該工程配套送出線路分為3條，為1000千伏大唐錫林浩特電廠—勝利變輸電線路、1000千伏北方勝利電廠—勝利變輸電線路、1000千伏神華勝利電廠—勝利變輸電線路，線路總長為52.5千米。其中，錫林段工程是全國首條采用碳纖維導線設計的1000千伏特高壓項目。

 

       據(jù)悉，這是世界首條應用碳纖維復合材料芯導線的特高壓試點示范工程。

 

       該工程投產(chǎn)后，預計年輸送電量132萬千瓦時，將進一步改善華北特高壓交流網(wǎng)架結構，增強系統(tǒng)抵御嚴重故障的能力，確保錫盟煤電基地電源安全可靠送出。

 

       碳纖維復合芯導線是一種采用環(huán)氧樹脂浸潤碳纖維、玻璃纖維后，固化形成碳纖維復合芯并在其外層絞合梯形鋁線的架空裸導線。由碳纖維復合芯與外層鋁線同心絞合而成，與傳統(tǒng)鋼芯鋁絞線相比，在選材方案和結構設計方面均實現(xiàn)了重大突破，具備節(jié)能、大容量、低弧垂、耐高溫、強度高、重量輕、耐腐蝕、防覆冰等優(yōu)點。

 

 

      采用63%IACS的高導電率軟鋁，降低電阻率約2%；

 

      致密的型線絞線設計，同外徑下鋁截面較鋼芯鋁絞線增加約28%；

 

     復合材料芯不會引起磁滯、渦流損耗和熱效應，降低交流電阻約6%；

 

     與同外徑鋼芯鋁絞線相比，碳纖維復合芯導線降低電阻約35%，減少線損30%以上，極大降低了輸電成本，減少CO2 排放，兼具經(jīng)濟效益與社會效益。

 

 

       內(nèi)部結構致密，同外徑下鋁截面比鋼芯鋁絞線增加約28％，常溫運行增容30%；
 

       碳纖維復合芯導線的材料特性允許在180℃高溫下持續(xù)運行，高溫運行增容2倍以上；

 

       與鋼芯鋁絞線相比，同外徑的碳纖維復合芯導線可以傳輸更大電流，實現(xiàn)倍容效果。

 

 

       碳纖維復合芯棒的線膨脹系數(shù)小于2×10-6℃-1，遠低于鋁,熱拐點（約70℃）以上時弧垂增量由芯棒決定，僅為普通鋼芯鋁絞線的1/10，可以有效保證高溫運行時的對地安全距離。

 

 

       遭遇5級龍卷風后、鋁股損壞、芯線完好

 

       碳纖維復合芯棒的抗拉強度可達2400Mpa以上，是普通鋼芯的2倍以上。

 

 

       應用于大跨越工程

 

       同等鋁截面的碳纖維復合芯導線重量約為鋼芯鋁絞線的60％～80％。

 

       耐腐蝕、自阻尼特性優(yōu)越

 

 

      耐腐蝕，碳纖維與玻璃纖維化學性質(zhì)穩(wěn)定，具備優(yōu)越的耐腐蝕特性。芯棒外層玻璃纖維絕緣，可避免電化學腐蝕，適用于高腐蝕環(huán)境；

 

      自阻尼特性優(yōu)越，碳纖維復合芯導線振動阻尼有效性比鋼芯鋁絞線高10倍到30倍，可有效防止導線風舞動。

 

 

       應用于嚴寒環(huán)境工程

 

       防覆冰，碳纖維復合芯導線內(nèi)部結構致密，有效防止積水覆冰；

 

       碳纖維復合芯導線的高強度、低弧垂特性，確保在覆冰情況下的線路安全運行

 

       碳纖維復合芯導線可與線路融冰裝置配合使用，通過升高導線溫度，在保持弧垂基本不變的情況下快速融冰。

 

