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我國目前銅鋁複合排的應用和發展方向
時間::2017-09-28
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 我國目前銅鋁複合排的應用和需求狀況

 
一、銅鋁複合排應用領域
 
    銅鋁複合排作為大電流導體材料,主要用於電控、配電等設備。配電設備包括:中低壓成套開關設備、箱式變電站、中壓封閉母線、低壓母線槽、變壓器、電抗器等。電控設備包括:風電光伏等新能源控製設備;通訊、電解、電鍍等電源設備;石油鑽機、冶煉等石化煉油控製設備;礦井提升、各種調速控製設備等傳動控製設備及軋機等冶金控製設備。配電設備廣泛應用於高層建築、現代化工廠、商業廣場、軌道交通等國民經濟各個行業的供電。電控設備廣泛應用於製造行業各種機器設備的運行控製。
 
二、銅鋁複合排需求分析
 
    1、配電設備
    低壓成套開關設備全國有規模的的生產企業超過1000家,2012年中國電器工業協會電控配電設備分會統計了上報的102家資料:換算到1000家,低壓開關櫃480萬麵(1622億元),母線槽1246萬米(337億元),每麵低壓櫃平均用銅120kg,折合銅鋁複合排60kg,480萬麵需複合排約29萬噸。每米母線槽平均用銅30kg,折合成複合排約16.8kg,1246萬米需複合排21萬噸。低壓配電設備共需50萬噸。中壓配電設備需求量約是低壓的20-25%,因此,中壓配電設備年需銅鋁複合排也有10萬噸。高低壓配電設備需銅鋁複合排合計約60萬噸。
 我國每年新增裝機容量1億kW,需中壓開關櫃100多萬麵,低壓開關櫃500萬麵左右,母線槽2010年產值超300億元,與上述統計基本吻合。
2、電控設備
 風電、光伏等新能源控製設備是正在發展的行業,對導體的需求量越來越大。城市軌道交通發展也非常迅速,全國36個城市線網規劃和建設規劃已獲批,也會增大銅鋁複合排需求量。電控設備年需銅鋁複合排在10萬噸以上。
兩項合計,年需銅排約140萬噸。若全部替代,銅鋁複合排約需70萬噸,用銅31.5萬噸,可節銅 108.5萬噸,增加用鋁38.5萬噸。
 
三、國家各行業大力支持銅鋁複合排發展
 
有色、電器、電力、建設、機械等行業和產品認證、標準部門為銅鋁複合排的推廣應用做出了很大的貢獻。
(一)有色金屬工業協會
2007年,對銅鋁複合排組織了科技成果的專家鑒定。2012年組織了銅鋁複合排產業化生產線的專家鑒定,該協會利用各種場合對銅鋁複合排進行宣傳推薦。
(二)電器工業協會
2010年,組織製訂了中國電器工業協會標準CEEIA B220-2010《電工用銅鋁複合母線》,對銅鋁複合母線的推廣起了重要作用。2008年至2011年在全國聯合設計的GCK2低壓開關設備、24kV箱變、新型節能母線槽中都選用銅鋁複合母線做導體。試驗成功後,先後三次組織專家鑒定會,對成套開關設備中采用銅鋁複合母線給予了極高的評價。
電纜分會(上海電纜研究所)進行了“銅鋁複合母線的應用技術研究”並進行了大量試驗,包括可靠性試驗驗證。
(三)電力企業聯合會
組織製訂了電力行業標準DL/T247-2012《輸變電設備用銅包鋁母線》,組織了銅鋁複合母線的《中國電力認證》。有些供電公司還發了文件,在該地區推廣銅鋁複合排母線槽。
(四)國家住建部
中國建築標準設計研究院編製了設計參考圖集《銅鋁複合母線》。中國航空工業規劃設計研究院組織九大設計院編製的《工業與民用配電設計手冊》第四版增加了銅鋁複合母線設計選型的內容。
中國建築設計研究院、航空院、航天院、中元國際等住建部十多家大型設計院舉辦了銅鋁複合母線的設計選型技術交流會。
(五)國家機械係統
機械係統已有十個設計院舉辦了銅鋁複合母線的設計選型技術交流會,並已在上百個工程項目設計中選用了銅鋁複合母線,取得了顯著成效。例汽車、石油、鐵路行業等建設工程中母線槽都選用了銅鋁複合排作導體,部分項目已經投入運行。
(六)國家質量認證中心
在銅鋁複合母線的“CQC”認證及下遊產品低壓成套開關設備、母線槽的3C認證工作中做了大量工作,給予了大力支持。
(七)國家標準委
銅鋁複合母線是電工材料,其標準歸口是全國裸電線標委會,已編製頒布的行業標準有能源行業標準NB/T42002-2012和機械行業標準JB/T11599-2013《電工用銅包鋁母線》。全國架空線路標委會組織製定了電力行業標準DL/T247-2012《輸變電設備用銅包鋁母線》。
國家有關部門、行業領導專家和相關企業大力支持銅鋁複合母線行業的發展,將有利於擴大鋁應用,節約銅資源,實現以鋁節銅,對我國有色金屬資源的綜合利用具有重要意義。
 
