海铝线厂） • 上海铝线厂始建于1939年8月；1965年开始生产钢芯铝绞线；1984年生产500kV线路用钢芯铝绞线；是国家电力部门定点生产超高压输电线路用钢芯铝绞线、稀土钢芯铝绞线专业生产厂； • 上海铝线厂莘庄（生产特种导线）建于1998年底，1999年进行设备安装，2000年投入试生产； 2001年5月铝合金产品通过了两部鉴定 • 上海铝线厂是国家三峡工程用导线试制单位之一（试制产品包括720/50钢芯铝绞线，720/50铝包钢芯铝绞线，芜湖长江大跨越用450/200超高强度钢芯高强度铝合金导线）；2001年9月全国第一根三峡用720/50大截面导线在上海铝线厂莘庄成功生产，并且在国内十几家生产厂家中第一家挂网。上海铝线厂由于试制三峡工程用导线（720/50钢芯铝绞线，720/50铝包钢芯铝绞线，芜湖长江大跨越用450/200，超高强度钢芯高强度铝合金导线）在2002年度被国家机械委和上海市科委评为技术进步三等奖； • 到2002年底上海铝线厂已生产500KV导线近10万吨；上海铝线厂的导线生产量在1996-2000年度列全国前二位； • 上海铝线厂莘庄的技术装备和工艺流程在2001年铝合金两部鉴定时被国家机械委和国家电力公司专家认可为国内目前最好的导线生产基地

9. 公司简介 上海中天铝线有限公司 • 上海中天铝线有限公司注册于上海莘庄工业区，地址上海市莘庄工业区春中路18号 • 上海中天铝线有限公司目前占地14211平方米 • 中天科技对上海中天铝线有限公司的总投资目前已达到9000万 • 上海中天铝线有限公司的年生产能力为20000吨特种导线 • 上海中天铝线有限公司的年销售额可达30000万/年以上.

10. “特种导线生产基地” 公司简介 产 品 定 位

11. 技术创新 中天新技术、新产品 • 2004年完善了LHA2的高强度铝合金绞线； • 2005年开发了60%IACS耐热铝合金（2005年通过了上海市科委和经委联合组织的专家鉴定，专家评语：达到国内先进水平）； • 2005年开发了高强度耐热铝合金绞线（专家评语：填补国内空白） • 2006年开发了大截面720/90铝包钢芯高强度铝合金绞线（2006年通过了上海市科委和经委联合组织的专家鉴定，专家评语：达到国内领先水平）； • 2006年开发了变电站用国内最大规格、最大截面1440/120耐热铝合金母线。

12. 国内外导线市场现状 • 随着国民经济的快速发展,用电需求大增，我国的电力建设已经进入一个高峰期，根据“西电东送、南北互供、全国联网”的战略部署，近几年我国电力工业有了突飞猛进的进步。 • 我国的架空导线的需求是非常之大，目前我国的导线需求量约为120万吨/年，每年还在不断的加大增量； • 在我国的电力输送用线中，主要还是普通的钢芯铝绞线。而特种导线目前仅占不到５%。主要是作为增容改造，大跨越、重冰区、ＯＰＧＷ用线。每年应用量仅达数万吨。 • 目前欧美国家（法国为代表）的高强度铝合金应用已占其导线总量的70%以上，日本等国家的耐热铝合金应用已占其导线总量的80%以上。 • 另外印度、巴基斯坦、孟加拉等第三世界国家由于其电力线路建设一般为世界银行贷款项目，由欧美设计院为其设计，为此其电力线路用的一般也为特种导线（铝合金）。

13. 扩容（耐热）导线的市场应用背景 • 当前国内线路走廊资源日趋紧缺(尤其是工业发达地区),如何有效合理的利用走廊资源成为一大课题 • 目前电力运行高可靠性和安全性已经提到非常高的程度,尤其是对故障条件(N-1)的使用,提出了很高的要求 • 电网的大容量,高负荷及城市电网的大负荷差对电力线路的建设提出了很高的要求 • 国内老线路由于建设时间较长（30年以上），已经无法满足工农业发展的需求，尤其是不能满足“迎峰渡夏”等特殊条件的要求

14. 扩容（耐热）导线的市场应用背景 • 国网公司05-06年发文要求各大电力设计院及电力公司在现有的线路上提高输电容量，合理的应用耐热铝合金导线作为输电线路用线。 • 2006年中国电线电缆行业大会上有关中国电线电缆行业“十一五”发展规划建议中已经将普通耐热铝合金导线作为应用发展产品，将殷钢（铝包殷钢）超耐热铝合金导线、碳纤维复合芯导线作为研究发展产品

