天津市電力公司表示,該公司將國際先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用于老舊線路改造。截至目前,總長度為11.26km的景衛(wèi)220kV碳纖維復(fù)合芯鋁絞線線路已安全運(yùn)行2年多,成為目前國內(nèi)正在運(yùn)行的同類線路中最長的一條。
據(jù)悉,這種新型導(dǎo)線具有電阻孝耐高溫、耗能低、重量輕等優(yōu)點,與同截面常規(guī)導(dǎo)線相比,可提高輸送能力50%以上,大大提高了用電高峰時段的供電穩(wěn)定性。
2008年,天津電網(wǎng)部分老舊線路實施改造,天津市電力公司在景順路到衛(wèi)國道220kV雙回線路改造工程中首次使用了碳纖維復(fù)合芯鋁絞線。隨著城市的發(fā)展,用電需求不斷增大,城市及周邊地區(qū)的架空送電線路走廊越來越緊張。
該條線路改造工程的施工人員告訴記者,碳纖維復(fù)合芯鋁絞線在送電線路上的應(yīng)用,不占用更多土地,實現(xiàn)了在不改動原有桿塔情況下對老舊線路增容改造,節(jié)省了造價。2年來,該條線路運(yùn)行狀況良好,天津市電力公司已具備碳纖維復(fù)合芯鋁絞線在設(shè)計、施工、運(yùn)行、檢修維護(hù)等方面的經(jīng)驗,為天津市電網(wǎng)線路增容改造提供了技術(shù)支撐。
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碳纖維復(fù)合材料在電線電纜中的應(yīng)用
碳纖維以其固有的特性賦予了其復(fù)合材料優(yōu)異的性能,它具有高比強(qiáng)度、高比模量、耐高溫、耐腐蝕、耐疲勞、抗蠕變、導(dǎo)電、傳熱和熱膨脹系數(shù)小等一系列優(yōu)異性能,從而為其在電線電纜行業(yè)中的應(yīng)用提供了可能和必然。
(一)碳纖維加熱電纜的開發(fā)和應(yīng)用
人們早就知道,以金屬材料為發(fā)熱體的電加熱技術(shù)已在各個領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。但是金屬絲在高溫狀態(tài)下表面易氧化,由于氧化層不斷的增厚,造成了有效通過電流的面積減小,增大了電流的負(fù)荷,因此易燒斷。在相同的允許的電流負(fù)荷面積下,金屬絲的強(qiáng)度比碳纖維低6-10倍,在使用過程中易折斷。
碳纖維是一種石墨的六方晶格層狀結(jié)構(gòu)組成,是一種全黑體材料,因此在電熱應(yīng)用中,表現(xiàn)出來的電熱轉(zhuǎn)換效率高。在特定的條件下,高溫不氧化,單位面積的電流的負(fù)荷強(qiáng)度和機(jī)械強(qiáng)度不發(fā)生改變。
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目前碳纖維加熱電纜的應(yīng)用如下:
低溫輻射發(fā)熱電纜地板采暖系統(tǒng)。
恒溫育雛箱、花房、苗圃、蔬菜大棚等保溫采暖。
道路化雪、機(jī)場跑道化雪:用于混凝土結(jié)構(gòu)中樓面加熱的理想產(chǎn)品,也可以用在融雪裝置中,對屋面雨水和排水管進(jìn)行防霜,還可以用于土壤加熱。
管道、罐體保溫防凍:電伴熱產(chǎn)品近幾年在中國得到了大力的推廣和廣泛的應(yīng)用。其應(yīng)用領(lǐng)域主要集中在石油、化工、電力、鐵路和民用或商業(yè)建筑等。隨著中國電力工業(yè)的發(fā)展,以清潔、無二次污染的電能為主要能源的電伴熱產(chǎn)品市場前景非常廣闊,同時,也為電伴熱產(chǎn)品的性能提出了更高的要求。
足球場草坪、公共綠地土壤保溫:太陽能熱水器電能補(bǔ)充加熱器,主要用于在長期陰雨天或寒冬季節(jié),因光照不足而導(dǎo)致太陽能熱水器水溫不能滿足生活、工程需要時,為補(bǔ)充熱能而設(shè)計的。它具有較強(qiáng)的耐酷暑、嚴(yán)寒和高溫潮濕環(huán)境的性能,并具有防干燒的功能。即使偶爾水箱缺水誤通電,也不至于燒壞電加熱器和水箱,故能確保安全使用。
