特高压用架空输电导线技术和应用介绍

1、特高压输电工程

进入2020年以来，新基建成为我国经济领域的新热点。主要包括七大领域：5G基建、特高压、城际高速铁路和城市轨道交通、新能源汽车充电桩、大数据中心、人工智能、工业互联网。

特高压定义是指电压等级在交流1000kV及以上、直流±800kV及以上的输电技术，具有输送容量大、传输距离远、运行效率高和输电损耗低等技术优势，目前是全世界最先进的输电技术。截至目前，我国有26条在运特高压线路（11条15直）、7条在建特高压线路（3交2直）以及5条待核准特高压线路（2交3直），如表1所示。

表1我国特高压输送线路汇总

2、架空输电导线发展历史与现状

架空输电线作为输电网建设的重要电工器材，其制造技术和产业发展与我国输电工程建设及国民经济发展密切相关。我国第一条架空输电线路于1936年为日本用其生产的导线在东北地区所建，至今已有80多年的历史。1958年由上海电缆研究所与上海电缆厂共同研制生产的铝绞线及钢芯铝绞线，为我国自行生产并用于输电工程建设的首批导线，开创了该领域我国架空导线的历史先河，至今已走过60多年的发展历程。

此后的发展主要可分为四个阶段。

第一阶段：以上世纪七十年代我国架空导线的第一个国家标准（即GB1179-1974）诞生为代表，标志着我国已经形成较为完整的架空输电线技术体系和产业规模。

第二阶段： 以上世纪八十年代GB1179-1983标准建立和稀土优化处理电工铝导体技术的成熟应用为代表，标志着我国架空导线行业制造水平与质量达到IEC标准要求水平。

第三阶段：在本世纪初开始，依托三峡输电工程以及“西电东送”工程的全面建设，经过制造行业通力协作，在大截面导线（以ACSR-720/50为代表）、铝合金及铝包钢绞线、大跨越导线、OPGW等技术研究与制造能力方面，提高到一个新水平，已经使我国架空输电线跻身于世界先进行列。

第四阶段：进入2010年前后至今，随着国民经济和输电网建设的进一步发展，大容量、远距离、特高压输电工程建设以及电网改造工程建设，极大地促进了更大截面导线（以1250/100为代表）以及特种架空输电线（以增容型导线、节能型导线以及耐环境型导线等为代表）的大量制造与应用，从输电线品种、规格、生产能力及应用总量等方面来衡量，我国已经位于世界前列。

特别是“自主创新、科技创新”和科学发展观的国家发展战略的实施以及国家电网公司实施的电网建设“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”战略，极大促进了特种架空输电线的研究、生产及工程应用。

3、架空输电技术发展与现状

3.1  电工铝导体

自上世纪六十年代起，我国架空导线用电工铝导体质量长期达不到IEC标准要求，硬铝线导电率长期处于59.5%IACS水平。在国家大力支持下，经过电缆行业企业及广大科技工作者的不懈努力，特别是上海电缆研究所开创的“稀土优化处理制造电工铝导体技术”，直到80年代初期，才达到IEC标准水平（硬铝线导电率≥61.0%IACS，抗拉强度≥160Mpa）。使得全行业每年几十万吨乃至上百万吨铝导体制造技术和产品质量，提高到一个新水平。“九五”及“十五”期间，上海电缆研究所负责承担国家重大装备研制攻关项目，组织行业厂家共同研制三峡输电工程用大截面导线（以ACSR-720/50为代表），并大批量用于工程建设，更是将铝导体制造水平和产品质量稳定性提升至新阶段。随着大容量、远距离、特高压输电工程建设发展，为了降低导线的线路损耗，要求架空导线采用硬铝单线的导电率≥61.5%IACS，抗拉强度≥170Mpa，经过900、1000以及1250 mm²大截面导线的批量生产及特高压输电工程的建设应用，已经将我国铝导体生产技术提升至现阶段的国际先进水平。特别是以电解铝液直接生产电工铝杆工艺技术的突破，不但稳定质量降低生产成本，还建立了多个专业生产供货铝杆的企业（多为电解铝厂的延伸产业）。

