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碳纖維復合芯電纜

文章出處:網(wǎng)絡責任編輯:管理員人氣:發(fā)表時間:2015-06-24【

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容的需求,由于過負荷造成的停電、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線,以取代傳統(tǒng)的鋼芯鋁絞線,碳纖維復合芯導線由此應運而生。

碳纖維復合芯鋁絞電纜 (見圖1)① ( ACCC--Alu-minum conductor composite core reinforced cable) 是傳統(tǒng)鋼芯鋁絞電纜 ( ACSR) 的更新?lián)Q代產(chǎn)品。這種新型電纜具有一系列優(yōu)異性能,是電纜的高端產(chǎn)品。日本和美國已經(jīng)研發(fā)成功ACCC 電纜,并在電網(wǎng)中得到實際應用。我國從美國已購買這種電纜,在多種電網(wǎng)中開始試用。同時,我國已開始研制 ACCC,以取代傳統(tǒng)的ACSR 電纜,這必將使我國架空輸電技術提高到一個新水平。

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圖1:碳纖維復合鋁絞電纜(左)和鋼芯鋁絞電纜(右)


技術關鍵

碳纖維和玻璃纖維復合芯鋁絞電纜,主要采用連續(xù)拉擠法。核心技術是芯棒的制造,關鍵材料是高溫韌性環(huán)氧樹脂。在碳纖維復合芯棒中,碳纖維占35%,玻璃纖維占35%,高溫韌性環(huán)氧樹脂占30%。所用碳纖維的拉伸強度高和斷裂伸長大,因而為所制芯棒提供韌性和耐沖擊性能。所用環(huán)氧樹脂為高溫型的韌性樹脂。這是制造復合芯棒的又一技術核心。這種樹脂固化溫度高達260℃,一般環(huán)氧樹脂648或AG80的固化溫度都低于此值。換言之,這種高溫固化型環(huán)氧樹脂具有特殊的耐熱結構。此外,還需要增韌改性,使所制芯棒具有韌性,而不是硬棒。否則不會通過放線滑輪試驗。連續(xù)拉擠成型是成熟工藝。但制造碳纖維復合芯棒具有一定的特殊性。

工藝流程 本文來自123

將碳纖維筒放在整理架上,單向(0°)集束,包覆玻璃纖維,浸漬環(huán)氧樹脂膠液,通過鋼制???,以控制直徑,然后通過固化爐,固化成型。芯棒直徑可在0.19~19mm范圍內調節(jié),拉擠速度可在2.7-18m/min范圍內調節(jié)。


性能分析

1. 與ACSR電纜相比,可有效提高29%載流容量,減少輸電損失6%
一方面,由于碳纖維復合芯強度高于鋼芯,因而芯棒直徑比鋼芯細,可容納的鋁線多,加之,ACCC的梯形截面,導線排列更緊密,因此總體上導電截面更大。與傳統(tǒng)的ACSR相比,載流量提高29%左右的載流量。此外,ACCC不存在傳統(tǒng)鋼絲的磁損和熱效應,可有效減少輸電損失6%。

2. 線膨脹系數(shù)小、弛度小
首先,ACCC導線具有顯著的低弛度特性,ACCC的線膨脹變化僅為ACSR的9.6%,下垂度不到ACSR的1/2;其次,ACCC復合芯可在急冷急熱的環(huán)境中工作,例如,上至200℃,下至-180℃的極寒低溫,任然可以用于輸電載體的設計和制造。因此,碳纖維復合芯不僅能夠適應溫差變化,還有效減少架空電纜的絕緣空間,提高導線運行的安全性。 123456

3. 重量輕、強度高、破斷力大
ACCC的復合芯的密度約為1.9g/cm3 ,而ACSR的芯材密度要高出4倍(約為7.8 g /cm3 ),同時,ACCC的拉伸強度為2399MPa,是ACSR的1.97倍。要知道,電纜的承載外力主要由芯材承擔。而碳纖維復合芯相比鋼絲不僅具有重量輕、強度高的優(yōu)勢,還大大提高了30%的破斷力。

4. 耐腐蝕性
ACCC復合芯可以避免ACSR線芯的雙金屬間腐蝕的問題。更重要的是,ACCC芯棒外層包覆著玻璃纖維層,該層能起到絕緣功能,有的產(chǎn)品還在玻璃纖維外層包覆四氟乙烯使芯棒與鋁線完全絕緣,免受電腐蝕(見圖2:碳纖維復合芯鋁絞電纜的界面圖)。


圖2:1、碳纖維環(huán)氧樹脂復合材料內芯;2、玻璃纖維增強環(huán)氧樹脂復合材料外芯;3、第一層梯形鋁導線;4、第二層梯形鋁導線;5、保護性涂層。 123456


ACCC在中國市場的應用概況

• 遠東控股集團---遠東控股集團與美國CTC公司保持密切合作,于2009年3月合作成功把碳纖維的應用拓展到了電力領域,推出的碳纖維導線具有強度高、重量輕、弧垂小、導電率高、載流量大、運行溫度高等優(yōu)良特性,解決了輸變電行業(yè)中大容量與低損耗并存的系統(tǒng)性技術問題,并已經(jīng)在全國40余條輸電線路掛網(wǎng)運行。碳纖維導線的出現(xiàn)顛覆了傳統(tǒng)的鋼芯鋁絞線輸電,被業(yè)內專家譽為輸變電領域的革命。2011年1月,遠東碳纖維復合導線在北京掛網(wǎng)運行。

