銅鋼復合材料及其在變電站地網(wǎng)中的應用前景

摘 要：近年來，變電站安全事故頻發(fā)，究其主要原因為接地網(wǎng)腐蝕，且其已經(jīng)成為了威脅電網(wǎng)安全的頭號殺手。在本案，筆者簡要闡釋了銅鋼復合材料的生產(chǎn)工藝、性能指標及連接方式等，并就其經(jīng)濟性進行了簡要介紹，以此探析銅鋼復合材料在變電站地網(wǎng)中的應用前景。

關鍵詞：銅鋼復合材料 變電站地網(wǎng) 應用前景 經(jīng)濟性

中圖分類號：TM862 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）04（a）-0150-01

1 銅鋼復合材料的生產(chǎn)工藝及性能

1.1 生產(chǎn)工藝

就銅鋼復合材料而言，銅表面應該完全包裹鋼材（即包括銅包鋼棒材、銅包鋼扁鋼及銅包鋼線材等的銅包鋼），只有經(jīng)這樣處理后的銅鋼復合材料方可用于變電站接地網(wǎng)。在本章節(jié)，筆者將從以下幾個方面簡述銅鋼復合材料的生產(chǎn)工藝。

（1）電鍍法或電鑄法：該生產(chǎn)工藝具備施工過程中易損壞銅鍍層、銅包鋼線材的銅鍍層較薄、銅鍍層導電性差及其所含雜質(zhì)較多、銅包鋼線材生產(chǎn)環(huán)節(jié)所造成的環(huán)境污染大等特點。電鍍法或電鑄法生產(chǎn)銅包鋼的工藝的發(fā)展在國內(nèi)外均較成熟。

（2）冷拉包覆法：該生產(chǎn)工藝具備成本低、操作簡單及鋼芯與銅間易分層（即結(jié)合力不強，其是鋼芯加速腐化的關鍵）等特點。冷拉銅包鋼即將鋼棒（除銹及除油完畢）引入鋼管，并在拉絲模及拉絲機等共同作用下，經(jīng)鋼管塑性變形處理而與鋼板牢固地緊束在一起。

（3）熱浸鍍法：該生產(chǎn)工藝主要用于生產(chǎn)高質(zhì)量的銅包鋼線材，即鋼芯與銅層間可塑性好、結(jié)合力好且銅附著比范圍大等。此外，該生產(chǎn)工藝還具備成本低的優(yōu)點。熱浸鍍法是銅鋼復合材料生產(chǎn)的新型工藝模式，其在我國國內(nèi)的發(fā)展及應用尚不成熟，還需進一步研發(fā)及推廣應用。

1.2 性能

（1）導電性能好，即銅鋼復合材料的電導率等同于鍍鋅鋼的2倍。就理論角度而言，若要疏導大小相等的電流，銅包鋼的截面積將遠小于鍍鋅鋼。

（2）抗腐蝕性強。研究結(jié)果顯示，銅包鋼在地質(zhì)條件惡劣的環(huán)境下的使用壽命及抗腐蝕性能均具備極強的優(yōu)勢。

（3）機械強度高，即若實心銅棒與銅包鋼的截面相等，則后者的抗拉強度（≥600 Mpa）約等于前者的2倍。由此可見，銅包鋼在承受巨大負荷及沖擊方面的明顯優(yōu)勢，且其亦支持直接將垂直接地體打入地下，以便簡化施工工序。

（4）電阻率低，且在降低接地電阻方面發(fā)揮著重要作用。

2 連接方式

近年來，隨著變電站地網(wǎng)事業(yè)的發(fā)展，接地連接方式也越來越引起來社會及業(yè)內(nèi)的廣泛關注。銅鋼復合材料的變電站接地網(wǎng)連接方式以螺栓連接、壓接線夾連接及放熱焊接等為主。就壓接及螺栓連接等機械接頭而言，其電路通暢得以維持的主要方式為材料表面“點”接觸。該接線方式易造成線路老化及腐蝕等問題。就放熱焊接而言，其屬于永久性焊接，則其具備以下特點：連接點屬分子結(jié)合，即無機械壓力及接觸面，從而避免了電阻的增加及線路的松弛，且其也具備極強的抗腐蝕性；散熱面積大，且導體與通電流能力相當；接頭熔點高，從而實現(xiàn)了接地材料使用溫度的提高及工程造價的降低。

現(xiàn)階段，放熱焊接連接方式已經(jīng)成為了變電站接地網(wǎng)銅材的主要連接方式。但是，該連接方式在我國的發(fā)展尚不成熟，尤其是放熱焊接藥粉，以至于接焊接頭的使用溫度與銅的熔點（1084 ℃）間存在較大差距，則我國相關廠家及科研機構(gòu)應對其做進一步的研究。

3 經(jīng)濟性分析

3. 1材料費用

表1中表列出了熱鍍鋅鋼、銅鋼復合及銅材的投資及性能比對情況。

就截面設計而言，由于銅鋼復合材料的熱穩(wěn)定性及導電率均比熱鍍鋅高，則其有助于變電站接地網(wǎng)截面的設計面積的降低，加之銅鋼復合材料的價格比銅材更低，則就一次性投資比值而言，銅鋼復合材料的經(jīng)濟性比值處于銅材與熱鍍鋅鋼間，但其全周期壽命更高，即50 a。就500 kV變電站而言，其所用材料的經(jīng)濟性估算情況見表2所示。

由表2可得，銅鋼復合材料所用材料的經(jīng)濟性略次于熱鍍鋅鋼，但因銅鋼復合材料的使用壽命比熱鍍鋅鋼更長，則前者的性價比遠優(yōu)于后者。此外，變電站接地網(wǎng)材料使用壽命的提高將有助于接地網(wǎng)開挖維修費用及次數(shù)的降低。

3.2 施工、維修及改造

銅鋼復合材料應用了放熱熔接連接技術，該技術具備無需防腐處理、操作方便等優(yōu)點，則有助于施工工藝及簡化及接頭整體質(zhì)量的提高。接頭在接地網(wǎng)中扮演著重要的角色，且放熱熔接接頭具備通流能力強及抗腐蝕性能高等優(yōu)點，這是鍍鋅鋼焊接接頭所無法比擬的。此外，銅包鋼接地網(wǎng)長時間皆無需改造，則就長遠利益而言，銅鋼復合材料具備極強的投資價值。

4 結(jié)語

綜上所述，銅鋼復合材料具備強度高、抗腐蝕性強、經(jīng)濟性好、焊接接頭質(zhì)量高及施工方便等優(yōu)點，這是銅材及鍍鋅鋼所無法比擬的。由此可見，銅鋼復合材料良好的應用價值。但是，銅鋼復合材料在我國電網(wǎng)系統(tǒng)中的應用尚不成熟，即缺乏相關的技術規(guī)范及標準等，且使用及設計均具有一定的盲目性。所以，銅鋼復合材料就設計及應用方面尚需進行深入地試驗及研究，以確保銅鋼復合材料及接頭能夠滿足變電站接地網(wǎng)所需電氣、機械及腐蝕性能的要求。

參考文獻

[1] 劉波.銅鋼復合材料和放熱焊接技術在石油化工企業(yè)接地系統(tǒng)中的應用[J].中國新技術新產(chǎn)品，2011（8）：14.