时间：2023-10-22 19:59:50
电解铝系统容错控制思想是当整流机组出现一定的故障或异常后，通过限制并降低异常机组的负荷输出，提高正常机组的负荷输出，从而保证故障或异常不会继续恶化，而且能在设备所能承受的负荷内继续工作，将故障或异常影响局部化和最小化，以防止事故继续恶化引起更大事故。如果系统总负荷输出不能满足正常生产，降低系统总负荷输出至电解槽保温状态，尽量减少异常引起的损失。中控室获得总调PLC上传的异常或故障信息，继续进行深层次分析，完成故障诊断，并根据不同故障类型采取不同容错控制策略如果机组诊断出循环冷却水水温高、元件母排热、快熔坏一个和机组低倍过载异常时，采取异常机组限负荷控制策略，异常机组控制按钮自动由总调切至分调，中控室直接控制异常机组，，分调/总调控制策略主要分为3个步骤:负荷运算、分调控制和总调控制。系统运算步骤主要分析每个整流机组的运行状态及参数，采集每个机组的状态并运算总调和分调机组的实际总负荷输出，为后续负荷分配提供数据信息。分调/总调控制策略增加限制判定环节，保证系统安全运行，减少运行人员的误操作。负荷运算步骤结束后，系统判定每个机组的工作状态，通过分调/总调标志判定机组是否异常，对出现异常的机组，执行第二步分调控制，否则机组参与第三步总调控制。当机组诊断出异常后，为了保证系统输出恒定，降低并限制其负荷输出，首先对单机组电流给定值执行异常限定，使异常机组实际输出值限制在可允许的工作范围内，然后机组执行PID调节，保证整流机组输出值与实际输出限定值相同。如果经过限定后，机组异常还未消除，则执行切除本机组处理。由于异常机组被切除或限定输出，为了保证电解的正常运行，需要适当提高正常机组的负荷，则系统执行第三步总调控制。为了减少误差，总调策略设置PI前馈调节，调节后重新分配正常机组的负荷，并对其总调给定限制，以保证机组安全运行。总调单机组重新获得负荷分配，通过PID调节，使总调机组输出恒定。当多个机组被切除后，系统已经不能满足电解正常运行，通过修改总给定值，降低整个系统的负荷，使电解槽处于保温状态，减少故障引起的损失。
应用及仿真实例
系列共有6个整流机组，系列的总电流额定输出为400kA，采用“n+1”的模式，5个机组投入工作时即可以满足系列总输出要求，在这种情况下，每个机组额定输出电流值I=80kA，当6个机组同时工作时，每个机组的实际输出Ir=66．67kA。本文的容错控制策略在机组异常情况下，也可以保证电解的正常进行。另外在极端情况下，在保证设备安全工作前提下，能保证电解槽处于保温状态，在一定程度上减少损失。
结束语
笔者改进了现阶段采用的控制模式，提出了总调/分调控制模式，使得容错控制策略能应用于电解铝生产中，弥补了容错控制在铝业生产中的应用空白。笔者提出的限负荷容错控制策略可以在设备出现非严重性故障情况下，由中控室重新分配负荷，在保证设备安全、可靠运行的前提下，尽量满足生产的要求，减少故障带来的损失。最后通过应用实例分析和仿真结果可以看出，在某些异常情况下，本文的容错控制策略可以有效地应用于电解生产过程中，将会减少故障带来的生产损失。
【关键词】电解铝；节能；技术应用
近年来，党中央、国务院高度重视企业节能减排工作，企业节能考核工作已纳入对省级人民政府的节能目标责任评价考核内容当中[1]，要求铝锭综合交流电单耗到2015年降至13300千瓦时/吨，较2010年下降713千瓦时/吨[2]。电解铝企业作为有色行业中的耗能大户，企业的能耗管理不只是简单的技术实践过程，而是企业生存的重要途径。
目前，国内各家企业的能耗指标参差不齐，各家采取的节能措施也不尽一致。企业的能耗管理策略要综合自身的特点，合理实施节耗技术，最大化发挥管理效益。
1.节能工艺技术的应用
电解铝企业的节能措施主要分为电解铝工艺技术改进措施、用电设备技术改进措施、资源重复利用等。
1.1铝电解槽的新型结构技术
电解槽内衬新型结构技术主要有非平面阴极、异型钢棒、阴极底部垂直出电、独立补偿母线、开沟/开孔阳极等。以下主要针对非平面阴极与异型阴极钢棒技术作以介绍。
（1）非平面阴极（异型阴极、曲面阴极、导流阴极等）。国内当前各类非平面阴极层出不穷，但其核心思路都是为了减缓铝液波动，降低铝液流速，从而实现低电压节能。例如：
异型阴极的工艺思路是在阴极炭块表面形成若干凸起，可以减缓电解槽内阴极铝液的流动速度和降低铝液的波动高度，实现有效提高金属铝液面的稳定性，减少铝液溶解损失，实现节能降耗。
异型阴极示意图
导流槽技术特点是在阴极上延长轴方向开汇流沟槽，在端头设有与汇流沟槽联通的蓄铝池，共同构成一个导流系统，使生产的铝水随时流入蓄铝池，有效降低极距，降低电解槽能耗。渗流槽技术特点是在阴极炭块间设有藏铝暗沟，暗沟设在阴极炭块的间缝处，可以在阳极下的任何位置；电解槽阴极炭块上开有数个凹槽，电解槽的大面和端部也开有凹槽，阴极炭块上的凹槽以及电解槽上的凹槽深度均低于或平齐于阴极炭块间的藏铝暗沟，这些凹槽和藏铝暗沟相互连通。
两者皆为无铝液生产，阴极炭块直接作为阴极参与电解，阴极上表面为TiB2涂层或复合阴极，电解过程产生的铝都汇集到蓄铝池中；两者的区别在于导流槽为单个或多个聚铝沟，故对铝液的容量有限，造成出铝负担；聚铝沟的出现，将会大大降低阴极导电面积的利用率；渗流槽具备多个藏铝沟，对铝液的容量大大提高，且阴极的有效导电面积无明显降低。
（2）异型钢棒技术（含开槽钢棒、双钢棒、复合钢棒等）。
由于越靠近阴极钢棒出口（即靠近槽大面边部）电流流经的路径上电阻越小，因此进入铝液的电流因“自动选择电阻最小的道路”而在铝液和阴极中斜向流动，故沿着槽短轴方向产生了水平电流分量，形成垂直磁力，引起铝液面变形和铝液波动。异型钢棒技术原理是沿着钢棒长度方向调整“电流通道”的电阻，使铝液中电流从阴极炭块表面任意点进入阴极时电阻都基本相同，以减少铝液中水平电流，提高铝液稳定性。
国内几种异型钢棒对于炉底压降、铝液水平电流的影响对比
1.2低电压工艺控制技术
低电压控制技术目前是国内铝行业普遍应用的工艺技术之一。实施低电压电解工艺的关键是：通过改变电解槽运行特性来改变电流效率与极距的关系曲线，降低临界极距，使电解槽在低电压下获得高电效。传统工艺下的临界极距约：4.0～4.5cm；先进的低电压工艺下的临界极距可降至：3.5～3.8cm。
电流效率-积距变化曲线示意图
低电压工艺实施的主要措施有：
（1）低温+低过热度+较窄的温度变化范围（即较窄的热平衡变化范围）。
（2）低氧化铝浓度（实现干净的炉底）+较窄的氧化铝浓度变化范围（防止阳极效应发生，并实现较窄的物料平衡变化范围）。
（3）较高的阴极电流密度（可采取“适当强化电流+收缩炉膛”两个措施实现）。
（4）较高的槽电压稳定性（前提：规整的炉膛+干净的炉底+较窄的热平衡和物料平衡变化范围）。
2.高压变频技术的应用
随着现代电力电子技术和微电子技术的迅猛发展，高压大功率变频调速装置不断地成熟起来，原来一直难于解决的高压问题，近年来通过器件串联或单元串联得到了很好的解决。在电解铝企业中电解槽生产工艺用电为直流电，即铝液直流电耗。铝锭综合电耗中还有部分交流电耗为高压电机用电，电解铝企业中高压电机主要有电解槽净化排烟风机，空压站水泵，配套炭素系统的大窑引风机，除尘风机等设备。变频技术的特点如下：
（1）变频技术改造具有明显的节能效果。以风机为例，风机在改造前流量通过调节阀来控制，在使用变频后通过调节电源频率按需输出流量，大大降低风机的功耗，起到明显的节能效果。
（2）变频技术的软启动作用可降低启动时的功耗，同时延长设备的使用寿命。