       碳纖維復合芯導線載流量大，增容和裕容特性優(yōu)異。碳纖維復合芯導線通過以下方法實現(xiàn)增容：它采用軟鋁替代硬鋁，導電率從61%IACS增到63%IACS；與鋼芯鋁絞線相比，碳纖維復合芯導線可在160℃下運行，因此可提高運行溫度，實現(xiàn)高溫增容；與傳統(tǒng)圓線結構相比，碳纖維復合芯導線外層采用型線結構，相同外徑下，導線鋁截面填充率可以增加10%-30%；在單位長度等重量的情況下，碳纖維復合芯導線的鋁截面比鋼芯鋁絞線增加10%-30%。

 

       對已建線路改造工程，在不更換原有桿塔的情況下，采用碳纖維復合芯導線，可以成倍提高線路輸送容量。對新建線路，尤其是輸送容量不穩(wěn)定或需求不明朗的新建線路，采用碳纖維復合芯導線能提供強大的裕容能力，滿足未來區(qū)域輸送容量的增長要求，并可適應輸送容量的大落差波動，增強線路對輸送容量變化的應變能力。

 

       碳纖維復合芯導線重量輕、強度高、安全性好。普通鍍鋅鋼絲的密度為7.8kg/dm3，強度在1240Mpa-1340Mpa之間，而碳纖維復合芯的密度為2.0kg/dm3，是鍍鋅鋼絲的1/4，強度分為兩個等級：2100Mpa和2400Mpa?？梢娞祭w維復合芯導線的重量輕，強度高，安全性更好。

 

       碳纖維復合芯導線初始弧垂及弧垂變化小，綜合經(jīng)濟性較好。碳纖維復合芯導線拉重比大，線膨脹系數(shù)小，線路架設的初始弧垂小，運行過程中弧垂變化少，因此可降低桿塔高度，節(jié)約桿塔數(shù)量，減少塔基占地面積，從而節(jié)約土地資源，降低輸電線路綜合建造成本。

 

       碳纖維復合芯導線傳輸損失小，節(jié)約能源。在相同外徑、相同傳輸容量下，碳纖維復合芯導線的線損更低，可以節(jié)約能源，降低線路運行成本。

 

       碳纖維復合芯導線有較好的防覆冰和耐覆冰特性，環(huán)境適應性好。碳纖維復合芯導線可以輸送更大的負荷，運行線溫可更高，且外徑光滑，因此具有很好的防冰性能。同時，由于強度高，碳纖維復合芯導線具有更好的耐覆冰性能，可以在北方寒冷環(huán)境中使用。

 

       碳纖維復合芯導線耐環(huán)境老化性能好，壽命長。碳纖維耐腐蝕，碳纖維復合芯導線對酸雨等環(huán)境具有極強的抵抗力，也避免了傳統(tǒng)導線在通電時鋁線與鍍鋅鋼線之間的電化學腐蝕現(xiàn)象，具有優(yōu)異的介電性能，使用壽命長。

 

 

       為解決現(xiàn)有輸電線路導線弧垂過大，對地凈距離不足的問題，20世紀90年代，日本開發(fā)出新型碳纖維芯鋁絞線，以替代傳統(tǒng)的鋼芯鋁絞線。

 

       這種復合材料芯線主要由碳纖維和熱硬化性樹脂構成。用12000根直徑為7μm的聚丙烯晴碳纖維，涂上未硬化的熱硬化性樹脂絞在一起，再纏上有機纖維形成一根股線，然后，用7根股線絞成合成絞線。再經(jīng)過最后的熱處理使樹脂完全硬化，形成復合材料芯線。

 

       美國CTC(Composite Techonology Comporation)公司成功開發(fā)了新型復合材料合成芯導線。其系列ACCC(復合芯鋁絞線)導線芯是由碳纖維為中心層，和玻璃纖維包覆制成的單根芯棒，將碳纖維與玻璃纖維進行預拉伸后，環(huán)氧樹脂浸漬，然后在高溫模子中固化成型。芯線外層與鄰外層為梯形截面鋁線股。導線經(jīng)常規(guī)型試驗，證明其具有良好的機械特性和電氣特性。

