年产50000公里新型电缆用碳纤维复合芯项目

吉林经济技术开发区碳纤维产业园

年产50000公里新型电缆用碳纤维复合芯材项目项目建议书

吉林省纺织设计研究院

2012年1月

目录

一、项目概况 (1)

二、项目市场分析及建设必要性 (1)

2.1市场分析 (2)

2.2项目建设必要性 (6)

三、建设规模和产品方案 (8)

3.1建设规模 (8)

3.2产品方案 (8)

四、厂址选址及建设条件 (9)

五、技术方案、设备方案和工程方案 (10)

5.1技术方案 (10)

5.2设备方案 (12)

5.3工程方案： (14)

六、主要原材料、能源消耗及供应 (15)

6.1主要原材料 (15)

6.2能源消耗 (15)

七、组织机构与人力资源配置 (16)

八、项目建设总投资框算 (16)

8.1总投资 (16)

8.2资金筹措 (16)

九、经济评价 (16)

9.1基础数据 (16)

9.2经济效益指标 (16)

十、项目建设进度 (18)

十一、经济效益和社会效益分析 (19)

一、项目概况

1.1项目名称：年产50000公里新型电缆用碳纤维复合芯材项目

1.2建设性质：新建

1.3建设地点：吉林经济技术开发区碳纤维产业园

1.4建设起止时间：2012年4月——2013年6月

1.5建设主要内容：购置土地30000平方米，建设生产厂房及辅助厂房12000平方米，购进先进的连续拉挤成型设备60套，形成年产50000公里新型电缆用碳纤维复合芯材的生产规模。

1.6项目总投资：本项目总投资为35343万元，其中：建设投资25758万元，流动资金10000万元。

1.7主要经济指标

（1）年销售收入74004万元

（2）总成本费用51867.05万元

（3）产品销售税金及附加607.01万元

（4）利润总额16471.45万元

（5）所得税4640.4万元

（6）净利润11831.05万元

（7）投资回收期 6.08年

（8）财务内部收益率20.99%

（9）盈亏平衡点39.13%

二、项目市场分析及建设必要性

2.1市场分析

现代经济的飞速发展加速了电力工业的发展，也大大推动了输电线路的技术进步。架空输电导线作为输送电力的载体，在输电线路中占有极为重要的地位。为了安全可靠地多送电力，各国有关科技工作者一直不断地努力寻求理想的架空导电线路用导线，以取代传统的各种导线。

目前,作为输送电力主体的架空输电电缆的技术革新已取得显著成效。早在20世纪90年代,日本就开始用碳纤维复合材料代替钢芯来研发新一代电缆。这种新型电缆具有重量轻、强度大、耐高温、耐腐蚀、输送电容量大、线损小、弛度低和热膨胀系数小等一系列优异性能,从而引起各国的极大关注。之后,美国研制碳纤维和玻璃纤维复合芯铝绞电缆（ACCC），获得成功,使其成为当今典型的新一代电缆,是传统钢芯铝绞电缆的更新换代产品。

ACCC碳纤维复合芯导线系列主要优点是：

1、强度为普通导线的2倍。

普通钢丝的抗拉强度为1240Mpa，而ACCC导线的碳纤维混合固化芯棒，抗拉强度约为2399MPa是前者的两倍。试验表明,破断力提高了 30 %，ACCC 强度高,承载外力主要由碳纤维复合芯来承担,铝绞线几乎不受拉力,可提高使用寿命。

2、导电率高，载流量大。相同直径ACCC比常规 ACSR载流量提高 29 %左右。这是基于以下几个原因:碳纤维复合芯强度高于钢芯 ,因而芯棒直径比钢芯细 ,容纳铝线多 ,导电截面积大;ACCC 的铝线为梯形截面 ,而ACSR为圆形截面 ,前者易紧凑密排(参看图 1) ;ACCC外层铝线可采用导电

率为 63 %的 JACS 软铝线 ,与硬铝线61 %的 IACS相比 ,导电率可大大提高。同时由于ACCC导线不存在钢丝材料引起的磁损和热效应，而且在输送相同负荷的条件下，具有更低的运行温度，可以减少输电损失约6%。