（3）变频技术可以提高功率因数，通常功率因数可提高至0.95以上。
（4）变频技术的投运可以减少电机在非正常条件下工作的时间，保证设备不损坏。降低设备的维修费用。
3.工业余热利用
工业余热利用是工业节能重要途径，是工业二次能源的开发利用。余热资源可分为高温烟气余热、高温炉渣余热、高温产品余热、冷却机余热、可燃废气余热、冷却水余热等。
随着铝电解工艺的发展，与其配套的炭素系统预焙阳极生产工艺也逐渐完善。在铝用炭素行业中，石油焦在煅烧工序中排出大量高温烟气，烟气温度约在900-1100℃，大量的高温烟气为余热发电提供了稳定的余热资源。可在回转窑窑尾安装余热锅炉，回收余热进行发电，从而避免了能源浪费。
余热发电的工艺介绍。
阳极煅烧回转窑中产生的高温烟气通过引风机负压引入余热锅炉，与锅炉给水进行热交换，余热锅炉产生的过热蒸汽大部分通过汽轮机发电，少部分通过减温减压设备后用于厂区生产用汽和生活供暖。
余热发电工艺流程图
余热发电一般以自发自用为原则，以满足炭素系统自身用电量为主，发电机输出电压为10kv，直接并入动力10kv配电系统。
4.结语
电解铝企业的节能降耗工作是企业生存与发展的长期工作，本文针对目前行业内主要应用的节能技术作了介绍。 铝电解节能技术是一项系统工程，依靠单项工艺控制技术改进难以取得持续、稳定的节能效果。在制定企业节能管理策略时首先从优化设计入手，在设计初期应用成熟的先进技术创造节能的先天条件，对于已经投运已久的企业主要从技术改造方面创造节能的条件。其次是选择应用最适宜的后天技术（电解槽工艺条件摆布、电解槽控制及电解槽的管理等）。
【参考文献】
[1]万家企业节耗目标责任考核实施方案（发改办环资[2012]1923号）.
关键词：有刷式；无刷式；定容下料器；电解铝；发展与探讨。
中图分类号： P618 文献标识码： A
随着铝电解工业的发展，电解槽已经由原来的自焙槽逐步过渡到目前的环保型，中间点式下料预焙槽。由于电解铝生产过程控制，以及相关技术发展，对铝电解下料装置的要求也越来越高，主要有两个方面，一是下料的准确性，而是可靠性。下料器经过长期的开发和研制，产生了多种类型的下料机构。最早由20世纪中期的手动板式下料器，发展到90年代开发的筒式有刷定容下料器，进而又开发并推广使用的无刷式定容下料器。
1.有刷式定容下料器
有刷筒式定容下料器的结构特点是配有透气活塞（即刷子式），其工作原理是，如图1，将下料器安装于料箱中, 进料时，气缸处于上位，下椎体和筒体密封，打壳气缸的排气吹入料箱下部沸腾盘, 沸腾盘中有一层透气帆布, 排气透过帆布吹动氧化铝, 使静置的氧化铝能顺利流入下料器的定容腔。下料时，气缸下行, 推动透气活塞和下椎体下移, 封住进料口, 使氧化铝落入槽中, 这样的往复工作, 保证了预焙槽定时, 定量加料, 为实现预焙化管理打下良好的基础。
图1有刷定容下料器
虽然有刷式定容下料器具有结构紧凑，可靠性高，操作方便，定容精度高等有点，但是也存在一定的缺陷：
（1）在下料器往复工作过程中，钢刷容易和筒壁产生摩擦，导致气缸运动不到位，或卡死，不能工作。
（2）下料器料仓缸筒内表面经氮化处理，表面硬度达到HB600以上，使用寿命长，但是透气活塞与筒内壁不断磨擦，容易导致钢刷磨损过量，透气活塞与筒壁之间便有了间隙，这时如不更换透气活塞将使氧化铝粉从缝隙上串至下料器上腔，时间一长积料增多，下料器将被卡死不能工作；刷子和缸体磨损到一定程度时也会漏料。
（3）氧化铝中可能会存在一些杂物，如铁屑，小石块等，使用一段时间后，刷子间会塞满颗粒细小的杂质，使刷子运动阻力增大，运动速度变慢，必须及时清理。
（4）当沸腾盘工作时，沸腾的氧化铝会透过活塞进入上腔，上腔缸体内会逐渐积满氧化铝，积累到一定程度时，刷子无法上提，从而导致漏料或不能正常下料。
2.无刷式定容下料器
无刷式定容下料器是在有刷定容下料器的基础上开发研制的系列产品，解决了有刷定容下料器存在的问题，并成功地填补了国内空白，在生产应用中，使用良好。DY-XLW系列无刷式定容下料器，该类型适用于各种预焙槽中间点式定时定量自动供料，尤其对比重轻，粘度大的氟化盐下料特点更为突出，是目前铝电解生产智能化控制系统中下料机构的理想设备。
2.1 结构特点
图2无刷定容下料器DY-XLW
如图2所示，该下料器去掉了定容腔的上腔，定容腔由四根拉杆同上盖相连，其中一根钢管上接进气口，下接定容筒上盖，上盖上设有环形排气孔；将原有下料器透气活塞改成了锥形压盘，上腔可完全充满氧化铝粉。
2.2 工作原理和气路控制
当气控柜中二位四通电磁阀处于断电状态，压缩空气从电磁阀的P孔到A孔进入下料器气缸2孔，使气缸活塞上提，通过活塞杆及上拉杆，使下椎体关闭；上锥体打开，这时反吹气体（打壳气缸回程排气或用电磁阀单独供气）通过进气孔3从沸腾盘排出，使料箱中静止的氧化铝粉（或氟化盐）沸腾，充满定容筒。此时如需下料，槽控机发出指令，使气控柜中二位四通电磁阀通电，电磁阀在电磁力作用下，阀杆上移，A孔关闭，B孔打开，气体进入下料气缸1孔上腔，气缸活塞下移，使密封盘关闭，下椎体打开，实现定量下料。
图3 DFL24-12 二位四通电磁阀结构图，
（1、阀体，2、阀座，4、“O”型圈，5、非磁管，7、电磁头，8、弹簧，9、动铁心，15、阀杆组件，19、“O”型圈）
2.3 技术特性
1)无刷式――下料器无堵料现象，工作行程确保到位，防止漏料。
2)无筒式――工作阻力小，压缩空气0.4Mpa压力下，能确保0.15秒以内工作到位，从而定容精度及下料稳定性好。
3)埋入式、自带小沸腾结构――增加物料流动性，在物料流动性较差（如氟化盐）时，其应用效果更佳。
4)产品结构简单，安装简便，免维护性强，几乎无需维修，而且使用寿命长。
5)故障率低，可以自行排除物料中的杂物，不会造成卡死现象。
3.无刷定容下料器的改进与应用。
中色股份伊朗阿拉克电解铝厂就是使用的是DY-XLW-1.8型无刷式定容下料器。该产品具有结构独特（自带小沸腾）、无刷、无筒、完全埋入式的结构使其具有定容精度高，使用寿命长，便于安装与维修等诸多优点，得到了伊朗业主的一致好评。伊朗佳加姆电解铝项目是中色股份同伊朗国家氧化铝公司签订的又一个工程承包项目。该项目也是选用的DY-XLW-1.8型无刷式定容下料器，但是在原先的基础上进行了一点改进。
3.1产品使用环境条件
1)环境温度：0～80℃
2)距电解壳面1米处温度：≤100℃
3)电磁场电流强度：200KA
4)电磁场磁场强度： 80GS
5)压缩空气压力：0.3～0.8Mpa
6)工作制度：24小时间断性工作
7)环境空气：可适应高粉尘空气环境
3.2 主要参数
1)工作压力：0.3～0.8Mpa
2)工作时间：3～10秒
3)定容量： 1.8L (kg)
4)定容精度：≤±1.0%
5)气缸行程：70mm
6)气缸进出口尺寸：G 3/8″
7)反吹接口尺寸：G 3/8″
8)使用寿命：>90万次
3.3 技术探讨
国内预焙槽所采用的定容下料器, 其中定容器的下锥体密封不严导致漏料的事故屡屡发生, 1 h 内就可漏出上百公斤氧化铝。预焙槽生产中需重视和加强电解槽巡视工作, 及时发现漏、堵料, 以避免大漏料的发生。
众所周知下料器加料动作的完成是依靠气缸的往复运动，压缩空气是动力的来源，但是当压缩空气的压力出现问题的时候，就可能会引起气缸自行向下移动，容易造成漏料等现象。为了防止上述现象的发生，伊朗佳加姆电解铝厂项目是在气缸上增加了一个单向安全阀，并且在生产厂家进行了模拟工况检验，随机挑选了20套下料器，每组做6次下料动作，并计量，检验中没有出现漏料现象，并且定容精度良好。实测下料量记录如下：