四、銅鋁複合排應用技術
 
 銅鋁複合排是電工材料,應用在電控、配電設備領域,因此應用技術研究是推廣應用的關鍵。
(一)用戶最關心的問題
 1、銅鋁複合母線的使用可靠性,使用壽命能否滿足成套電氣設備的要求。
2、兩種材料熱漲係數差別較大,銅鋁複合母線能否承受熱脹冷縮產生的應力。
3、銅鋁複合母線與銅母線兩種導體的載流量如何換算。
4、能否承受短路電流產生的動、熱衝擊,動、熱穩定設計時怎麽校驗。
5、采用什麽設備進行衝孔、折彎、剪切加工,加工中銅鋁結合麵能否保持完好;表麵能否焊接,端麵如何保護等等。
 用戶提出的這些問題就是應用技術研究要解決的問題。
 
 (二)應用技術的研究
1、根據用戶提出的可靠性、熱脹冷縮應力的影響、加工方法等問題導出了銅鋁界麵結合強度的概念、定義、表達方法、參數的要求、測試方法等。通過大量試驗,得出了影響界麵結合強度的各種因素,確定了正確的生產工藝流程。確定了界麵結合強度的最低要求。
2、銅鋁複合排導電性能的研究,根據配電設備的結構要求,成本的要求,確定了銅層體積比的最佳比例參數。還測定了銅鋁複合排典型規格的載流量,製訂了載流量表,填補了國內空白。
3、進行了銅鋁複合排機械性能的研究,確定了抗拉強度、延伸率等參數,進一步確定了它的彎曲性能和加工工藝。以上這些都為製定產品標準和推廣應用奠定了基礎,準備了資料。依據這些研究成果,已製定了電力、能源、機械三個行業標準。
4、銅鋁複合母線的下遊產品低壓成套開關設備、母線槽都要進行國家強製性認證。為此,國家電控配電設備質量監督檢驗中心(天津),國家節能產品質量監督檢驗中心(濟南)對采用銅鋁複合排的低壓成套開關設備進行了3C型式試驗,已取得3C證書的企業有400多家。低壓開關櫃有GGD、GCK、GCS、MNS等;母線槽有長城母線槽公司的CCX168SJ,全國聯合設計的CMLJ、CKLJ、CFLJ等母線槽生產企業的產品。
 5、為了在成套電氣設備中推廣應用銅鋁複合排,並嚴格控製其質量,國家認監委TC24工作組立項研究“銅鋁複合排在低壓成套開關設備中的應用”。中國質量認證中心(CQC)頒布了“銅鋁複合母線CQC認證實施細則”。通過了CQC認證的銅鋁複合母線,就可用於強製性認證的下遊產品中作導體。
6、為設計院設計選型銅鋁複合母線作導體提供依據,中國建築標準設計研究院編輯出版了《銅鋁複合母線》設計參考圖集,內容包括銅鋁複合母線的型號、規格、加工、安裝指導、載流量及銅鋁複合導體母線槽等資料,該圖集2013年7月出版。正在修訂的第四版《工業與民用配電設計手冊》也將銅鋁複合母線的設計選型資料列入其中。