15. 扩容（耐热）导线的市场应用背景 • 由于走廊的紧张及国内环保节能的需要,电力部门提出要用新型的导线来满足电力发展的需求; • 基于投资成本和投资时间的约束。电力建设、运营部门要求在线路改造时,不改变走廊，不动铁塔的情况下增加一定的输电容量（30%-50%）； • 由于目前各地电力设计部门工作量非常大,故要求生产的导线产品既要增加容量，又不增加其损耗，与原有的电力设计应用规程也不要作太大的修改,以方便使用;

16. 增加、提高输电线路容量方法 • 研究原有规程，进行实时监测，合理的提高导线的温升条件，提高导线的输送容量 • 提高输电电压（超高压、特高压） • 增加导线的截面，提高输送容量 • 提高输电电流，在电压一定的前提下，提高输电电流密度(即提高导线单位面积的输电能力)

17. 特种导线特点及发展过程

18. 特种导线的特点及发展过程 架空导线的基础组合 • 导 电 基 体 • 加 强 芯

19. 特种导线的特点及发展过程 特种导线 • 特种导线就是在输电过程中，普通的导线不能完成的输电工程，通过改变导线的基础组合中不同部分，达到完成输电任务的可能的导线.

20. 特种导线的特点和发展 特种导线品种 • 铝包钢芯铝（铝合金）绞线 • 60%IACS耐热合金绞线(58%IACS耐热合金绞线) • LHA1型高强度铝合金绞线、LHA2型高强度铝合金绞线 • 高强度耐热铝合金绞线 • 殷钢或铝包殷钢超耐热铝合金绞线 • 合成纤维芯高导电率铝绞线 • 钢芯高导电率铝绞线 • 中强度铝合金绞线（1120、AL-57、AL-59） • 钢芯软铝绞线（梯形、扇形） • 扩径导线 • 间隙型导线

21. 国内应用的扩容(耐热)特种导线 • 普通耐热铝合金绞线 • 殷钢（铝包殷钢）超耐热铝合金绞线 • 碳纤维复合芯绞线

22. 国内应用的的高强度特种导线 LHA1型高强度铝合金绞线 LHA2型高强度铝合金绞线

23. 特种导线的特点及发展过程 中天目前主要生产及推广的特种导线 • 铝包钢芯(钢芯)耐热铝合金绞线系列 • 高强度铝合金绞线系列 • 铝包钢芯铝（铝合金）绞线系列

24. 高强度铝合金导线的发展过程 • 国外从1921年生产了高强度铝合金； • 国内从1958～1965年开始试制高强度铝合金，到1982年试制成功高强度铝合金。并开始试生产。 • 1994年国内高强度铝合金导线开始大量出口。 • 2000年上海铝线厂开发了高强度铝合金导线，并在2001年通过两部鉴定成为国内主要可生产铝合金导线的厂家之一。 • 国内从九十年代开始研制高强度耐热铝合金，目前已经通过技术鉴定；

25. 扩容（耐热）铝合金导线的发展过程 • 耐热铝合金导线在国外应用已有30年多年历史，中国也已历经20余年，现国内已能生产多种牌号的产品，并已形成专业化的生产工厂 • 国内从1980年开始试制58%普通耐热铝合金，到1984年试制成功并开始试生产 • 国内从九十年代开始试制60%耐热铝合金，到2002年试制成功并开始试生产 • 国内从九十年代开始研制高强度耐热铝合金，目前已经完成技术鉴定 • 国内近几年开始研制殷钢（铝包殷钢）超耐热铝合金导线,目前已试制成功 • 国外在2004年开始应用碳纤维复合芯导线，国内从2005年已经开始与国外合作生产应用碳纤维复合芯导线

26. 高强度铝合金导线的综合特点 • 强度大、重量轻，拉力单重比大；电工铝单线抗 拉强度为160-175Mpa，而高强度Al-Mg-Si合 金圆单线的抗拉强度为295-325MPa。 • 耐腐蚀；铝合金具有很强的 耐腐性，尤其是全 铝合金的 使用，使线路使用寿命增加。 • 抗蠕变性能好； • 架设后弧垂变化小。

27. 高强度铝合金导线的主要用途 • 高强度铝合金由于其特定的强度优势 一般使用为新建线路，用于大跨越、重冰区等特定场合； • 亦可用于城市线路改造； • 结合铝包钢芯的使用可充分发挥其强 度高和耐腐蚀的综合优势