4.结语
铝电解槽处于高温粉尘的环境中, 减少下料器的维修量即节约了生产成本,又减少了工人劳动强度。以前的筒式下料器, 是直插于氧化铝粉中, 当出现故障需拨出检修、就必须将氧化铝粉放入槽中, 这样既污染了环境又增加了电解工的劳动强度, 然而无刷定容下料器, 就解决了这一难题, 不需要经常更换钢刷和处理上腔积料问题，未来下料器的发展必然以无刷式定容下料器为导向，然而进一步提高下料精度以及减少故障率是我们研究的方向。
参考文献
[1]张雅彬. 铝电解定容下料器的发展方向[J]. 轻金属, 2003, 6.
关键词：电解铝工业；现状；发展方向
Abstract: aluminum with light weight, corrosion resistant, easy conductive, easy to extend the excellent characteristics, in what has become the second largest outside of steel metal materials, widely used in the compilation of the economy in all areas. This paper analyzes the present situation of the aluminum industry, discusses the development direction of aluminum industry.
Keywords: aluminum industry; The present situation; Development direction
中图分类号：[F287.2] 文献标识码：A文章编号
改革开放三十多年, 通过引进消化,我国电解铝工业的建设和生产有了较大发展。但从总体上看,技术装备水平仍然较低,特别是众多的地方铝厂,规模小、 能耗高、 污染重、 效益低, 亟待整顿、 改造。这不仅直接关系到现有电解铝企业的经济效益,而且关系到电解铝工业的进一步发展,进而影响整个国民经济的均衡发展。铝具有重量轻、 耐腐蚀、 易导电、 易延展等优良特性, 已成为除钢铁之外的第二大金属材料,广泛应用于国民经济的各个领域。建国以来,铝一直是国民经济中的短线产品,供需矛盾日益突出,缺口越来越大。
一、电解铝工业的现状分析
1、产能快速增长
我国铝工业是建国后建立并发展起来的， 1954年我国第一家电解铝厂抚顺铝厂建成投产， 设计能力为年产铝锭1． 5 万吨， 槽型为45kA 侧插自焙槽改革开放以来， 在 优先发展铝工业 的方针指导下， 我国铝工业有了突飞猛进的发展 经过近40年的努力， 到1992 年原铝产量突破 100 万吨，2001年产量达到342． 7 万吨， 跃居世界第一位 。2001 年开始， 我国电解铝呈"井喷式"高速发展， 2010 年原铝产量达1696 万吨， 占当年全球铝产量的 40． 4%，十年间年均增长率为20%。
2、产能向能源丰富地区转移
目前我国电解铝厂已遍及全国 24 个省 市 自治区， 截至2010 年底已建成电解铝厂 120 家， 生产能力约2200 万吨/年， 开工率84． 5%电解铝企业的布局主要是靠近资源和能源地区。 在过去十年高速发展中， 新增电解铝产能多数建在河南、 山东、 内蒙古、 青海等资源和能源丰富地区 。
在区域分布上， 中东部地区具备建厂条件的区域基本上已接近产能极限 随着国家电价政策的调整及环境要求的提高， 未来电解铝新增产能将在新疆、 青海、内蒙古等能源丰富、 环境容量相对较大的西北地区 。特别是内蒙古，其有大量的煤矿资源及准格尔煤矿中含有大量的氧化铝成分，为我国发展铝工业提供了丰富的铝矿资源，在国内铝土矿日趋枯竭的今天，必将成为我国资源战略的重点投资方向。
3、消费量随产量同步增加
我国电解铝工业随着铝产量的逐年增长， 其消费量也同步增长 尤其是过去十年中国经济持续高速发展， 带动了铝消费相关行业的高增长率 原铝消费量从 2001 年的 370 万吨上升到 2010 年的1683． 9 万吨， 年均增长率17． 4%
4、消费结构发生变化
上世纪80 年代中期以后， 尤其是进入90 年代，我国铝的消费结构有了很大变化， 尤其是在建筑 交通运输和包装三大领域， 已经逐渐成为铝消费的主体 。三大领域的铝消费量占总量的比例由 1985 年的15%上升到 2010 年的 53%， 接近西欧等发达国家的水平。在铝工业发达国家铝消费量中， 交通 、建筑 、包装等行业的铝消费量占铝消费总量的 70%， 而我国这三项铝的消费量只达 53% 随着我国对房价的限制 汽车轻量化及大飞机的制造， 我国三大消费领域的比例也将发生变化。
我国铝消费水平逐年增长， 已成为世界第一大铝消费国， 但人均消费水平仍低于发达国家水平2010 年我国人均铝消费量为每年 12． 57kg， 高于世界平均水平( 5． 8 公斤/人． 年) ， 但低于发达国家水平( 德国为22． 7 公斤/人． 年)通过比较， 我国与发达国家的铝消费结构和铝消费水平相比都有一定的差距， 说明我国铝工业仍有进一步提高和发展的空间。
5、淘汰落后产能， 应用新型节能技术
2010 年我国电解铝产能中 160kA 及以上槽型占总能力的94%; 300kA 及以上槽型能力占总能力的 50%; 400kA 槽型已有 14 条线运行， 第一条500kA 槽型的生产线已部分形成能力。 电解铝技术的发展继续向大容量槽型进军， 600kA 的槽型即将进行工业化试验。
随着槽型容量大型化， 异型阴极结构电解槽、 新型结构导流槽及高效节能电解槽等节能技术不断推出和应用， 在提高单槽产量的同时大大地降低单位原铝的直流电耗和铝锭的综合交流电耗水平。 2010年我国电解铝行业的平均铝锭综合交流电耗为13979kWh / t － Al， 铝业协会统计的66 家铝冶炼企业中铝锭综合交流电耗最好指标 13182 kWh / t － Al。
二、 电解铝工业的发展方向
1 、全球电解铝工业区位结构的演变。从历史上看,最初的电解铝生产集中于大西洋两岸的北美和欧洲地区。二战之后,随着世界其他地区经济的迅猛发展和工业规模的扩张,电解铝的生产也在非洲、 亚洲、 南美和大西洋等地区逐渐发展起来。随着全球经济结构的调整, 密集型产业逐渐向发展中国家转移,世界电解铝产能在各区域呈现出此消彼长的趋势。在电解铝工业近百年来的发展历程中,经历了两次大的转变,这两次结构性的变化对全球范围内电解铝的生产和消费影响巨大。第一次大的转变是电解铝消费从军用转为民用,由此促进了铝消费的飞速增长。在我国也出现了相似的情况。解放初期直到改革开放前的很长一段时期内,电解铝生产以满足军工需要为主, 直至 1970 年代末, 全国铝产量未能突破 40万吨, 铝的消费量在 50 万吨以下。随着改革开放后铝消费转向民用, 国内的铝消费从此开始急速膨胀, 我国成为全球铝的头号消费国。第二次大的转变是电解铝的生产由消费地向能源丰富、 电价低廉的地区转移。在过去的20 年中,这种趋势非常明显, 即电解铝生产由发达国家和地区逐渐向发展中国家和地区转移。从地域上看, 就是北美、西欧与亚洲、 非洲电解铝产能的此消彼长。这种转移的宏观背景是全球经济一体化的进程在逐步加快,全球范围内产业的兼并重组浪潮方兴未艾,电解铝生产企业面临着日益沉重的竞争压力。近年来电解铝工业发展较快的地区, 要么具有丰富的能源(水电、 煤电、 石油、 天然气) ,电价低廉;要么具有丰富的原料(铝土矿储藏、 氧化铝生产) ; 要么具有巨大的劳动力资源,劳动力十分便宜并且环保的标准较低。