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(二)碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線的開發(fā)和應(yīng)用
我國是個缺電的國家,不僅發(fā)電業(yè)的發(fā)展滯后,輸電業(yè)的弊端也凸現(xiàn)出來,輸電線路已不堪承受傳輸容量快速擴(kuò)容的需求,由于過負(fù)荷造成的停電、斷電故障頻頻發(fā)生,電力傳輸成為電力工業(yè)發(fā)展的“瓶頸”,各國均在研究新型架空輸電路用導(dǎo)線,以取代傳統(tǒng)的鋼芯鋁絞線,碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線由此應(yīng)運(yùn)而生。
與鋼芯鋁絞線相比,碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線具有以下優(yōu)點:
1.和同樣直徑的ACSR電纜相比,可以提供雙倍的載流容量。
2.有效解決電纜下垂問題。
3.可以在更高的溫度下工作,最高可達(dá)200攝氏度。
4.線芯可以抗腐蝕,而且沒有雙金屬間腐蝕問題。
5.因為可以提供更高的載流容量,所以同時也有效的降低了工程成本。
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6.與相同直徑傳統(tǒng)電纜相比可以多容納28%的導(dǎo)體。
7.高強(qiáng)度線芯可以有效減少電纜架的數(shù)量,或降低電纜架的高度。
8.有效減少電纜下垂,使地面生物更加安全 。
除了上述提及的優(yōu)點外,還可減少傳輸中電力的損耗,減少20%的塔桿,節(jié)省用地,減少有色金屬資源消耗,有助于構(gòu)造安全、環(huán)保、高效節(jié)約型輸電網(wǎng)絡(luò)。
目前世界上只有美國和日本開發(fā)出這種新型導(dǎo)線,他們還達(dá)成默契:不向第三國輸出,日本一家碳纖維導(dǎo)線企業(yè)的產(chǎn)量就占到世界40%左右。
目前我國電線電纜研究所、電力建筑研究院以及國家電網(wǎng)有限公司都已經(jīng)開始了對ACCC導(dǎo)線的試驗研究工作。國內(nèi)電纜廠家也加大與外方合作,將這種新型電纜引進(jìn)到中國生產(chǎn),積極推動我國架空輸電線路的技術(shù)革命。最近福建電網(wǎng)已經(jīng)將該新型導(dǎo)線架設(shè)運(yùn)行。
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(三)在高低溫、腐蝕等苛刻環(huán)境應(yīng)用的可能
碳纖維細(xì)如蛛絲,三型碳纖維比強(qiáng)度是鋼的62倍以上,成形工藝性好,是一代新型工程材料,其彈性量高,抗變性能力比鋼大2倍多,抗拉強(qiáng)度30~40t/cm2pa,而比重還不到鋼的四分之一,是鋁合金的二分之一,高彈模量比鋼鐵大16倍,比鋁合金大12倍。且碳纖維比鋼等柔軟。因此,碳纖維可用于要求能承重、不易損傷內(nèi)部元件的電纜的加強(qiáng)芯,如海底光纜等。
碳纖維可以耐-180℃的低溫,在此條件下,許多材料都變的很脆,連堅固的鋼鐵也變的比玻璃還容易碎,而碳纖維在此條件下依舊很柔軟。因此,碳纖維復(fù)合芯可用于極寒(如南極考察研究等)條件下輸電載體的設(shè)計和制造。
碳纖維又可以耐3000℃~3500℃的高溫,在此高溫下最好的耐熱鋼也變成鋼水,但在沒有氧氣的情況下,碳纖維沒有變化。碳纖維即使從3000℃的高溫快速冷卻到室溫也不會炸裂,因而可在急冷急熱的環(huán)境中工作。這為鋼鐵、冶金、鍋爐等行業(yè)中高溫特高溫場合電纜的設(shè)計提供了可能。此外,碳纖維紗、碳纖維繩、碳纖維布都可用于消防電纜產(chǎn)品的設(shè)計選用。
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碳纖維有超強(qiáng)的耐腐蝕性。金屬中耐腐蝕性最強(qiáng)的是黃金和鉑,在一份硝酸(濃度70%)和三份硫酸(濃度39%)配成的稱“王水”的溶液中黃金、鉑會被腐蝕的千瘡百孔,而“王水”中的碳纖維卻安然無恙。為各種化學(xué)環(huán)境下輕型耐化學(xué)腐蝕電纜的設(shè)計提供了新的思路。