• 福建省龍巖電業(yè)局---2006年7月,我國首條220kvACCC碳纖維復合碳纖維復合芯導線在福建省龍巖電業(yè)局園田塘變電站至曹溪變電站220kv線路掛網(wǎng)運行,導線全長5.2km。工程利用原線路鐵塔及大部分金具瓷瓶等原設備,改造后使該線路輸送容量提高了一倍。工程正式施工與常規(guī)導線工程改造相比至少縮短了3個月的工期。既滿足了增容要求,同時縮短了改造舊線路的施工、停電時間。2007年2月,由福建南平市電業(yè)局投資引進的ACCC碳纖維復合導線,在南平市區(qū)220kv古楊Ⅱ線較密集地段掛網(wǎng)并正式投入運行,導線全長3.9km。

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• 江蘇無錫---2006年10月,江蘇無錫110kv孟村至陸區(qū)4.1km長的ACCC導線順利建成竣工投運,這是我國首次在110kv線路工程中使用碳纖維復合材料導線。應用此種新型導線,對于需要較大載流量的蘇南地區(qū)來說,效益十分明顯。以無錫地區(qū)為例,常規(guī)的110kv回線路新建的綜合造價約為80萬元/km,而采用碳纖維復合芯鋁絞線,其每公里的投資僅需約50萬元,能夠節(jié)約近40%的費用,可大大減少工程投資。

• 浙江寧波送變電公司---2007年,浙江寧波送變電建設公司對220kv河慈、河溪線兩回導線實施增容改造,總長35km的普通鋼芯鋁絞線被換成遠東復合技術有限公司和美國CTC公司生產(chǎn)的ACCC碳纖維復合芯導線,改造后,兩條線路共增容30萬KW•A,極大地緩解了慈溪地區(qū)困擾已久的電網(wǎng)卡脖子問題,對慈溪地區(qū)迎峰度夏期間減少拉限電起到了重要作用。

• 河北硅谷化工公司---2007年,河北硅谷化工公司投資2億元建成年產(chǎn)1200噸高性能碳纖維生產(chǎn)線,填補了國內空白,為我國大批量生產(chǎn)碳纖維復合芯導線提供了核心材料。2008年10月份,該公司又籌資3.8億元開工建設碳纖維復合芯導線生產(chǎn)線,建設期兩年。2009年2月18日華北電網(wǎng)公司完成碳纖維導線自主研發(fā)項目由華北公司牽頭,華北電力科學研究院有限責任公司為技術總負責單位,河北硅谷化工有限公司、山東大學為協(xié)作單位。經(jīng)過項目組的努力,目前已經(jīng)實現(xiàn)了碳纖維復合芯的完全國產(chǎn)化,完成了碳纖維導線的自主研發(fā),并在華北電網(wǎng)500千伏萬順三回線掛網(wǎng)試運行。 123456

天津電網(wǎng)---2008年,天津景衛(wèi)220千伏線路碳纖維復合芯鋁絞線總長度11.26千米,試運行一年以來安全穩(wěn)定,是目前國內正在運行的碳纖維復合芯鋁絞線最長的一條。天津公司針對施工中導線受力狀態(tài)下相關參數(shù)進行了測定,已具備ACCC導線在設計、施工、運行、檢修維護方面的初步經(jīng)驗。

• 河南謝安---2009年8月,110V泰康高朗輸變電工程碳纖維復合芯鋁絞線順利通過驗收,這是ACCC在河南省首次用于110V輸電線路,對今后高壓電里輸電線路使用ACCC電纜提供有價值的運行數(shù)據(jù)。

• 三普藥業(yè)---2011年,三普藥業(yè)公司完成醫(yī)藥行業(yè)重組工作,轉型發(fā)展碳纖維電纜。隸屬于遠東集團電纜業(yè)務。


發(fā)展建議

首先,一直以來碳纖維材料價格導致的建設成本過高是制約產(chǎn)業(yè)化應用的關鍵。例如,我國福建電網(wǎng)從美國CTC公司購買了60公里ACCC導線應用在福建省廈門和福州電網(wǎng)中,其價格水平為15萬元人民幣/公里。這比我們一直使用的鋼芯鋁絞線的價格要高3-5倍。但是相信隨著碳纖維質量提高,產(chǎn)量擴大價格下降,必將有利于 ACCC 電纜的推廣使用。 內容來自123456

其次,碳纖維復合導線金具直接制約了導線的推廣應用。據(jù)國家電網(wǎng)公司稱,目前碳纖維復合芯導線采用的配套金具具有大長度、大直徑特點,其中接續(xù)金具總長度達到170厘米左右,不能順利通過放線滑車,導致目前碳纖維復合芯導線的放線施工均采用定長距離、分段放線的施工方法,需頻繁轉場,施工難度、施工周期及費用大幅度增加,甚至在地形條件惡劣區(qū)段無法施工,構成了碳纖維復合芯導線推廣應用的瓶頸。據(jù)悉,華北電網(wǎng)已經(jīng)聯(lián)合相關院所自主研發(fā)了碳纖維復合芯配套金具,包括耐張線夾、接續(xù)管,并通過了一系列試驗,一定程度上解決了電纜線展放的問題,有效降低長距離路段的施工難度。

相信,ACCC電纜將會隨著我國碳纖維及其配套金具工業(yè)的發(fā)展迎來良好的應用前景。
 
 

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