2 、电解铝供应主要靠自己生产。值得注意的是几内亚、澳大利亚、 牙买加和苏里南都是氧化铝资源十分充足的国家,但这些国家除澳大利亚外, 基本没有电解铝生产。由此可认为能源供应的充足与否及电价高低是决定一个地区是否能够发展电解铝工业的最重要条件。过去 10 年中, 全球电解铝产能分布演变的最大特点是电解铝产业向具有能源优势的地区集中, 而且转移有加速的趋势。这是由于西方发达国家加强了环保标准; 同时, 欧洲和美国的电价都有上升的趋向。从产量上也可以看到,欧洲的电解铝产量多年停滞不前,而北美( 主要是美国) 原铝产量逐渐下降, 欧美地区电解铝生产呈明显的萎缩之势。近几年新建扩建的电解铝项目选址主要集中在中东地区, 个别项目落户在南美洲。发达国家近 10年来只有加拿大建了新铝厂及挪威有较大规模的扩建项目, 显然转移正在进行。但是这种转移并不是同步进行的,当欧美地区产能下降时, 其他地区( 除中国以外)的产能扩张并没有同步跟上,造成了供应的真空。如果不是近年中国电解铝工业的快速扩张,全球的铝市场已经面临着严重的短缺。
预计电解铝生产的重新布局需要 10~ 20 年的时间才能完成。期间由于产能的消失与新建不能同步, 全球原铝市场的供应很不稳定。很显然,在未来 5~ 7 年内, 在中国以外地区电解铝产能新建扩建的速度最多只能满足本地需要。如果这期间中国需要进口较大数量的铝锭, 一是难以寻找到充足的货源满足需求;二是中国的购买势必加剧市场的供应紧张,引发铝价的大幅上扬; 三是数以百万吨的缺口依赖于国际市场填补,必将影响国家的经济安全。因此, 中国电解铝工业的战略定位应该确保国内的供应而不至于过分依赖进口,在未来的发展中, 中国电解铝的供应主要靠自己生产。未来几年中,中国铝市场的趋势是加速与国际市场接轨, 国内价格将与国际价格趋于一致。对中国的铝厂来说, 这是一个比较痛苦的过程, 但在这个过程中能够生存下来的企业,将有可能在 5年后获得比较利益。
参考文献：
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关键词：低电压 低极距 低过热度 铝水平 分子比 氧化铝浓度
中图分类号：TF821 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2013）006-066-02
1 降低槽电压容易造成低极距
近年来，我公司一直致力于降低槽电压的工作，二分厂240KA系列平均电压由4.141v下降至4.009v，下降了132 mv，但由此引发了一个新的问题，降低电解槽工作电压后，电解槽的极距也或多或少的减小，而极距的减小容易导致电流效率的降低。如何调整电解槽的技术条件，在较低的工作电压下仍能保持较高的电流效率是我们迫切需要解决的问题。
2 极距的定义及对电流效率的影响
极距指电解槽中铝液与阳极之间的距离，既不易过高也不易过低，一般在4～6cm之间，铝电解时所有的电化学反应都在此区域发生，极距的高低将直接关系到电流效率的高低。极距小时，溶解铝扩散到氧化区的距离短，有时阳极气体直接将铝液面上的铝氧化。极距增大后，熔体对流搅拌作用减弱，扩散层厚度增大，铝损失减少，因此效率将明显提高。但当极距超过一定程度后，电解温度将明显提高，电解质黏度也明显减小，使对流循环加快，铝溶解度增大，又会导致电流效率的降低，同时过高的极距也会使槽电压升高，电耗增大。所以合理极距的确定直接关系到铝电解槽电流效率的高低。
3 在低电压下如何保持较高的极距
3.1 槽电压的组成
槽电压是指电解槽能维持正常工作的最低电压，由电解槽的阳极压降、阴极压降、槽周母线压降、分解与极化压降、电解质压降（极距之间）以及效应分摊电压组成。
3.2 保持较高的极距方法
在低电压下，应通过降低阳极压降、阴极压降、槽周母线压降、电解质压降来保持较高的极距。
3.2.1 降低阳极压降
阳极压降由以下几部分组成：
（1）炭阳极自身压降。主要与炭阳极高度、质量有关。炭阳极高度越高，炭阳极压降越高；据测算阳极高度每增加1cm，阳极压降升高约3.8mv，但阳极高度增高后会降低阳极单耗，需要综合考虑。炭阳极中杂质含量越高炭阳极压降越高。
（2）铝导杆与阳极钢爪的焊接压降。主要与焊接质量有关。
（3）钢爪自身的压降。钢爪直径越大，相应的压降越低。
（4）钢爪与碳阳极之间的压降（简称铁碳压降）。主要与磷生铁成分有关，目前我公司铁碳压降高于其它厂家30mv以上，主要原因是磷生铁成分中硫含量在0.06%左右，而其它厂家一般在0.02%以下，如何脱硫、降低铁碳压降是我们今年攻关的重点。
3.2.2 降低电解质压降
电解质中各组分（氧化铝浓度、添加剂含量）的变化都会影响到电解质自身压降的改变。各组分与电压的关系如下：
lnX=1.9105+0.162CR-0.01738Al2O3%-0.003955CaF2%
-0.009227MgF2%+0.02155LiF%-1745.7T-1
式中：X为电解质的导电率；CR为分子比；T为绝对温度。
通过上述公式可知，电解质的导电率与分子比、氟化锂的浓度成正比，而与电解质温度、氧化铝浓度及其它添加剂的浓度成反比。
通过计算，得出如下结论：分子比（0.1） LiF浓度（1%）、Al2O3浓度（1%）、温度（10℃）、MgF2浓度（1%）、CaF浓度（1%）、对导电度影响依次减弱。
所以，在低电压下只有保持较高的电导率，才能有较低的电解质压降，应采取较高分子比、较低氧化铝浓度、低MgF2浓度和低CaF浓度来保持较低的电解质压降。
3.3 降低槽周母线压降
主要是降低短路口压降和增大铝合金槽罩的绝缘。
3.4 降低阴极压降
阴极压降由以下几部分组成：
3.4.1 阴极炭块本身的电阻引起的压降
主要随以下因素变化：（1）阴极炭块的压降会随着温度的升高而降低。（2）石墨化程度越高，阴极压降越低。（3）阴极炭块的压降会随着槽龄的增加而逐步降低
3.4.2 阴极钢棒的电压降
阴极钢棒的电压降取决于只阴极钢棒的几何尺寸和温度。阴极钢棒的电压降随槽龄的增加而逐步升高。
3.4.3 阴极钢棒与阴极炭块之间的接触压降
在筑炉时一定要将阴极钢棒清洗干净，用捣糊将钢棒与炭块紧密地联结成一体；阴极钢棒与阴极炭块之间的接触压降随槽龄的增加而逐步升高。
4 在极距相对稳定后，应通过保持较低的过热度来提高电流效率
4.1 过热度的控制理论
电解质过热度 T=T-T0 （T为电解质温度；T0为电解质初晶温度）
由上式可以看出，电解质过热度的大小取决于电解质温度和电解质初晶温度的变化。任何导致电解质温度和电解质初晶温度变化的因素都会引起过热度发生变化。
4.2 影响电解质温度变化的因素
（1）槽工作电压。如果升高电解槽工作电压，则能量输入加大，会导致电解槽温度升高，反之，如果降低电解槽工作电压，则能量输入减少，会导致电解槽温度升降低。
（2）铝水平。电解槽的炉膛底部须积存一定数量的铝液（亦称在产铝），其作用：1）保护碳阴极，防止铝直接在阴极表面析出而腐蚀阴极；2）传导阳极中心热量，使电解槽各处温度均匀。升高铝水平，在产铝量加大，电解槽的散热量增大，会导致电解槽温度降低；降低铝水平，电解槽的散热量减少，会导致电解槽温度升高。
（3）保温料厚度。阳极上保温料是维持电解槽热平衡的一个重要因素，增大阳极上保温料厚度会减小电解槽的散热量，导致电解槽温度升高，反之减薄保温料厚度会导致电解槽的温度降低。
