?我國(guó)能源與電力負(fù)荷逆向分布，國(guó)家實(shí)施“西電東送、北電南送”戰(zhàn)略。架空輸電線(xiàn)路用導(dǎo)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(guó)架空導(dǎo)線(xiàn)總長(zhǎng)1000余萬(wàn)公里，2018 年我國(guó)全社會(huì)用電約6.8萬(wàn)億千瓦時(shí)，其中因?qū)Ь€(xiàn)電阻造成的損失巨大。導(dǎo)線(xiàn)的導(dǎo)電率即使僅提高千分之一（0.1%IACS），全國(guó)每年即可節(jié)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。

隨著特高壓、遠(yuǎn)距離、大容量輸電和清潔能源利用的發(fā)展，對(duì)架空導(dǎo)線(xiàn)的導(dǎo)電率、強(qiáng)度、耐熱性能和疲勞性能提出了更高的要求。但提升材料導(dǎo)電率與同時(shí)提高其強(qiáng)度和耐熱性之間存在矛盾，導(dǎo)致我國(guó)電網(wǎng)建設(shè)急需的特種導(dǎo)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(tuán)隊(duì)，與江蘇中天科技合作，在“973”、國(guó)家自然科學(xué)基金、上海市節(jié)能減排專(zhuān)項(xiàng)等項(xiàng)目的資助下，歷經(jīng)20余年，突破了制約高性能鋁合金導(dǎo)線(xiàn)材料的關(guān)鍵技術(shù)，研制了高導(dǎo)耐熱、高強(qiáng)抗疲勞、特高壓節(jié)能導(dǎo)線(xiàn)等新型特種導(dǎo)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(dǎo)耐熱導(dǎo)線(xiàn)、高強(qiáng)抗疲勞導(dǎo)線(xiàn)、高導(dǎo)電工鋁導(dǎo)線(xiàn)三大類(lèi)十九種新型導(dǎo)線(xiàn)通過(guò)了權(quán)威部門(mén)組織的新產(chǎn)品鑒定。

高導(dǎo)耐熱導(dǎo)線(xiàn)“一條頂兩條”

導(dǎo)線(xiàn)的耐熱溫度決定其輸送電流的能力。采用耐熱導(dǎo)線(xiàn)可提高輸電容量，有效緩解電力供需矛盾，降低城區(qū)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(dǎo)線(xiàn)的耐熱性與導(dǎo)電率是一對(duì)矛盾。

孫寶德介紹說(shuō)，研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)理論計(jì)算和科學(xué)實(shí)驗(yàn)，研究了新型鋁鋯釔耐熱合金及其微結(jié)構(gòu)調(diào)控方法和工藝，研制出的新型耐熱導(dǎo)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(guó)一百多條舊網(wǎng)改造中獲得應(yīng)用，川渝電網(wǎng)“大動(dòng)脈”洪板線(xiàn)改造全部采用該項(xiàng)目成果。新的高導(dǎo)耐熱導(dǎo)線(xiàn)的應(yīng)用，使得原有的“洪板1線(xiàn)”和“洪板2線(xiàn)”設(shè)計(jì)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(dāng)于在不改變線(xiàn)路結(jié)構(gòu)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(dá)到了兩條線(xiàn)路的輸電能力”。

高強(qiáng)抗疲勞導(dǎo)線(xiàn)“飛架中國(guó)南北”

我國(guó)特高壓工程需要跨越高山峻嶺和大江大河架設(shè)電網(wǎng)，形成了中國(guó)特色的“大跨越”工程。這要求飛架中國(guó)南北的特高壓線(xiàn)路，必須在各類(lèi)自然環(huán)境下有著突出的抗疲勞表現(xiàn)。

“我們針對(duì)‘鋁鎂硅合金亞穩(wěn)強(qiáng)化相’的‘精確調(diào)控超細(xì)夾雜物的去除’開(kāi)展了大量研究，研制了不同強(qiáng)度級(jí)別的高強(qiáng)度鋁合金材料，建立了全流程精細(xì)控制技術(shù)，消除了材料內(nèi)部潛在的疲勞裂紋源。”高海燕告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》，該團(tuán)隊(duì)研制的高強(qiáng)度鋁合金導(dǎo)線(xiàn)，在運(yùn)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(shè)計(jì)預(yù)期壽命達(dá)到50年的安全標(biāo)準(zhǔn)，綜合技術(shù)指標(biāo)達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平，在國(guó)家電網(wǎng)特高壓大跨越工程中獲得大量應(yīng)用。

據(jù)了解，起自新疆準(zhǔn)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(zhǎng)江大跨越”工程全線(xiàn)貫通的壯舉。研究團(tuán)隊(duì)高強(qiáng)抗疲勞導(dǎo)線(xiàn)相關(guān)技術(shù)在該工程中有著重要應(yīng)用。

此外，我國(guó)電工鋁導(dǎo)線(xiàn)占導(dǎo)線(xiàn)用量近70%，是特高壓電網(wǎng)的基礎(chǔ)導(dǎo)體材料。針對(duì)我國(guó)鋁土資源鐵硅含量相對(duì)較高的特點(diǎn)，團(tuán)隊(duì)研究了高導(dǎo)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(xì)化瓶頸，保證了導(dǎo)線(xiàn)組織與性能的穩(wěn)定性和一致性。

助力中國(guó)制造走出去

十多年來(lái)，孫寶德研究團(tuán)隊(duì)與江蘇中天科技集團(tuán)一直保持密切合作，面向國(guó)家電網(wǎng)建設(shè)對(duì)高性能導(dǎo)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(jù)國(guó)家電網(wǎng)的線(xiàn)路設(shè)計(jì)需求，參與導(dǎo)線(xiàn)選型和截面設(shè)計(jì)，交大負(fù)責(zé)基礎(chǔ)理論研究和關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，中天科技負(fù)責(zé)中試及產(chǎn)業(yè)推廣，真正做到“設(shè)計(jì)、工藝、制造一體化”，有力促進(jìn)了我國(guó)高性能架空導(dǎo)線(xiàn)制造企業(yè)的產(chǎn)業(yè)升級(jí)與自主創(chuàng)新能力的提高。

據(jù)介紹，該團(tuán)隊(duì)研制的高導(dǎo)耐熱導(dǎo)線(xiàn)和高強(qiáng)抗疲勞導(dǎo)線(xiàn)已走出國(guó)門(mén)，出口到歐美及“一帶一路”沿線(xiàn)國(guó)家，承接了眾多海外架空線(xiàn)路建設(shè)工程，累計(jì)架線(xiàn)超2萬(wàn)公里，打破了國(guó)際大公司的壟斷，成為中國(guó)制造和中國(guó)電力走出去的一張“國(guó)家名片”。