锡盟－南京1 000 kV交流特高压工程用中强度全铝合金导线的研制

2012-03-26陆正荣

电线电缆 2012年5期

成祥，陆正荣，周锋

(远东电缆有限公司，江苏宜兴214257)

0 引言

随着全国电力的高速发展，对线路输电能力的要求越来越高。在国家提倡建设“资源节约型、环境友好型和新技术、新材料、新工艺”的“两型三新”电网建设方针的指导下，国内各大线缆厂家积极探索新型架空导线。2011年3月，国家电网公司中国电力科学院根据试点线路工程特点，制订下发了锡盟－南京1 000 kV交流特高压工程用中强度全铝合金绞线技术条件。该导线是一种全新型导线，整根导线全部采用中强度铝合金线同心绞合而成，铝合金单线同时起导电和承载抗拉力作用。该产品具有传输容量大、拉重比大、电阻损耗低、弧垂性能好、无磁滞损耗、过载性能好、工程造价低和施工方便等优点，可用于代替目前线路上所用的钢芯铝绞线。

本文结合我公司根据导线技术条件试制中强度铝合金绞线(以JLHA3－675－61为例)的过程，介绍该产品的结构设计、材料选用及工艺技术要求。

1 产品主要技术要求

1.1 导线技术要求

JLHA3－675－61导线的技术要求见表1，绞线的结构示意图见图1。

表1 JLHA3－675－61导线技术参数表

1.2 中强度铝合金单线技术要求

中强度铝合金单线的技术要求见表2。单线表面应光洁且不得有可能影响产品性能的所有缺陷，如裂纹、粗糙、划痕和夹杂等。成品绞线外层用中强度铝合金单线不允许有任何种类的接头。

图1 JLHA3－675－61结构示意图

表2 JLHA3－675－61导线铝合金单线(58.5%IACS)技术参数表

2 中强度铝合金单线和导线的开发

目前，该类中强度铝合金单钱和导线尚无IEC标准和国标。国内也无工程应用，这给试制工作带来一定难度。下面就该产品的开发关键技术分述如下。

2.1 铝合金配方的设计

根据对表2铝合金单线性能的分析，并结合以往生产高强度铝镁硅产品和电缆用8000系列铝合金导体的经验，初步设计了铝－镁、铝－镁－铜和非热处理铝－镁－硅型三种合金体系。经过几炉次的试制，我们发现根据以上配方体系制造铝合金单线，在满足导电率和抗拉强度时，伸长率仅为1.6% ～2.6%，达不到3%要求。经过大量研究和试验后，最终选用了热处理型铝－镁－硅合金体系配方。

2.2 产品试制关键技术

为了同时满足单线的抗拉强度、电阻率和伸长率要求，我们采取了调整合适的化学成分、彻底地去气除渣、连铸连轧工艺控制、恒温时效、恒张力绞线等工艺。

(1)合理的化学配方。由于镁、硅、铜等元素对铝合金线电阻率和抗拉强度影响非常大，通过多次试验和分析，同时对铝锭和中间合金锭快速熔化，采用直读光谱进行炉前分析和化学成分调整，将铝熔体中各元素含量控制为:硅 0.40% ～0.55%，镁0.30% ～0.55%，铜 0.02% ～0.04%，保证了 Mg2Si强化相均匀地分布在铝合金中。同时为了改善铝合金线的加工性能和电性能，我们添加了少量的铝钛硼进行晶粒细化处理。通过电磁搅拌均匀和去气除渣后，我们在保温炉内5点取样进行成分分析，将硅、镁、铜等化学成分含量的绝对误差控制在0.003%范围内。

(2)彻底去气除渣。为了避免铝合金杆和铝合金线中产生气孔、疏松和夹渣，我们采用粉状精炼剂精炼，经除气和除渣后，铝合金液再通过双级陶瓷过滤和在线双转子除氢，进一步将铝合金液彻底清洁干净，保证了合金熔体质量。

(3)连铸连轧工艺控制。由于铝合金熔液在浇铸时易产生晶枝偏析和区域偏析，造成不平衡结晶，因此控制熔液结晶时的过冷度非常重要。通过调整冷却水温、冷却方式和铸锭速度等，保证了铸锭冷却均匀，组织均匀。为了防止Mg2Si强化相因温度降低而过早析出，影响轧制效果和人工时效效果，我们在铸锭入轧前采用工频感应加热炉对铸锭进行在线均质化处理，使铸锭在入轧时Mg2Si强化相分布均匀，同时也部分地消除了偏析等缺陷。

(4)单线拉制和人工时效。此次中强度铝合金杆的拉线是在分电机非滑动式铝合金大拉丝机上进行的。该拉丝机采用多电机变频驱动，具有自动跟踪功能。通过合理配模，使铝合金线在拉丝过程变形均匀平稳，无扭转无滑动，保证了铝合金线的电气和机械性能。

为了使Mg2Si强化相析出，实现合金线高的机械性能和导电率，铝合金线必须通过人工恒温时效工艺。我公司铝合金线材时效炉全长60 m，线盘在时效温度下以固定速率在炉内向前移动(军工步进式)，这样铝合金线可以连续不断进出炉体进行时效处理。该时效炉具有七段温度控制系统，同时配组织观察，组织主要形态为纤维状的索氏体组织，如图3所示，这种组织具有良好的抗拉强度和塑性。