（4）分子比。分子比是指电解质中氟化钠与氟化铝的分子数之比，通过添加氟化铝降低分子比可以降低电解质温度。
4.3 影响电解质初晶温度变化的因素
（1）分子比。分子比升高，电解质的初晶温度升高，分子比降低，电解质的初晶温度降低。
（2）氧化铝浓度。氧化铝浓度是指电解质中氧化铝的百分含量，氧化铝浓度越高，电解质初晶温度越低。
（3）电解质种添加剂的种类和含量。添加剂的种类主要有氟化钙、氟化镁、氟化锂，添加剂含量越高电解质初晶温度越低，添加剂的种类不同对电解质初晶温度的影响也不同。
4.4 技术关键
要保持低过热度，应该保持较高的初晶温度和较低的电解质温度。
（1）合理分子比的确定。要保持较高的初晶温度需保持较高的分子比，而保持较低的电解质温度又需要保持较低的分子比，所以太高和太低都不合适，目前分子比基本保持在2.5～2.55。
（2）合理铝水平的确定。由于电压降低了132mv，电解槽的热收入较降电压前有明显减少，在降电压过程中很容易出现电解质收缩、电解质水平偏低的现象，所以铝水平较降电压降低了2-4 cm，目前铝水平大多保持在23～25cm。
（3）提高氧化铝浓度的合格率。合理氧化铝浓度应控制在1.5～3%之间，但由于受气缸漏料、换极、火眼不畅通、人为因素干扰槽控系统等因素的影响，经常偏离正常范围，要加强对设备的维护，提高换极等工序的操作质量，并对浓度异常的电解槽进行控制参数调整，提高氧化铝浓度的合格率。
5 结语
（1）在低电压下，应通过降低阳极压降、阴极压降、槽周母线压降、电解质压降来保持较高的的极距。
（2）在极距相对稳定后，应通过保持较低的过热度来提高电流效率。
（3）通过合理调整技术条件，我公司240KA系列在平均电压降低132 mv的情况下，电流效率基本维持在91%左右，仅较降电压前降低0.5%，吨铝直流电耗也从改造前的13442kwh/t-Al降低至13128kwh/t-Al，取得了明显的节能效果。
参考文献：
[1] 王建军，刘海石，高炳亮.一种含氟化镁电解质体系的温度、密度和导电度论证[J].轻金属，2004（12）.
国网天府新区供电公司 陈浪蛟 马志方
【摘要】在新型导线与普通导线特性对比基础上，结合工程实例及运行经验，指明运用新型导线的优点及缺点;并从输电网新型导线运行角度出发提出新型导线推广应用意见和建议。
【关键词】新型导线;特性对比;殷钢导线;复合材料芯导线
一、前言
近年，很多城市在迎峰度夏期间输电线路出现输送容量受限，导致城区在高负荷期间不得不采取拉闸限电的措施避免线路过负荷跳闸;去年成都电网最大负荷达829万kW，创历史新高，其中成都电网多条220千伏及110千伏主干网架出现断面超限，重要线路超载运行的局面;为缓解成都电网因线路截面小导致的输电断面热稳定性差，输送容量不足带来的成都电网“卡脖子”问题，同时有效利用现有通道资源节约成本，引进一种输送容量更大同时又能耐高温的新型导线势在必行。
二、超耐热铝合金导线与普通导线性能对比
从常规型与新型导线角度导线可分为：钢芯铝绞线、耐热铝合金导线、钢芯软铝绞线、复合材料芯导线，由于成都电网于2011年7月引进耐热铝合金导线（殷钢导线），开始迈出探索新型导线应用的步伐，耐热铝合金导线安全运行周期已超过3年，也为成都电网在新型导线推广应用上积累了一定的经验，本论文将以耐热铝合金导线为论述重点，并以复合材料芯导线（碳纤维芯导线及铝基陶瓷纤维芯导线）为辅助，说明新型导线推广应用的重要意义。
1.钢芯铝绞线
我国输电的架空输电线路以LGJ系列钢芯铝绞线为主，在国际上，这类导线的应用历史已超过了100年;钢芯铝绞线中的硬铝导体的长期使用温度设计为70～90℃（我国目前设计为70℃），导电率在20℃下为61%IACS，输电容量受到了限制并且线损较大。
2.耐热铝合金导线
钢芯耐热铝合金绞线，它的导电部分用耐热铝合金线（TA1）代替了传统钢芯铝绞线中的硬铝线（HA1），把连续使用温度提高至150℃，从而使线路的输送容量大增，达到扩容的目的。
钢芯耐热铝合金绞线中的耐热铝合金线主要有导电率为58%IACS（58TA1）和60%IACS（60TA1）两种，制成的绞线分别称为58TACSR和60TACSR。
在耐热铝合金导线系列中还有导体部分用超耐热铝合金线（UTA1和ZTA1）的钢芯超耐热铝合金绞线（UTACSR和ZTACSR）、用高强度耐热铝合金线（KTA1）的钢芯高强度耐热铝合金绞线（KTACSR）等线种。几种耐热铝合金材料与硬铝线的主要性能列于表1。
表1 几种耐热铝合金材料与硬铝线的主要性能
线种 导体
型号 导电率
（%IACS） 抗拉强度
（MPa） 允许使用温度（℃）
连续 短时 瞬时
耐热铝合金线 TAl ≥58 158?183 150 180 260
60TAl ≥60 158?183 150 180 260
超耐热铝合金线 UTAl ≥57 158?183 200 230 260
ZTAl ≥60 158?183 210 240 280
高强度耐热铝合金线 KTAl ≥55 218?262 150 180 260
硬铝线 HAl ≥61 158?183 90 120 180
从表1对比结果可知：
①所有耐热铝合金线的允许使用温度比硬铝线要高得多，即使是最低的TAl，其允许的连续、短时和瞬时使用温度分别要比硬铝线高60℃～80℃;
②所有耐热铝合金线的抗拉强度与硬铝线相当，其中的高强度耐热铝合金线除了允许的连续、短时和瞬时使用温度分别要高（60～80）℃外，抗拉强度还高了60MPa左右;
③但是，所有耐热铝合金线的导电率均低于硬铝线，而且随使用温度的增加或抗拉强度的提高其导电率反而下降。
把耐热铝合金导线系列中的钢芯改为铝包钢芯后，就分别成为铝包钢芯耐热铝合金绞线、铝包钢芯超耐热铝包钢绞线和铝包钢芯高强度耐热铝合金绞线;因铝包钢具有一定的导电率，可在提供强度的同时可适当弥补钢芯耐热铝合金绞线产品导电率的不足;在应用中提高了使用温度后，因钢和铝的线膨胀系数较大，上述各种钢芯耐热铝合金绞线都存在弛度增大的问题，限制了在某些场合的应用。
殷钢具有钢的基本性能且线膨胀系数很小，用殷钢芯制成的耐热铝合金绞线在高温状态工作时弛度增量很小，如殷钢芯超耐热铝合金绞线和殷钢芯特耐热铝合金绞线等是综合性能接近理想的线种。
但是，因殷钢组份中含有大量的（约36～40%）稀贵金属镍，故价格高昂导致性价比较差。而且，超耐热铝合金和特耐热铝合金的导电率低于普通硬铝，在增容的同时却无法弥补地损失了大量电能。
3.复合材料芯导线
利用二十一世纪最新技术的有机复合材料（碳纤维或铝基陶瓷纤合导电维）替代导线的金属材料（如镀锌钢线、铝包钢线等）承力部分、即作为导线的芯线是一大进步。这种新型复合材料芯具有重量轻、强度大、耐高温、耐腐蚀、蠕变小、线膨胀系数小的一系列优点。
有机复合材料芯（碳纤维或铝基陶瓷纤合导电维）可以做成象传统钢芯一样的多根绞合芯（一般为7根），若用这样的碳纤维芯，在外层绞合导电率为61%IACS的硬铝线，成为碳纤维芯铝绞线（ACFR）;在外层绞合导电率为（58～60）%IACS的耐热铝合金线，成为碳纤维芯耐热铝合金绞线（TACFR）。
碳纤维也可以做成直径稍大的单芯，在外层绞合导电率为63%的梯型软铝线，成为碳纤维芯软铝绞线（ACCC）。
碳纤维芯软铝绞线发挥了复合材料的优点，具有重量轻、强度大、弧垂小、线损少的优点，从理论上说是一种性能接近完善的理想线种，目前还处于试验阶段，主要是碳纤维棒材的寿命还需要在实际运行中得到进一步验证。美中不足的是目前ACCC的价格十分惊人地昂贵，在一般线路上应用的性价比不理想。