 

       ACCC導線與常規(guī)的鋼芯鋁絞線相比，在外徑相同時，復合芯鋁絞線外層允許纏繞超過28%的導電鋁線。成品重量與常規(guī)的鋼芯鋁絞線相似，它能夠利用現(xiàn)有線路鐵塔而不需改造。碳纖維復合芯鋁絞線ACCC能夠傳輸相同外徑鋼芯鋁絞線兩倍的電流，而且在容量增加一倍的同時，顯著地提高了電網(wǎng)的安全性和可靠性。

 

 

       隨著國民經(jīng)濟的持續(xù)高速發(fā)展、工業(yè)化與城鎮(zhèn)化步伐不斷加快，我國對用電量的需求急劇增加，原有輸電線路面臨著成倍擴容的需求。此外，西電東送、南北互供，以及各類特高壓聯(lián)網(wǎng)等工程也需要建設大容量的新電網(wǎng)。若采用多分裂、大截面的傳統(tǒng)鋼芯鋁絞導線增加輸電容量，則因?qū)Ь€荷載加重，需要大大增加鐵塔占地、塔材和基礎投資。另外，在桿塔荷載大的中國重覆冰地區(qū)、沿海高風速地區(qū)和容量不穩(wěn)定的風電輸送等工程，傳統(tǒng)導線的經(jīng)濟性較差。

 

       為節(jié)約材料和土地資源，減少運輸途中電耗，自2005年以來，中國電力科學研究院、上海電纜研究所、遠東復合技術有限公司、中復碳芯電纜科技有限公司等近20家單位開展了碳纖維復合芯導線的產(chǎn)品研究、制造和工程應用研究，并成功研發(fā)出碳纖維復合芯導線。目前，國內(nèi)有碳纖維復合芯導線生產(chǎn)企業(yè)14家，年產(chǎn)能超過10萬公里。其中，自主研發(fā)的產(chǎn)品已達到國外同類型產(chǎn)品的技術性能水平，玻璃化轉變溫度、拉伸強度等超過國外同類型產(chǎn)品。

 

       在標準制定方面，上海電纜研究所牽頭國內(nèi)十余家單位，共同完成了碳纖維復合芯的國家標準《纖維增強樹脂基復合材料芯棒》（GB/T29234-2012），以及導線的國家標準《復合材料芯架空導線》（送審稿）。中國電力科學研究院牽頭完成了國家電網(wǎng)公司企業(yè)標準《碳纖維復合材料芯架空導線》（Q/GDW1851-2012）、《碳纖維復合芯鋁絞線施工工藝及驗收導則》（GDW388-2009），為碳纖維復合芯導線的推廣奠定了技術基礎。

 

       2006年7月，首條ACCC碳纖維復合芯導線在福建龍巖電業(yè)局“園田塘—曹溪220kV”高壓輸電線路掛網(wǎng)運行，該線路全長5.2公里，改造后輸送容量提高一倍。該工程利用原線路鐵塔及大部分金具、瓷瓶等原設備，施工比常規(guī)導線工程改造縮短三個多月的工期，大大縮短了舊線路改造的停電時間。此后逐步在遼寧、深圳、陜西、北京等全國多個省區(qū)輸電線路工程中試用。
 

       2008年，嘉興“220kV汾湖—嘉善”同塔雙回路增容改造線路總長度11.5公里，技改工程采用ACCC/TW-413替換LGJ-400/35導線后，輸送容量比原來擴大了一倍，但重量卻減輕了大約20%。

 

       2008年，天津電網(wǎng)在景衛(wèi)220kV、總長度11.26公里線路使用碳纖維復 合芯導線，總投資低于新建同容量常規(guī)線路投資約30%，減少新建線路一半占地面積，節(jié)約了可觀的土地資源。其試運行兩年來，安全穩(wěn)定，效益明顯。

