我國能源與電力負荷逆向分布，國家實(shí)施“西電東送、北電南送”戰略。架空輸電線(xiàn)路用導線(xiàn)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(xiàn)總長(cháng)1000余萬(wàn)公里，2018 年我國全社會(huì )用電約6.8萬(wàn)億千瓦時(shí)，其中因導線(xiàn)電阻造成的損失巨大。導線(xiàn)的導電率即使僅提高千分之一（0.1%IACS），全國每年即可節電約7億千瓦時(shí)，減少電煤消耗約23萬(wàn)噸，減少二氧化碳排放58萬(wàn)噸。
隨著(zhù)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(xiàn)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(shí)提高其強度和耐熱性之間存在矛盾，導致我國電網(wǎng)建設急需的特種導線(xiàn)難以滿(mǎn)足工程需求。
上海交通大學(xué)材料學(xué)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(xué)基金、上海市節能減排專(zhuān)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(xiàn)材料的關(guān)鍵技術(shù)，研制了高導耐熱、高強抗疲勞、特高壓節能導線(xiàn)等新型特種導線(xiàn)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(xiàn)、高強抗疲勞導線(xiàn)、高導電工鋁導線(xiàn)三大類(lèi)十九種新型導線(xiàn)通過(guò)了權威部門(mén)組織的新產(chǎn)品鑒定。
高導耐熱導線(xiàn)“一條頂兩條”
導線(xiàn)的耐熱溫度決定其輸送電流的能力。采用耐熱導線(xiàn)可提高輸電容量，有效緩解電力供需矛盾，降低城區線(xiàn)路改造的走廊成本；同時(shí)可更好滿(mǎn)足太陽(yáng)能、風(fēng)能等新能源峰值和谷值輸電的大溫差需求。但是，導線(xiàn)的耐熱性與導電率是一對矛盾。
孫寶德介紹說(shuō)，研究團隊通過(guò)理論計算和科學(xué)實(shí)驗，研究了新型鋁鋯釔耐熱合金及其微結構調控方法和工藝，研制出的新型耐熱導線(xiàn)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(dòng)脈”洪板線(xiàn)改造全部采用該項目成果。新的高導耐熱導線(xiàn)的應用，使得原有的“洪板1線(xiàn)”和“洪板2線(xiàn)”設計容量從200萬(wàn)千瓦提升至 327萬(wàn)千瓦。工程人員介紹稱(chēng)，這相當于在不改變線(xiàn)路結構和不增加線(xiàn)路通道的情況下，新建一條輸送線(xiàn)路，“一條線(xiàn)達到了兩條線(xiàn)路的輸電能力”。
高強抗疲勞導線(xiàn)“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(xiàn)路，必須在各類(lèi)自然環(huán)境下有著(zhù)突出的抗疲勞表現。
“我們針對‘鋁鎂硅合金亞穩強化相’的‘精確調控超細夾雜物的去除’開(kāi)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)，消除了材料內部潛在的疲勞裂紋源。”高海燕告訴《中國科學(xué)報》，該團隊研制的高強度鋁合金導線(xiàn)，在運行張力增大的條件下，振動(dòng)疲勞壽命不低于3000萬(wàn)次，滿(mǎn)足線(xiàn)路設計預期壽命達到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(xiàn)路，就在2018年4月完成了“長(cháng)江大跨越”工程全線(xiàn)貫通的壯舉。研究團隊高強抗疲勞導線(xiàn)相關(guān)技術(shù)在該工程中有著(zhù)重要應用。
此外，我國電工鋁導線(xiàn)占導線(xiàn)用量近70%，是特高壓電網(wǎng)的基礎導體材料。針對我國鋁土資源鐵硅含量相對較高的特點(diǎn)，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(xiàn)組織與性能的穩定性和一致性。
助力中國制造走出去
十多年來(lái)，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)建設對高性能導線(xiàn)的迫切需求，成立了“上海交大—中天科技”聯(lián)合研究中心。該研究中心根據國家電網(wǎng)的線(xiàn)路設計需求，參與導線(xiàn)選型和截面設計，交大負責基礎理論研究和關(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“設計、工藝、制造一體化”，有力促進(jìn)了我國高性能架空導線(xiàn)制造企業(yè)的產(chǎn)業(yè)升級與自主創(chuàng )新能力的提高。
據介紹，該團隊研制的高導耐熱導線(xiàn)和高強抗疲勞導線(xiàn)已走出國門(mén)，出口到歐美及“一帶一路”沿線(xiàn)國家，承接了眾多海外架空線(xiàn)路建設工程，累計架線(xiàn)超2萬(wàn)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”。