各类导线的综合性能比较列表，见表2。
表2 各类导线的综合性能比较表
结构 常用的
钢芯铝绞线 钢芯耐热
铝合金绞线 殷钢芯耐热
铝合金绞线 碳纤维芯
软铝绞线
导电性能 61%IACS （58?60）%IACS （58?60）%IACS 63%IACS
使用温度 70?90℃ 150℃ 150℃ 150℃以上
弧垂特性 标准值 90℃超标准值 满足标准值 小于标准值
能耗 标准值 增加 增加 减小
线损 标准值 增加 增加 减小
载流量 标准值 增（20?25）% 增100% 增100%
外径 标准值 相同 相同 减小
单重 标准 相同 相同 轻15%?20%
拉断力 标准值 相同 略小些 略大些
金具 标准金具 耐150℃金具 耐150℃金具 耐150℃金具
结构复杂
三、成都输电网新型导线典型应用实例
220KV东郊变电站是成东片区的主供电源，为了充分发挥东郊变电站在迎峰度夏期间的作用，缓解成东电网运行的紧张局面;2011年6月，成都电业局决定充分利用停运的220千伏成昭东、西线（同塔双回），并通过增容改造后的110千伏青郊线137#-147#，实现从220KV昭觉站供电到220KV东郊站的目的。
由于110kV青郊线137#-147#段塔型设计荷载有限，只能承载不超过LGJ-240/30的重量，且该工程要求工期短（从定方案到投运结束不超过一个月）属于典型的抢建工程; 同时220千伏成昭东、西线双回并单回后经单回110千伏线路输送到东郊变电站过程中，大容量、大电流与110千伏线路塔型、线径之间的矛盾是实施该工程的主要难点。
本工程通过改造110kV青郊线137#-147#横担后将原来型号为LGJ-240/30的导线更换为STACIR/AW 200?铝包殷钢线，实现单回110千伏线路带双回220千伏负荷的目的，成功解决成都城区建设用地难、电力通道输送瓶颈等现实问题的同时大大降低了工程建设成本;成为成都输电网首次使用新型导线解决实际问题的典型案例，也为成都输电网应用科技成果探索新型导线推广应用之路迈出了坚实一步。
表3 成品导线的结构和特性
Item 名称 Unit单位 Specification 参数
Cable designation 导线名称 - STACIR/AW 200?
Minimum rated tensile strength 最小抗张强度 kN 86.12
Calculated cross section area 计算断面积
Super thermal-resistant aluminum-alloy wire 超耐热铝合金线
Aluminum-clad invar wire 铝包殷钢线
Complete conductor 成品导线
?
?
?
199.21
55.60
254.81
Overall diameter *） 直径
Aluminum-clad invar wire 铝包殷钢线
Complete conductor 成品导线
mm
mm
9.54
20.70
Standard weight *） 标称重量 kg/km 920
Coefficient of linear expansion *） 线性膨胀系数
Up to transition point temperature 到转移点温度
From transition point temperature to 230℃ 从转移点温度到230℃
Above 230℃ 230℃以上
1/℃
1/℃
1/℃
15.1 x10-6
3.7 x10-6
10.8 x10-6
Maximum Operating temperature
最高运行温度 Continuous 长期 ℃ 210
for emergency 短时 ℃ 240
Calculated current carrying capacity *）
计算持续载流量 Continuous 长期 A 1，144
for emergency 短时 A 1，239
表4 STACIR/AW 200?铝包殷钢芯超耐热铝合金线传输容量
导线温升（℃） 导线温度（℃） 载流量（A） 交流电阻（Ω/km）
80 120 793 0.1937
90 130 840 0.1992
100 140 885 0.2047
110 150 927 0.2103
120 160 966 0.2158
130 170 1，004 0.2213
140 180 1，041 0.2268
150 190 1，076 0.2324
160 200 1，110 0.2379
170 210 1，144 0.2434
后续案列：成都电网110千伏侯西、沙西以及110千伏侯红线等重要线路均使用了铝包殷钢导线，大大提高了城区输电网输电能力;同时于2013年9月在220千伏金侯一、二线及220千伏圣石一、二线分别引入了碳纤维芯导线及吕基陶瓷纤维芯导线;新型导线越来越多的应用在各大城市输电网络中，为它的推广应用积累施工运行经验。
型号为STACIR/AW 200?铝包殷钢线及普通导线特性对比。
该导线材质是一种镍铁合金及均匀连续附着在其表面的铝层构成，具体特性如表3所示。
从表3看出殷钢导线有以下优点：（1）计算持续载流量大：型号为STACIR/AW 200?的殷钢导线（计算质量及截面与LGJ-240相当）长期持续载流量达到1144 A;（2）运行温度高：长期最高运行温度达到210℃;（3）殷钢具有钢的基本性能且线膨胀系数很小，用殷钢芯制成的耐热铝合金绞线在高温状态工作时弛度增量很小，当运行温度在230℃以下时弧垂受温度变化影响小。
STACIR/AW 200?铝包殷钢芯超耐热铝合金线传输容量如表4所示。
裸导线的安全载流量（持续容许负荷，A）如表5所示。
从表5不难看出：当殷钢导线运行在210℃时载流量达到1144A，输送容量接近双回LGJ-400的输送容量;而导线截面仅为254.81?，比LGJ-240/30的计算总截面275.96?还要小，计算质量为920 kg/km比LGJ-240/30的计算质量922.2kg/km还轻。
以上数据对比不难发现，在不改变输电线路路径，也几乎不必改造增强铁塔，只需要更换新型导线，线路就能输送更多的电能，达到线路增容的目的。
四、新型导线实际运行中存在的几点问题
一是由于新型导线与传统导线相比，在结构上及材料上均有不同，导致新型导线在特性参数发生了较大的变化，以殷钢导线为列，该导线在不同温度下有不同的线性膨胀系数，导致该类导线在应力弧垂计算过程中不能使用软件计算，增加了理论分析计算难度。
二是新型导线的各种金具均要求能耐高温的特殊金具，且施工过程也有一系列特殊要求施工工艺较为复杂，不利于推广应用。
三是运行经验及技术标准缺乏且新型导线出现缺陷后没有与之配套的防护金具进行修补，不利于开展检修工作。四是由于新型导线价格昂贵，运行单位一般不单独准备备品备件，遇到紧急情况后，各项抢修工作受厂家供货周期因素影响大。
五、结束语
近年，城市发展日新月异，城区电力负荷供需矛盾日渐成为不可忽视的矛盾，因此为解决城市用地难，新建输电通道阻挡多等现实问题，大力推广应用新型导线刻不容缓。但就以上分析情况看广泛推广新型导线还存在一定的困难，只有继续研制成本低廉、性能优良、施工简便的新型增容导线才能大范围推广使用，充分发挥新型导线的经济效益和社会效益。
参考文献
[1]孟遂民.架空输电线路设计[M].北京：中国电力出版社，2001.
