碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線應(yīng)用

    碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線具有載流量大、增容和裕容特性優(yōu)異、重量輕、強度高、安全性好等優(yōu)勢，市場前景良好。然而國產(chǎn)碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線在電力領(lǐng)域的實際應(yīng)用存在諸多難題，亟須破解，以提升我國碳纖維產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新能力和競爭能力。
 

    2014年，全球碳纖維區(qū)域理論產(chǎn)能達到118000噸，而且各大碳纖維制造商還陸續(xù)宣布了大幅擴產(chǎn)計劃。國際碳纖維應(yīng)用市場需求量為53500噸，繼續(xù)以6%～8%的年增速不斷擴大，應(yīng)用領(lǐng)域進一步拓展，其主要應(yīng)用領(lǐng)域比例如下：航空航天29%、體育休閑14%、汽車13%、葉片11%、壓力容器5%。國際碳纖維產(chǎn)業(yè)及下游應(yīng)用市場均呈現(xiàn)欣欣向榮的景象。
 

    國內(nèi)碳纖維應(yīng)用水平差距

    近10年，國產(chǎn)高性能碳纖維及其復(fù)合材料在關(guān)鍵技術(shù)、裝備及應(yīng)用等方面取得了突破性進展。我國T300級規(guī)模化碳纖維產(chǎn)品性能已經(jīng)達到國際水平，并在航空航天領(lǐng)域得到了應(yīng)用；低成本干噴濕紡T700級碳纖維已建成千噸級生產(chǎn)線，產(chǎn)品進入初步應(yīng)用階段；T800級碳纖維噸級線建成，并已實現(xiàn)批量生產(chǎn)。但高模、高模高強碳纖維的工程化制備技術(shù)以及更高等級碳纖維的制備關(guān)鍵技術(shù)還有待攻關(guān)。

    截至2014年底，我國大小碳纖維生產(chǎn)企業(yè)有近40家，理論產(chǎn)能19，600噸，實際產(chǎn)量3700噸，主要產(chǎn)品為12K及以下規(guī)格小絲束PAN基碳纖維。2014年，國內(nèi)碳纖維總需求量約1.23萬噸，其中，60%應(yīng)用于體育休閑領(lǐng)域，15%應(yīng)用于建筑領(lǐng)域，8%應(yīng)用于電力（電纜）領(lǐng)域，3%應(yīng)用于航空航天。
 

    但國內(nèi)碳纖維應(yīng)用水平與國外存在較大的差距，尤其國產(chǎn)碳纖維在以下領(lǐng)域的應(yīng)用比例偏低。

    由于低成本、穩(wěn)定化、規(guī)模化生產(chǎn)技術(shù)的欠缺，絕大多數(shù)國內(nèi)碳纖維產(chǎn)品的成本與市場售價倒掛，我國碳纖維企業(yè)面臨著國內(nèi)企業(yè)間競爭和國外企業(yè)惡意壓價的內(nèi)憂外患，生存狀況不容樂觀。

    為改善我國碳纖維研發(fā)、生產(chǎn)與應(yīng)用相互脫節(jié)，市場應(yīng)用技術(shù)開發(fā)滯后，產(chǎn)業(yè)牽引力不足的不利局面，中國碳纖維及復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展聯(lián)盟以碳纖維在電力方面的應(yīng)用為突破口，協(xié)調(diào)組織產(chǎn)業(yè)內(nèi)企業(yè)和應(yīng)用單位，聯(lián)合推進碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線在新建線路中的應(yīng)用，以期聚焦、突破產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵和共性技術(shù)難題，提高產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新能力和競爭能力，擴大我國碳纖維及復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用。

    碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線的應(yīng)用優(yōu)勢

    碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)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(fù)合芯并在其外層絞合梯形鋁線的架空裸導(dǎo)線。

    與傳統(tǒng)鋼芯鋁絞線相比，碳纖維復(fù)合導(dǎo)線具有重量輕、弛垂小、強度大、低線損、耐高溫、耐腐蝕、與環(huán)境親和等優(yōu)點，弛度特性良好，實現(xiàn)了電力傳輸?shù)墓?jié)能、環(huán)保與安全。

    碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線載流量大，增容和裕容特性優(yōu)異。碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線通過以下方法實現(xiàn)增容：它采用軟鋁替代硬鋁，導(dǎo)電率從61%IACS增到63%IACS；與鋼芯鋁絞線相比，碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)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(jié)構(gòu)相比，碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線外層采用型線結(jié)構(gòu)，相同外徑下，導(dǎo)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(fù)合芯導(dǎo)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(fù)合芯導(dǎo)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(fù)合芯導(dǎo)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(yīng)輸送容量的大落差波動，增強線路對輸送容量變化的應(yīng)變能力。

    碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)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(fù)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。可見碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線的重量輕，強度高，安全性更好。

    碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線初始弧垂及弧垂變化小，綜合經(jīng)濟性較好。碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線拉重比大，線膨脹系數(shù)小，線路架設(shè)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(fù)合芯導(dǎo)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(fù)合芯導(dǎo)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(fù)合芯導(dǎo)線有較好的防覆冰和耐覆冰特性，環(huán)境適應(yīng)性好。碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)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(fù)合芯導(dǎo)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(fù)合芯導(dǎo)線耐環(huán)境老化性能好，壽命長。碳纖維耐腐蝕，碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線對酸雨等環(huán)境具有極強的抵抗力，也避免了傳統(tǒng)導(dǎo)線在通電時鋁線與鍍鋅鋼線之間的電化學(xué)腐蝕現(xiàn)象，具有優(yōu)異的介電性能，使用壽命長。