3.2铝合金线

我国自上世纪六十年代中期起开始系统研究铝合金导线，上海电缆研究所牵头行业内武汉电缆厂和上海铝线厂。主要是铝-镁-硅合金线，包括工艺配方、生产流程、专用设备、测试技术、工程应用技术等，直到八十年代中期才建立起专业生产厂，实现批量产品质量稳定且完全达到相关标准要求，并在输电工程中得到批量应用。在八十年代中期开始的耐热铝合金线的系统研究，主要是针对58%IACS和60%IACS两种铝合金，到九十年代后期得到批量应用。进入2010年前后开始系统研究高强耐热及超耐热铝合金以及中强度铝合金等系列铝合金导线，实现批量生产及工程应用，并且已经淘汰了58%IACS而全部采用60%IACS耐热铝合金线。我国铝合金导线研究与生产综合技术以及工程应用已经处于国际先进水平行列。电解铝液直接生产电工铝杆的专业制造企业，也能够大批量提供符合要求的电工铝合金杆材。

3.3铝包钢线

我国在上世纪七十年代初期由上海电缆研究所和湘潭电缆厂联合开展研究采用压合包覆工艺生产铝包钢线材，并用于大跨越导线制造及工程应用。但该生产工艺存在若干缺点（如：包覆铝层厚度不均匀、铝钢结合不够牢固、抗拉强度难于提高等）而没能推广使用。九十年代初期，引进英国“铝连续挤压工艺（Conform）”装备和技术生产铝包钢线，使得铝包钢线材技术和质量水平得以大幅提高，并达到IEC标准水平。特别是自三峡输电工程建设极大促进了铝包钢导线的技术进步和工程应用，使得铝包钢导线的生产规模和在输电工程中的使用大幅增加。

3.4型线制造技术

我国电缆行业的型线材制造，包括扁线、母线及排类条材等具有较长生产历史，但用于架空输电线的铝型线小批量制造，当数上世纪八十年代中期上海电缆研究所与湘潭电缆厂联合研制的自阻尼导线，产品用于1988年的广西马山电厂试验段工程建设，至今运行良好。自阻尼导线采用梯形铝单线绞制。之后的近20年时间内技术进展不大，主要是缺乏应用的推动。最近几年，特别是型线同心绞架空导线国家标准的制定和特种导线应用需求的促进，型线设计与制造工艺技术快速发展，包括型线模具设计与制造技术、以圆线连续拉制与退火工艺技术、以铝杆直接挤制软铝型线工艺技术、型线绞制技术等，制造的梯形或S/Z形的硬/软态的铝/铝合金型线用于钢芯软铝型线绞线、复合芯软铝/耐热铝合金绞线、间隙性导线等特种架空输电线，并提供输电线路工程大量使用。

3.5型线制造技术

我国电缆行业的型线材制造，包括扁线、母线及排类条材等具有较长生产历史，但用于架空输电线的铝型线小批量制造，当数上世纪八十年代中期上海电缆研究所与湘潭电缆厂联合研制的自阻尼导线，产品用于1988年的广西马山电厂试验段工程建设，至今运行良好。自阻尼导线采用梯形铝单线绞制。之后的近20年时间内技术进展不大，主要是缺乏应用的推动。最近几年，特别是型线同心绞架空导线国家标准的制定和特种导线应用需求的促进，型线设计与制造工艺技术快速发展，包括型线模具设计与制造技术、以圆线连续拉制与退火工艺技术、以铝杆直接挤制软铝型线工艺技术、型线绞制技术等，制造的梯形或S/Z形的硬/软态的铝/铝合金型线用于钢芯软铝型线绞线、复合芯软铝/耐热铝合金绞线、间隙性导线等特种架空输电线，并提供输电线路工程大量使用。

3.6光纤复合架空线

主要是光纤复合架空地线（OPGW）和光纤复合架空导（相）线（OPPC）。我国自上世纪八十年代中期，最先有上海电缆研究所开始OPGW研究，首批制造产品并工程配套，用于陕西宝鸡“国务院电子振兴示范工程”建设。在此之后近十年时间里，国内主要是参照英国及日本产品，以铝管包覆光纤单元为主的中心管式结构OPGW研究、制造与应用。随着西欧国家以不锈钢管包覆光纤单元为主的层绞式结构OPGW产品进入国内市场，并显现其优越性之后，近十年来，国内OPGW研究与应用转向不锈钢管结构光纤单元为主。现在国内市场应用的几乎全部是这种结构产品，并全部实现国产化，已经成为全世界最大生产、使用和出口国。国内超过10家生产企业，现有焊接不锈钢管生产线40余条，绞线生产线150余条。

