我国能源与电力负荷逆向分布，国家实施“西电东送、北电南送”战略。架空输电线路用导线作为电力输送的“血管”，是电网中用量最大、最关键的组成部分之一。我国架空导线总长1000余万公里，2018 年我国全社会用电约6.8万亿千瓦时，其中因导线电阻造成的损失巨大。导线的导电率即使仅提高千分之一（0.1%IACS），全国每年即可节电约7亿千瓦时，减少电煤消耗约23万吨，减少二氧化碳排放58万吨。
随着特高压、远距离、大容量输电和清洁能源利用的发展，对架空导线的导电率、强度、耐热性能和疲劳性能提出了更高的要求。但提升材料导电率与同时提高其强度和耐热性之间存在矛盾，导致我国电网建设急需的特种导线难以满足工程需求。
上海交通大学材料学院孙宝德、高海燕研究团队，与江苏中天科技合作，在“973”、国家自然科学基金、上海市节能减排专项等项目的资助下，历经20余年，突破了制约高性能铝合金导线材料的关键技术，研制了高导耐热、高强抗疲劳、特高压节能导线等新型特种导线材料及制备技术，并建立起全流程工艺控制体系，自主研发的高导耐热导线、高强抗疲劳导线、高导电工铝导线三大类十九种新型导线通过了权威部门组织的新产品鉴定。
高导耐热导线“一条顶两条”
导线的耐热温度决定其输送电流的能力。采用耐热导线可提高输电容量，有效缓解电力供需矛盾，降低城区线路改造的走廊成本；同时可更好满足太阳能、风能等新能源峰值和谷值输电的大温差需求。但是，导线的耐热性与导电率是一对矛盾。
孙宝德介绍说，研究团队通过理论计算和科学实验，研究了新型铝锆钇耐热合金及其微结构调控方法和工艺，研制出的新型耐热导线输电能力加倍，“一条顶两条”。
目前，这一技术产品在全国一百多条旧网改造中获得应用，川渝电网“大动脉”洪板线改造全部采用该项目成果。新的高导耐热导线的应用，使得原有的“洪板1线”和“洪板2线”设计容量从200万千瓦提升至 327万千瓦。工程人员介绍称，这相当于在不改变线路结构和不增加线路通道的情况下，新建一条输送线路，“一条线达到了两条线路的输电能力”。
高强抗疲劳导线“飞架中国南北”
我国特高压工程需要跨越高山峻岭和大江大河架设电网，形成了中国特色的“大跨越”工程。这要求飞架中国南北的特高压线路，必须在各类自然环境下有着突出的抗疲劳表现。
“我们针对‘铝镁硅合金亚稳强化相’的‘精确调控超细夹杂物的去除’开展了大量研究，研制了不同强度级别的高强度铝合金材料，建立了全流程精细控制技术，消除了材料内部潜在的疲劳裂纹源。”高海燕告诉《中国科学报》，该团队研制的高强度铝合金导线，在运行张力增大的条件下，振动疲劳寿命不低于3000万次，满足线路设计预期寿命达到50年的安全标准，综合技术指标达到国际领先水平，在国家电网特高压大跨越工程中获得大量应用。
据了解，起自新疆准东（昌吉）换流站、止于安徽皖南（古泉）换流站的昌吉—古泉1100千伏特高压直流输电线路，就在2018年4月完成了“长江大跨越”工程全线贯通的壮举。研究团队高强抗疲劳导线相关技术在该工程中有着重要应用。
此外，我国电工铝导线占导线用量近70%，是特高压电网的基础导体材料。针对我国铝土资源铁硅含量相对较高的特点，团队研究了高导电工铝材料及其冶金质量控制技术，解决了微量杂质元素与气体去除的难题，突破了铸锭晶粒细化瓶颈，保证了导线组织与性能的稳定性和一致性。
助力中国制造走出去
十多年来，孙宝德研究团队与江苏中天科技集团一直保持密切合作，面向国家电网建设对高性能导线的迫切需求，成立了“上海交大—中天科技”联合研究中心。该研究中心根据国家电网的线路设计需求，参与导线选型和截面设计，交大负责基础理论研究和关键技术攻关，中天科技负责中试及产业推广，真正做到“设计、工艺、制造一体化”，有力促进了我国高性能架空导线制造企业的产业升级与自主创新能力的提高。
据介绍，该团队研制的高导耐热导线和高强抗疲劳导线已走出国门，出口到欧美及“一带一路”沿线国家，承接了众多海外架空线路建设工程，累计架线超2万公里，打破了国际大公司的垄断，成为中国制造和中国电力走出去的一张“国家名片”。
原标题：以导线技术助力特高压电网升级