3、线路损耗小。碳纤维复合材料是一种非磁性材料 ,当导线通过交流电时不会产生磁滞损耗和涡流损耗 ,呈现出更小的交流电阻。一般来说,可减少输电损耗 6 %左右。同时由于 ACCC采用梯形铝线 ,使其外表比 ACSR 的圆形铝线更加光滑 ,提高了表面粗糙系数 ,从而提高了导线的电晕起始电压 ,减少了电晕损失。

4、低弧垂，降低2倍以上垂度。ACCC导线与ACSR导线相比具有显著的低弛度特性，在高温条件下弧垂不到钢芯铝绞线的1/2，能有效减少架空线的绝缘空间走廊，提高了导线运行的安全性和可靠性。

5、重量轻10-20%:碳纤维复合芯导线的比重约为钢的1/4，在相同的外径下,ACCC的铝截面积为常规ACSR导线的1.29倍。ACCC导线单位长度重量比常规ACSR导线轻10-20%，显示了ACCC导线重量轻的优点，因此 ,架空电缆的杆塔跨距可增长 ,减少塔杆数约为 16 %左右 ,同时减少占地面积。

6、耐腐蚀，使用寿命高于普通导线的2倍。碳纤维复合材料与环境亲和(见图2)，同时避免了导体在通电时铝线与镀锌钢线之间的电化腐蚀问题，有效地延缓导线的老化，使用寿命高于普通导线的2倍。

7、同样容量线路投资成本低于普通导线。由于ACCC碳纤维复合导线倍容量运行，而且抗拉强度高、弛度小、重量轻等特点，可使杆、塔之间的跨距增大，高度降低，同样容量线路成本比普通导线低。

8、节约一半铝材的消耗。按每年电力电路200万吨铝用量计算，能节

约铝材近100万吨。从保护环境、改善人类生态环境方面来说，具有划时代的意义。

9、在冬季天气恶劣时，部分地区受冰冻灾害影响严重，ACCC碳纤维复合导线抗舞动、抗覆冰、重量轻、强度高、弧垂小、载流量大等优良性能在最近冰雪灾害中该导线的表现则更为出色。

据CTC公司报道，该公司在2005年出售了3500公里长的ACCC产品。犹他州电力系统于2006年在盐湖城开始在其约10～11Kg的电网中投入试用。据CTC估计，市场对该产品的需求量每年超过60美元。

我国是个缺电的国家，输电线路已不堪承受传输容量快速扩容的需求，由于过负荷造成的停电、断电故障频频发生，电力传输成为电力工业发展的“瓶颈”，针对电网中部分输电线路输送能力不足，部分老旧线路技术改造困难的情况下，我国为有效利用目前电网的输电线路，开始考虑应用新型碳纤维复合芯导线（ACCC），以提高电网的输送能力。

ACCC碳纤维复合导线是目前全世界电力输变电系统理想的取代传统的钢芯铝铰导线、铝包钢导线、铝合金导线及进口殷刚导线的新产品，在国内的开发是继04年美国商业应用以后，第二个开发应用该技术的国家。通过ACCC碳纤维复合导线的应用，实现了电力传输的节能、环保与安全。

国内建设或正在建设的ACCC碳纤维复合导线项目有：远东控股集团有限公司2006年1月注册成远东复合材料有限公司,与美国CTC公司合作推出的碳纤维电缆在全国40余条输电线路挂网运行。河北硅谷化公司投资5.8亿元建立研发和生产基地，其中3.8亿元建立ACCC生产线。2007年5月4日,浙江宁波送变电建设公司员工开始对220KV河慈、河溪线两回导线实施增容“手术”,总长35kg的普通钢芯铝绞线替换成美国CTC公司生产的ACCC

电缆,这种电缆在浙江省内是首次采用。改造后,两条线路共增容30万kVA。对慈溪地区迎峰度夏期间减少拉限电起了重要作用。天津电网已于2009年在220KV线路中探索使用ACCC,取得明显效果,并将在今后的电网建设改造中创新推广应用。目前,天津景卫220KV线路碳纤维复合芯铝绞线总长度11.26km,试运行一年以来安全稳定。此次景卫220KV线路更换碳纤维复合芯铝绞线,整体投资低于新建同等容量常规线路投资约30%;而且输变电工程的电力线路投入一条线路可获二条线路的运行价值,减少新建线路一半的占用面积,节约了可观的土地资源。2009年8月28日,110KV太康高朗(谢安)输变电工程碳纤维复合芯铝绞线两个孤立档顺利通过验收投产。这是碳纤维复合芯铝绞线在河南省110KV输电线路上首次使用,它的成功投产将对今后高压电力输电线路上使用碳纤维复合芯铝绞线提供有价值的运行数据,对当地电力输电输送能力的提高起到积极的推动作用。