28. 特种导线的应用 耐热铝合金导线的综合特点 • 导电性能好 • 耐温高 • 输电能力强

29. 特种导线的特点及发展过程 耐热铝合金导线特点 • 合金基体的耐热可达150℃（普通导线为90℃），强度残存率≥90%.导电率可达60%IACS，其强度、伸率、弹性摸量、线膨胀系数等与普通导线基本相同，主要是通过铝基体的合金化达到导线的扩容目的 • 应用的加强芯部分与普通铝导线没有区别。即用钢芯（铝包钢芯）。其强度为1290-1770Mpa（铝包钢芯强度为1340-1590Mpa），线膨胀系数为11.5*10-6，弹性摸量为190000M pa.密度为7.78g/cm3，（铝包钢芯密度为7.14g/cm3-6.59g/cm3）

30. 耐热铝合金导线的主要用途 • 新建线路用线(发展方向) • 城市市区改造线路用线,在不改变铁塔、不增加线路走廊的情况下，可增容约50%以上(目前国内频繁应用) • 变电站用大截面母线(1440平方)

31. 特种导线的特点及发展过程 高强度耐热铝合金导线特点 • 在跨江、跨河等特殊地区用线时由于跨度大或要求强度高，要达到即要耐热、又要强度高，普通耐热铝合金导线就不能达到要求。高强度耐热铝合金线的发展改变了这种状态，即导线在高温状态仍然可保持良好的高强度，并且导线发热后大于90%强度残存率值使其达到高耐热性（耐热150℃ ）。 • 国外常用的高强度耐热铝合金的指标为：耐热150℃、强度为215-255MP、导电率为55%IACS。 • 我国在三峡用大跨越（跨长江、黄河）导线系列中，提出了国内大跨越（跨长江、黄河）导线系列的结构为640/290、580/260、540/240。其技术指标为：耐热150℃、强度为265MP、导电率为52.5%IACS。

32. 图示：超耐热铝合金导线 特种导线的特点及发展过程 超耐热铝合金导线特点 • 目前在日本等国家应用的超耐热铝合金(即倍容量导线)，技术含量较高。其导线的加强芯为殷钢（铝包殷钢），导电基体为耐热铝合金。由于殷钢（铝包殷钢）的线膨胀系数是普通钢丝的1/3—1/4，因此该种导线的工作温度非常之高，其耐热等级可达200度以上，其输电容量可达普通导线的200%（2倍）。

33. 合金名称 导电率（%IACS） 抗拉强度 （常温下） MPa 强度 残存率 % 工作温度 ℃ Al-Mg-Si系高强度 铝 合金 53.0 295 90 Al-Mg-Fe系高强度 铝合金 58.0 235 90 60%IACS耐热 铝合金 60.0 160~175 >90.0 150 58%IACS耐热 铝合金 58.0 160~175 >90.0 150 高强度耐热铝合金1 55.0 215~255 >90.0 150 高强度耐热铝合金2 52.5 ≥265 >90.0 150 超耐热铝合金 60.0 ≥160~175 >90.0 210-230 特种导线的特点及发展过程 • 几种铝合金的常温和耐热性能

34. 特种导线的特点及发展过程 铝包钢绞线特点 • 机械性能好： • 导电性能强： • 耐腐蚀能力强：

35. 特种导线的特点及发展过程 ◆比较优势之一--重量轻、强度高

36. 特种导线的特点及发展过程 ◆产品优势之二--导电率高

37. 特种导线的特点及发展过程 ◆比较优势之三--耐腐蚀能力强 g/h.m²

38. 型号 名称 电阻 导电率% 强度 LY9 硬铝线 0.028264 61% 160-175 LHA2 高强度铝合金线 0.032530 53 295 LHA1 高强度铝合金线 0.032840 52.5% 315-325 G1AG1B 普通强度钢线 0.19157 9% 1310/1138 G2AG2B 高强度钢线 0.19157 9% 1410/1280 G3A 特高强度钢线 0.19157 9% 1520/1400 NRLH58% 58%耐热铝合金 0.029726 58% 160-175 NRLH60% 60%耐热铝合金 0.028735 60% 160-175 GQNRLH 高强度耐热铝合金 0.031347 55% 215-255 LB1A、LB1B 铝包钢 0.08480 20% 1070-1340 LB2 铝包钢 0.06386 27% 1080 LB3 铝包钢 0.05747 30% 880 LB4 铝包钢 0.04310 40% 680 特种导线的特点及发展过程 产品及有关基本技术数据

39. 特种导线的使用条件选择

40. 特种导线的使用条件选择 大跨越线路 由于其特定的跨度要求，导线选用的原则是在尽量减少线损的条件下，使导线的强度提高。 • 一般选用钢芯(铝包钢芯)铝合金绞线，其中铝包钢芯选用 14%导电率或20%导电率，铝合金选用LHA2型（导电率53%，强度295MP）。在强度特殊要求的情况下可用EST钢绞线作为加强芯。 • 在输电容量不够的特定条件下亦可选用高强度钢芯（EST）或铝包钢芯为加强芯的高强度耐热铝合金绞线。 • 铝包钢绞线