 

       截至2014年初，全國已有超過300多條碳纖維復合芯導線輸電線路運行，基本上屬于增容改造或擴建線路，電壓等級覆蓋35kV到500kV。其中，在220kV電力線路上，最長已經(jīng)運行了近5年的時間，在500kV萬順Ⅲ線上已經(jīng)運行了1年多時間，整體運行狀態(tài)良好，相關參數(shù)符合規(guī)范要求?？傮w看，近5年工程應用方面取得了明顯進步，發(fā)展勢頭良好。

 

       我國已成為世界上使用碳纖維復合芯導線最多的國家，單線總長度超過2萬公里，其中，國產(chǎn)碳纖維復合芯導線單線長度超過1萬公里，在施工和運行等方面積累了一定經(jīng)驗。

 

       我國電力工業(yè)每年將以13%的速度發(fā)展，電線電纜市場需求巨大。若按10%的需求以碳纖維復合芯導線替換，每年需求量將超過200萬km，潛在的應用市場相當可觀。

 

 

       隨著國內(nèi)碳纖維及碳纖維復合芯導線產(chǎn)業(yè)技術的不斷進步，碳纖維復合芯導線在舊線路改造中的應用獲得了業(yè)內(nèi)認可。但目前缺乏碳纖維復合芯導線的系統(tǒng)性應用規(guī)劃和應用指導，碳纖維復合芯導線的生產(chǎn)和經(jīng)營陷入困境，其突出問題有：

 

 

       我國缺乏碳纖維復合芯導線的專業(yè)設計軟件、設計規(guī)范和工程應用數(shù)據(jù)庫，使技術人員前期設計工作受到限制。國內(nèi)碳纖維復合芯導線的施工規(guī)范和試驗驗收規(guī)范有待完善，配套的桿塔需要專門設計、制造。

 

       目前，碳纖維復合芯導線無損探測技術已經(jīng)由山東大學突破。國家電網(wǎng)也已設立專項課題，對碳纖維復合芯導線配套的設計規(guī)范、安裝施工規(guī)范、試驗驗收規(guī)范、入網(wǎng)評價準則開展研究。

 

 

       碳纖維復合芯導線的核心部分是碳纖維復合芯，其由碳纖維和玻璃纖維采用拉擠工藝生產(chǎn)。因樹脂對溫度、濕度的敏感性，以及導線對大長度的要求，碳纖維復合芯的生產(chǎn)要求嚴格的恒溫恒濕控制。目前，國內(nèi)碳纖維復合芯導線專業(yè)生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)工藝控制做到了醫(yī)藥行業(yè)一樣的管控水平，并對所有產(chǎn)品做性能檢驗、模擬架線放線的全長彎曲復繞，以確保碳纖維復合芯的質(zhì)量。河南電力科學研究院和國家電網(wǎng)電力器材產(chǎn)品安全性能質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心具有檢測輸電導線實驗條件，為進一步確定碳纖維復合芯導線的安全使用條件，著手對國產(chǎn)碳纖維復合芯導線產(chǎn)品進行安全試驗驗證。

 

 

       經(jīng)國家電網(wǎng)多次招標，碳纖維復合芯導線已實現(xiàn)國產(chǎn)化應用，目前其市場價格已大幅下降，為同規(guī)格鋼芯鋁絞線價格的2-2.5倍。前期較多的資金投入制約了碳纖維復合芯導線的推廣應用，但若考慮節(jié)能及節(jié)約占地等綜合效益，電力設計年費用計算表明：碳纖維復合芯導線綜合成本已經(jīng)和鋼芯鋁絞線相當。

 