我国已经形成OPGW、OPPC等的光纤复合架空输电线产品技术体系，各种复合输电线的产品结构、设计技术、原材料、工艺设备、检测技术、标准化技术、工程配套及工程应用技术等全部成熟，产业配套能力完善。OPGW具备了钢管式、铝管式、铝包钢管式、骨架式等全系列结构，总体技术达到国际先进水平。尤其对于OPGW耐雷击、耐低温等的研究和大跨越、特高压、重冰区、高原低温地区线路等应用的研究，以及OPGW产品型谱的制定等更是处于该领域世界应用技术研究前列。我国的光纤复合架空输电线需求已全部实现国产化，不管是大跨越、重冰区、特高压等线路用并具有相当技术含量的OPGW，还是110kV 、220kV高压超高压线路用OPPC的应用，均实现国产化制造和应用，近十余年来几乎未从国外进口OPGW和OPPC，相反却有大量产品出口国际市场。

3.7试验检测

架空输电线检测试验项目主要分为二部分，一部分是产品标准规定的试验项目，如铝钢单线性能（对光纤复合线，则含光纤性能）、绞线结构参数、绞线抗拉力与应力-应变（弹性模量）等。另一部分为工程要求试验项目，特别是用于220kV及以上线路工程用导线，除上述项目外，还应包括线膨胀系数、平直度、疲劳振动性能、蠕变性能、交直流电阻、载流量、电晕及无线电干扰性能以及OPGW 的短路电流与雷击试验等。自三峡输电工程建设和特高压输电工程建设以来，大大促进了这些试验技术与能力的提升，特别是工程要求的试验项目，完全达到国内国际相关标准要求，并达到国际先进水平。随着特种架空输电线的批量生产及大量使用，特种项目的检测试验技术又有进一步提高和完善，如复合芯棒性能、高温蠕变、应力转移温度、过滑轮试验、风洞试验、耐覆冰试验、自阻尼及消振性能试验、超低温试验等，上海电缆研究所已经建立起完整的试验条件并具备系统的试验技术及评价能力，称为电力系统入网的指定检测方。

3.8产品标准化技术

我国现行的架空输电线相关标准几乎全部等同或参照IEC国际标准体系，已经建立起完善的基础标准、产品标准以及试验检测标准等为主体的先进标准体系，这为我国架空输电线产品及其工程设计与建设参与国际市场竞争创造了有利的技术条件。同时依托我国在该领域的技术、产品及应用基础，自主研究制定了一系列产品及技术标准，特别是由上海电缆研究所代表中国IEC提出并作为召集人主持制订的“架空导线用非金属加强材料芯”和“复合材料芯架空导线”IEC国际标准，已经列为“IEC 62818 Ed1：Conductors for overheadlines-Non-metallic supporting member material for use in conductors ”和“IEC 63089 Ed1：Overhead electrical stranded conductors composite core reinforced ”标准。这是我国电线电缆行业首次作为中国国家代表提出并主持制订的电线电缆产品标准。

上海电缆研究所于2003年代表中国IEC承担了国际电工委员会IEC/TC7秘书处，实现了我国在承担国际电工委员会标准化技术机构的“零突破”，这也表明了我国在该领域的技术水平、技术能力以及国际技术地位。2008年全国裸电线标准化技术委员会（TC 422）成立,秘书处为上海电缆研究所。

3.9综合技术评价

架空输电线制造业属于较为传统且技术成熟的工业系统，特别是本世纪初以来，世界经济发达国家的架空输电网建设已趋饱和与完善，缺乏大规模电网建设的拉动，架空输电线的技术进步除了在个别领域外，总体上处于成熟停顿状态。而中国则相反，大规模电网建设的拉动和市场需求的显著增加，促使架空输电线技术获得突出进步，大大缩小了与发达国家的技术差距，在许多领域已经达到或超过发达国家水平。通过对上述各项技术水平的综合介绍，并且在主要导体材料、加强单元、工艺制造技术以及工艺设备等方面的显著进步，使得目前在国际上已有的绝大部分先进技术和常规及特种输电线的各种产品在我国都有生产和应用。因此总体上综合分析，我国架空输电线技术水平和产品质量已经位于世界前列。以图1架空输电线综合技术分析。

图1   架空输电线综合技术水平分析简图

4、架空输电导线产业与应用

4.1总体产业规模

据初步统计，全国架空输电线制造企业总数量最高时达400余家，年总生产能力在300万吨以上，最高时2014年实际产量已接近200万吨。主要产品有铝绞线、钢芯铝绞线、铝合金绞线、铝包钢绞线、复合芯铝绞线等各种架空导线，其中90%以上为钢芯铝绞线。导线制造企业数量，按地区分布大致为：东北11%、华北24%、西北3%、华东30%、中南26%、西南6%。大型的导线制造企业，如：江苏中天科技股份公司、江苏远东控股集团公司、亨通集团公司和特变电工股份公司等，年产能力都在15万吨以上。经过2017和2018年的行业整顿、洗牌、企业产品结构调整以及用户采购相对集中，导线制造集中度进一步提高，前十大骨干企业年产量占比接近50%，截至2018年底，正常运营的架空导线制造企业约有200余家，实际有效年产能仍在250万吨以上。其中上述四家企业仍然占据行业前茅，年供货产量都在10万吨以上，特别是江苏中天科技股份公司，2018年架空输电线实际产量已突破22万吨，已经位列全球同行中的前三位。