41. 特种导线的使用条件选择 沿海地区用线 由于其特定海洋气候，导线选用的原则是防腐。为此可选用： ----全铝合金绞线， ----铝包钢芯铝合金绞线， ----铝包钢芯铝绞线， ----铝合金芯铝绞线。

42. 特种导线的使用条件选择 高电压等级的线路 • 一般用增加导线截面的方法予以解决。500KV一般选用400mm2以上的钢芯（铝包钢芯）铝绞线。上海目前大部分采用630/45铝包钢芯铝绞线，三峡输出目前选用720/50钢芯（铝包钢芯）铝绞线。 • 目前在国内750KV、1000KV等级的特高压线路已经启动，其采用的导线方式，一种为扩径导线，即增加导线外径，减少电磁干扰。另一种为增加导线分裂数（可达6分裂到8分裂）

43. 特种导线的使用条件选择 高山地区、重冰区用线 由于高山地区、重冰区的架线难度大，对导线的强度要求高。为此可选用: ------铝包钢绞线 ------钢芯(铝包钢芯) 铝合金绞线 ------全铝合金绞线 ------钢芯(铝包钢芯) 高强度耐热铝合金绞线

44. 特种导线的使用条件选择 高负荷地区改造用线 • 在我国，一般的大城市由于其导线的线路架设的较早（大部分已超过30年），为此现有的线路负荷非常重，急需进行改造，其改造的方法: • 将原有的架空线路入地，改用电缆来进行输电。 • 对原有的城市架空线路进行扩容改造。一般选用普通耐热铝合金并附以钢芯（铝包钢芯）作为加强芯。这样在不改变空中走廊的情况下，基本利用原有的铁塔，使线路容量增加50%。基本解决了市区用电负荷问题。而且大大减少线路投资（目前国内大部分城市采用此方法）。 • 采用超耐热铝合金绞线(倍容量导线)使线路容量增加100%

45. 使用耐热导线后的有关问题

46. 使用特种导线后的有关问题 线损问题 ：由于特定架线要求，选用耐热合金导线可能会涉及到线损问题。为此选用耐热导线的原则是尽量减少线损.对于普通耐热铝合金 1、普通耐热铝合金是以其特定的耐热性能，在不增加导体截面的情况下增加线路输送能量。为此，从电力输送的基本原理出发，在线路运行时的线损增加是一个不容忽视的事实，要充分考虑并与投资成本作综合分析。 2、在普通耐热铝合金的应用中，尽量以铝包钢作为加强芯，减少导线电阻； 3、在普通耐热铝合金的应用中，实际使用中的输电容量不会使导线的温升达到150℃（一般在120 ℃左右），在设计应用时要充分注意这一点；

47. 使用特种导线后的有关问题 弧垂问题：改造线路目的是要求不改变线路走廊，充分利用原有铁塔，增加输电容量.应用普通耐热铝合金时，由于其合金线的强度和线涨系数与普通铝线相同，在导线增加输电容量的情况下，必将增加导线的弧垂，在设计应用时要充分注意；目前采用的办法是： 1、在改造线路设计时,增加加强芯的强度，适当加大起始应力（14%铝包钢） 2、在新建线路设计时充分考虑铁塔的高度和强度以及线路交叉的影响； 3、最好的方法是改变加强芯的线涨系数（用殷钢或其他线涨系数小的材料代替）；

48. 型号 NRLH60/G1A NRLH60/LB20 NRLH60/LB14 JL /G1A LHA2/G3A 结构 400/50 400/50 400/50 400/50 400/50 直径mm 27.63 27.63 27.63 27.63 27.63 单位长度质量kg/km 1510.0 1448.6 1477.2 1510.0 1510.0 额定抗拉力kN 123.5 128.5 139.4 123.5 189.4 导线弹性模量Mpa 70500 67300 68200 70500 70000 导线热胀系数*10-6 19.44 20.24 19.85 19.44 19.62 直流电阻20℃Ω/km 0.0736 0.0704 0.0714 0.0724 0.0833 拉力单重比km 8.33 9.05 9.63 8.33 12.80 工作温度 150 150 150 90 90 使用特种导线后的有关问题 导线有关数据比较

49. 国 内 耐 热 导 线 的 应 用

50. 特种导线的应用 耐热铝合金导线的应用特点 • 提高输电容量 • 节约走廊资源 • 降低投资成本