[2]陈祥和，田启华.输电杆塔设计[M].北京：中国电力出版社，2001.
[3]华东电力设计院，DL/ 5092-1999110～500kV架空送电线路设计技术规程[S].北京：中国电力出版社，1999.
作者简介：
陈浪蛟（1986―），男，四川成都人，大学本科，国网天府新区供电公司输电运检专责。
主题词：线路增容 耐热铝合金导线
根据泰州市电网规划，泰州境内的35千伏变电站将降压为开闭所或升压改造为110kV变电所；由于35千伏九龙变、永安变于2013年以后进行升压改造。又由于九龙、永安地区负荷增长速度较快，35kV九龙变、永安变目前为2台2万kVA主变，其进线均为2条LGJ-120/20导线。LGJ-120/20线路的最大输送负荷为2.3万kVA（夏季高温时则仅为1.9万kVA），若某个变电所的两条进线中任意一条停运时，剩余的一条将无法供应全部负荷，形成线路“卡脖子”的状况，此时需要其他变电所代供或限制部分负荷，势必对供电可靠性及公司经济效益带来很大的影响。彻底解决该问题的办法，只有对这些变电所的至少一条进线进行增容。
传统的增容改造方案有以下几种：一是对原线路进行换线改造，将LGJ-120/20导线更换为LGJ-240/30导线，更换所有的杆塔或在原线路中插入杆塔，缩小档距、同时减小导线的使用张力；二是再建第三或第四条进线。这两种方法投资过大，尤其是后者，不仅需建设线路，还要增加变电所的扩建，对将要进行升压改造的变电站而言，必将造成投资的浪费，因此存在很大的应用局限性。
耐热铝合金导线是一种性能良好的特种导线,它具有良好的性能价格比,比使用普通导线的综合造价要低许多。在输电线路上推广应用耐热铝合金导线具有显著的经济效益和社会效益。耐热铝合金导线的开发及应用为解决该问题提供了全新的思路。美国早在上个世纪60年代对耐热铝合金的材料进行了研究，日本在开发和研制耐热导线方面进展很快，率先开发出在铝中添加一定含量锆的耐热铝合金导线，并于上世纪60年代开始在输电线路实际应用。在不降低导线抗拉强度和导电率的情况下，提高其耐热性，在原有线路上更换耐热铝合金导线，使传输容量成倍增加，满足了日本国日益增长的供电需求。我国武汉电缆（集团）有限公司开发研究的耐热铝合金导线于1989年通过了能源部、机电部的联合鉴定，随着电力工业的不断发展、城网改造的逐步推进，耐热导线在新建改建扩容线路上逐渐得到广泛的应用。
普通钢芯铝绞线因铝的软化温度低，耐热性能差，按照电力规范其最高工作温度为70℃。耐热铝合金导线由于在铝中添加少量的锆元素，提高了铝合金的再结晶温度，高温下的机械性能得到很大的改善，且对导电率的影响很小，因此其连续工作温度可达150℃。允许工作温度的差别使得耐热铝合金导线允许通过的电流比普通导线要大得多，如普通LGJ-150导线在环境温度为25℃时安全电流为469A（环境温度为40℃时则降为360A），而耐热NRLH58GJ-150/20导线在环境温度为40℃时其安全电流可达699A。一条35kV耐热型NRLH58GJ－150/20铝合金导线的线路理论上可供4.24万kVA的负荷。这样，在老线路上进行改造，将导线更换为耐热铝合金导线，在不改变原有线路铁塔及基础的情况下，即可以达到线路增容的目的。
架空导线因温度变化而伸缩，与这种伸缩相对应的就是导线弧垂的增加。对已架设导线的线路，更换耐热铝合金导线后，当温度的上升超过以往最高使用温度时，导线的弧垂将比更换前更大而带来问题。由于我国尚无法生产温度－弧垂变化较小的高强度钢芯铝绞线，对于因温度造成的影响只能通过提高杆塔的高度及缩小档距的方法来解决因工作温度的上升而导致弧垂增加的问题。
除高温时导线弧垂增大外，耐热铝合金导线还存在输电损耗加大及单价较高的缺点。耐热铝合金导线的导电率比普通电工铝略有下降，如NRLH58GJ-150/20导线的直流电阻为0.2083Ω/km，略大于普通LGJ－150/20导线的0.1980Ω/km，使用耐热铝合金导线在常温下的输电损耗将比普通钢芯铝绞线约大5％,在发热状态时损耗相对要更大一些。此外由于耐热铝合金导线生产工艺较复杂及尚未大面积推广使用等原因，目前其单价较高，如NRLH58GJ-150/20单价为2.4万元/吨左右，而同截面的普通LGJ-150/20导线单价为1.7万元/吨左右。但与此同时，在承载相同电流的情况下，由于导线截面相对较小，杆塔及基础的投资相比普通钢芯铝绞线要小得多。
在扩容改造工程中, 满足系统负荷需要的情况下,采用耐热导线相比于普通钢芯铝绞线，其优点也是很明显的：1.导线截面不需增加2.杆塔基础不需补强3.杆塔高度不需加高4.建设周期缩短。因此整体改造费用要比普通钢芯铝绞线要小。参照耐热铝合金导线的参数及其应用实例，使用耐热铝合金导线及普通LGJ-240/30导线对泰州35kV永安变电所进线（35kV口刁线永安支线）进行改造，技术经济分析如下：
方案一：更换35kV口刁线永安支线导线为NRLH58GJ-150/20。其中更换单回路导线约为3.5km，更换与35kV口宣线永安支线同杆双回路的导线6km，与之同杆架设的35kV口宣线永安支线导线作应力放松处理，需NRLH58GJ-150/20导线约16T，NRLH58GJ-150/20单价为2.6万/T；更换口岸变出线段电缆改为单芯YJV-300 约500米；更换因导线工作温度升高而造成交跨不足的杆塔约8基。改造费用约为140万元，受停电时间影响，工期约需45天。
方案二：35kV口刁线永安支线全线改造，导线更换为LGJ-240/30。由于原有线路的铁塔最大适用导线型号为LGJ-150,受原有线路通道的限制，无法在原有线路上直接进行线路盖在，只能重新选择新的路径。需用LGJ-240/30导线27T，铁塔38基；更换口岸变出线段电缆改为单芯YJV-300 约500米。改造费用约400万元，工期约需80天。
方案一投资少，较方案二节约投资约65%，工期节约35天，缺点是在原线路上进行改造，停电施工时间较长；方案二投资大，工期长，又需占用新的通道。对比分析两个方案，采用耐热铝合金导线的方案一无疑是最佳选择方案。
从以上改造方案分析可看出，耐热铝合金导线与以往使用的钢芯铝绞线相比虽有导线价格高，在高温使用时输电损耗加大等缺点；但是作为增加线路容量的措施，从铁塔建造更换、特殊架线施工、增加导线截面、加大占用空中电力通道、新征用地等技术经济比较来看，其缺点完全可弥补。特别是对于其高温使用时线损加大的问题,正常运行方式下可限制其正常工作温度,当系统运行方式改变时再让其承担输送大负荷的任务,这样即使是线损加大,也是有限的。