       使用碳纖維復合芯導線具有良好的綜合經(jīng)濟效益，但由于慣有的投資理念，電網(wǎng)建設重視首次投資，采購招標采用低價中標原則，忽視其綜合效益和社會效益，使碳纖維復合芯導線局限在舊線增容改造的少量工程中應用。在新建電網(wǎng)中，桿塔及塔基等配套設施設計仍沿用原鋼芯鋁絞線的配套設施及條件，則形成資源浪費，使碳纖維復合芯強度高、重量輕、節(jié)能的性能優(yōu)勢無法充分體現(xiàn)。

 

       通常設計中，對碳纖維復合芯導線一般采用等截面，而不采用等重量方式進行電纜選型。但由于碳纖維復合芯導線已經(jīng)加強芯材料，進行了替代升級，因此在新建電網(wǎng)中，建議根據(jù)碳纖維復合芯導線的特性進行合理的型號選擇，并配套設計、使用桿塔及塔基等設施，以最大程度發(fā)揮碳纖維復合芯導線的經(jīng)濟性。否則，產(chǎn)業(yè)技術進步受到限制，而且招標量少，各碳纖維復合芯導線生產(chǎn)企業(yè)競相壓價，產(chǎn)品質(zhì)量得不到保證，企業(yè)無法良性發(fā)展。

 

       總之，為充分發(fā)揮碳纖維復合芯導線的優(yōu)勢及提高綜合效益，必須進一步加強碳纖維復合芯導線的應用研究，為碳纖維復合芯導線的大規(guī)模應用提供技術保障。

 

      碳纖維作為戰(zhàn)略性產(chǎn)品，關乎國家安危。若國內(nèi)電網(wǎng)使用碳纖維復合芯導線40000公里／年，則可以拉動碳纖維應用1300噸／年，將大大促進國內(nèi)碳纖維產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

 

 

       建議設立國產(chǎn)碳纖維復合芯導線應用專題項目，組織國家電網(wǎng)、碳纖維復合芯導線制造企業(yè)、碳纖維制造企業(yè)聯(lián)合開展研究，形成產(chǎn)品掛網(wǎng)應用，并開展應用示范。對碳纖維復合芯導線制造上下游產(chǎn)業(yè)制定財稅、金融等綜合配套政策，分別給予扶持。將電網(wǎng)使用國產(chǎn)碳纖維復合芯導線的數(shù)量作為項目終極考核目標，強化實際應用效果，以促進國產(chǎn)碳纖維及碳纖維復合芯導線產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

 

       針對碳纖維復合芯導線在舊線改造工程中的投資優(yōu)勢、新建線路中的長期運行年費用優(yōu)勢、大跨越低弧垂等特殊情況應用優(yōu)勢，建議電網(wǎng)公司制定長期應用發(fā)展規(guī)劃，明確碳纖維復合芯導線在電網(wǎng)相關項目中的應用量。

 

        在電網(wǎng)舊線改造中，主張選用碳纖維復合芯導線，淘汰傳統(tǒng)的鋼芯鋁絞線，充分發(fā)揮碳纖維復合芯導線的增容特性。在電網(wǎng)新建線路建設上，規(guī)定碳纖維復合芯導線用量不低于5%的使用份額，充分發(fā)揮其節(jié)能、省資源的經(jīng)濟效益和社會效益。在大跨越或低弧垂等特殊要求線路，全部選用碳纖維復合芯導線，充分發(fā)揮碳纖維復合芯導線質(zhì)量輕、弧垂變化小的特性。

 

       為推廣碳纖維復合芯導線應用，建議電網(wǎng)公司分階段建設一批示范工程項目：輸電走廊容量有限、需改造增容的線路示范工程；電力輸送波動較大的線路示范工程，如冶煉、煤礦或其他礦廠供電線路；風能、光伏能源輸出線路；火力發(fā)電廠電站輸出線路；大跨越或低弧垂及需筑路、建造鐵塔基礎等特殊要求的線路示范工程；220kV和500kV新建線路示范工程；抗冰雪、耐鹽霧腐蝕的新建線路示范工程。