4.2电工铝杆生产能力

电工铝/铝合金杆主要用于架空导线生产，约占其总量的80%以上。其制造及供货能力也体现了我国架空输电线产业的规模。国内电工铝/铝合金/杆生产全部采用连铸连轧生产机组生产，绝大部分为国产设备，少量为国外引进机组。至目前全国具有有效产能的铝杆连铸连轧生产线共约200余条,其中约50%集中在电缆行业厂家，另外约50%安装在专业铝厂，约有100余条。总共具备约年产400～500万吨电工铝杆的能力，为实际行业用铝总量的二倍以上。这也是长期以来，我国线缆行业维持的状况。

4.3铝包钢线生产能力

我国自上世纪90年代中后期开始陆续引进英国公司设备与技术用于生产铝包钢线以来，20多年来发展迅速，不但生产及使用量快速增加，生产设备（包括挤压机组及拉线机组等）及工艺技术都实现了国产化。据初步统计，至2018年投入正常运行使用的铝包钢杆包覆机组有38台，拉线机组72台。国内企业铝包钢线总产能约达24万吨，2018年铝包钢线国内实际总生产量超过14万吨。

4.4光纤复合型输电导线

光纤复合型架空输电线主要包括OPGW和OPPC，并且具有相同或相近的生产技术与工艺装备，其中OPGW为绝大部分。目前国内主要制造企业有14家，年总生产能力在23万千米以上。2018年实际产量约15万千米，其中约7.5万千米用于出口。据不完全统计，国内OPGW主流制造厂商已形成45条钢管生产线、150条绞制生产线（120条笼绞设备和30条管绞设备）的产能状况。钢管光单元年产能约达33万千米。

4.5国内输电导线应用情况

自本世纪初开始，我国电力工业以三峡电站建设及电力送出为锲机，以“西电东送、南北互供、全国联网”为发展战略，大力推进输电网建设，包括西北电网750kV主架输电网建设、特高压输电线路建设等，极大拉动了架空输电线的需求。以钢芯铝绞线为代表的架空导线年需求量已由上世纪末的约100万吨达到2014年的约近200万吨，估计超过全世界总用量的50%。主要产品有铝绞线、钢芯铝绞线、钢芯铝合金绞线、铝包钢绞线、铝包钢芯铝绞线、铝合金芯铝绞线、铝合金绞线等，其中约90%为钢芯铝绞线。

特别是500kV超高压输电线路和800kV及1000kV特高压输电线路建设，大批量使用了ACSR-720/50以及900 mm2 、1000 mm2和1250 mm2等以钢芯铝绞线为代表的大截面导线，截至2018年底，总用量已经超过200万吨。

同时，为满足各种特殊自然环境、工程电能输送及通信传输要求以及线路改造等需求，还大量应用了常规架空导线之外的所谓“特种架空输电线”，主要包括：钢芯软铝绞线、钢芯耐热铝合金绞线、纤维复合材料芯软铝绞线、中强度铝合金绞线、间隙式导线、扩径导线、耐腐蚀性导线、大跨越导线、光纤复合架空地线、光纤复合架空导线等等，截至2018年底，估计总用量也已超过100万吨。可以说，至目前全世界各国家制造、采用的各种架空输电线，在我国几乎都能批量制造与供货，也几乎都有工程应用，并取得了丰富的运行业绩和使用经验。

5小结

上海电缆研究所架空导线团队围绕我国特高压输电工程的重大需求，形成基础材料--产品技术--性能测试--标准化--工程应用的完整技术链创新链。与高校、设计院、电网用户和导线制造厂家形成了稳定的合作关系，打通了科技创新各个环节，不断推进架空导线技术领域的创新。其中由上海电缆研究所有限公司参与申报的“铝合金节能输电导线及多场景应用”项目荣获2019年国家科学技术进步二等奖。今后团队将紧扣国家能源战略的重大需求，紧紧围绕能源传输这一领域，联合高校、用户及行业制造厂家，开展关键材料、制造技术及工程应用技术方面研究，努力做出重大科研成果，不断巩固上海电缆所在行业及电网用户的影响力。

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