中图分类号：TM461文献标识码：A 文章编号：1672-3791(2012)02(c)-0000-00
1 我国电解铝工业质量管理现状分析
我国电解铝工业质量管理现状概括起来，有以下几个方面的问题:
(1)我国电解铝行业的产业结构明显不合理。企业数量多，规模小，且分散，与国外的国际集团化的大公司有差距。
(2)我国电解铝行业的产品结构明显不合理，多数企业生产品种和经营内容单一，产业链脆弱。在产品差别上，普通原铝多、合金铝少。普通铝加工材生产能力过剩，高精度铝板带箔材和军品材生产能力不足，技术含量高的铝加工产品主要依靠进口。
(3)我国铝土矿资源短缺，而且现有的铝土矿90%以上属于高硫、高硅、低铁、难溶的中低品位，冶炼、工艺复杂，生产能耗高，造成国产氧化铝成本相对国外偏高，质量也差。
(4)电解铝产业是一个高能耗产业，电费大约占到电解铝成本的30%至40%，电价的高低，始终决定着电解铝工业的生存与发展，国内国外无不例外。
(5)在针对电解铝行业宏观调控中，税收政策带来了显著的负面冲击。在这些原材料、电价、税收政策的负面因素轮番夹击下，电解铝生产举步维艰。
2我国电解铝工业质量管理存在的问题
通过对中国电解铝工业质量管理现状的分析，对比包头铝业的质量管理现状，主要存在以下的问题:
(l)行业集中程度较差。我国的电解铝行业具有生产企业众多、生产规模小、行业集中度低的特点。由于"九五"期间铝市场需求持续增长、电力工业进行结构调整，国内部分地区出现了建设小电解铝厂的热潮。到2004年底，我国电解铝企业为119家，平均产能仅为约6万吨/年。其中，目前年产量超过10万吨的只有23家。而世界其它国家或地区仅有电解铝企业120家左右，平均产能达184万吨，其中不乏规模接近50万吨的超大型企业。
(2)技术装备水平比较落后。我国铝行业的技术结构呈现两极化:一方面，近年来大型铝生产企业通过技术改造，先进的技术装备得到了较为广泛的应用，生产技术装备水平已经接近国际水平;另一方面，由于"九五"期间众多小型电解铝厂的建成投产，在我国的电解铝产能中，落后的自焙槽电解系列的产能仍占很大比重;电解工艺水平有部分停留在人工化、污染较重的水平上。
(3)产品结构不合理;我国电解铝产量虽然发展较快，但是高附加值产品的开发和生产发展速度缓慢，部分铝产品仍然依赖进口。目前国外电解铝生产企业除了生产标准重熔铝锭外，主要生产压延轧制用铝板锭、挤压用圆锭、电线电缆用线杆、铸造用铝合金等高附加值产品。而我国电解铝生产企业则仍以生产重熔用铝锭为主，产量占总产量的87%，高精度铝板带、A356铸造用铝合金等产品仍依靠进口，我国铝工业的产品结构函待调整。
(4)资源的适应性较差;国内氧化铝产量只能满足国内电解铝生产需求的一半强，其余的由进口补充，由于中国对氧化铝日益增长的巨大需求，使得国际氧化铝价格飞速上涨。又由于我们的企业绝大多数缺乏中长期的战略发展规划，没有或者未保持与海外氧化铝供应商的长期合同关系，氧化铝是通过国外现货市场随机采购，价格相对较高，供货不稳定。
(5)生产成本上升;廉价的人力资源是中国的比较优势，因此在电解铝单项成本的比较中，人工费用中国的电解铝工业占优，可是其余部分如氧化铝、电力、铝用阳极的成本却大大高于西方大企业。据统计，2003年中国的原铝成本远远高于全球五大铝业公司之一的加铝。而现在，我国廉价人力资源的竞争优势正在逐步丧失。
3提高我国电解铝工业质量管理的对策
通过对中国电解铝工业质量管理现状的分析，提出了提高中国电解铝工业质量管理的对策。
3.1 加强设备装备技术，提高电解铝的质量
加强设备装备技术，是有效提高电解铝质量的途径之一。我国的大型预焙槽技术已经走上成熟，从物理场的模拟技术、氧化铝超浓相输送技术、烟气干法净化技术、计算机监测和控制技术到配套的大功率供电电源及高性能的多功能天车和碳素技术等都上了一个新台阶，达到或接近世界先进水平。加强设备装备技术，是提高电解铝质量的可靠保证。通过引进先进的设备装备或通过企业内部的技术改造，加强设备装备技术，来提高电解铝的质量。
3.2 加强工艺生产管理，提高电解铝的质量
加强工艺生产管理，是有效提高电解铝质量的途径之一。具体的措施如下:(1)防止由于技术条件的波动造成电解槽运行不稳定影响原铝质量。(2)根据季节及电流的变化，及时调整槽温等工艺技术条件。(3)做好电解槽炉膛及上口的打补工作，防止原铝质量下降。(4)保持适宜的电解质水平，避免造成原铝质量下降的情况。(5)加强残极情况的检查，根据残极厚度及时调整换极周期，防止阳极底掌化穿。(6)脏料合理添加，专槽专用。(7)及时清理槽四周杂物，防止杂物进入电解槽。(8)做好槽打壳、下料系统的维护检查及多功能天车的维护。(9)做好氧化铝和氟化盐输送过程的管理，防止杂物随原料进入电解槽。(10)做好对氧化铝、氟化盐等原辅料及阳极块质量的监控。
3.3 改善电解铝产品结构，提高电解铝产品的竞争力
世界发达国家的铝工业是以铝产品延伸加工为主，普通铝锭只占20-25%，而中国的电解铝工业基本维持在只生产普通铝锭的基础上，全行业拿到市场上的东西几乎都是普通铝锭，产品结构不合理，使中国的铝工业只能在低水平的层次上发展。只有通过企业的自主创新，或联合有实力的科研院所，不间断的进行具有前瞻性和先导性的产品开发，拿出市场上最紧缺的中高档铝合金产品，才是中国铝工业健康发展的道路。
3.4 加快检验分析技术进步，保证并提高电解铝的产品质量
众所周知，检验分析是工业生产的"眼睛"，在企业中一直占有较重要的地位。从进厂原料、中间过程物料分析，到出厂产品质量控制都离不了理化分析检测。加快分析技术进步，保证并提高电解铝的产品质量，是做大做强做优中国铝工业的保证。
3.5 建成优化铝产业链
优化铝产业链是可以取得最大经济效益与资源利用率最高的产业群体。现阶段，针对中国铝工业质量管理的现状，综合考虑经济效益、资源利用率、市场需求、产品结构等多方面的因素，应该建成区域性(地域性)的优化铝产业链，是可操作性较强的做法。
4 结语
电解铝工业的研究、电解铝工业质量管理情况的研究，能够为国家的宏观调控措施出台提供分析报告，为宏观调控措施的实施提供依据，使宏观调控的政府行为更加具有社会主义市场经济的指导性。从而使电解铝行业更加健康有序的发展。
参考文献
[1]中国质量管理协会编.《全面质量管理基础知识》.科学普及出版社，1988年版.