我国购买国外碳纤维复合芯铝绞电缆已在许多电网中开始试用。与此同时，国内研发这种新型电缆也正在进行。新型电缆价格是传统产品的3～5倍，需投入较多的资金，因此建设成本是目前ACCC导线推广应用的主要制约因素。随着碳纤维质量的提高、产量扩大价格下降，有利于ACCC电缆的推广使用。无疑ACCC电缆将随着我国碳纤维工业的蓬勃发展，必将有良好的应用前景。

十二五期间国家电网、南方电网、蒙西电网每年需求架空导线约100万公里，在规划的线路中主要包括：高压电网新建、超高压电网新建、特高压电网新建、现有老城网改造、现有电网扩容、农网改造、煤网改造等。预计满足现有电网需求的碳纤维复合芯导线用量将达到每年40-50万公里，以“十二五”末完成每年用量达到20万公里，可每年节约40-50万吨铝，

节约土地数万亩，降低输电损耗、节约电力数亿度，可有效带动国产碳纤维行业的发展。

2.2项目建设必要性

高性能纤维增强复合材料主要主要包括由高性能纤维作为增强体所制备、具备轻质高强特性的一类新材料。高性能纤维增强复合材料是保障国家安全发展、节能减排和清洁低碳发展的关键材料，具有节约能源和环境友好的特征，成为解决我们面临的国防、能源、交通运输等领域重大问题的战略性材料之一。高性能纤维增强复合材料技术推广应用的覆盖面在一定程度上反映一个国家国防建设、能源利用和环境保护的水平。目前世界碳纤维产业发展的实践表明，碳纤维及复合材料的研发和生产水平已经成为一个国家综合势力的重要标志。本项目的建设，有利于碳纤维产业的发展，其地位和作用主要体现在以下几个方面。

（1）符合国家科技发展规划的总体要求

新材料技术和新材料产业是国家中长期科技发展规划的重要内容，国家中长期科技发展规划明确提出了“重点研究开发满足国民经济基础产业需要的高性能复合材料”，实现“材料技术向材料结构功能复合化、功能材料智能化、材料与器件集成化、制备和使用过程绿色化发展”。碳纤维及复合材料比较充分地体现出国家发展新材料技术的“四化”要求。《国务院关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》中明确提出提升碳纤维、芳纶、超高分子量聚乙烯纤维等高性能纤维及其复合材料发展水平。碳纤维及复合材料的研究与深度开发，将会使碳纤维及复合材料产业成为吉林甚至中国的具有自主知识产权的科技含量高、市场前景好、辐射带动作用强的高新技术产业。

（2）改造提升传统产业，促进工业基地振兴。

由于碳纤维及其复合材料优异的综合性能及高附加值，其被称作二十一世纪的“黑色黄金”，其在现代工业方面的应用非常广泛。东北老工业基地振兴的目标是建设新型产业基地，材料工业是国家确定振兴老工业基地的两个重点产业之一。发展碳纤维产业，可以培育吉林地区的新兴产业，成为吉林市材料工业的一个新的增长点。同时，广泛应用碳纤维开发系列复合材料，对东北地区的机械加工、航天航空、船舶和汽车工业具有极强的改造提升功能。

（3）节能环保，促进资源节约型、环境友好型产业发展。

碳纤维及其复合材料，是一种可再生能源。碳纤维产业属于节能低耗、高效环保的知识密集型产业，既可以节省大量不可再生能源，又不会对环境造成污染。

在电力传输领域，运用碳纤维复合芯制成的架空导线具有导电率高、载流量大、重量轻等特点，即可减少传输中的电力损耗，又可减少20%的塔杆，节省用地，同时还可以节省大量的铝，降低不可再生能源的消耗。

三、建设规模和产品方案

3.1建设规模

购置土地30000平方米，建设生产厂房及辅助厂房12000平方米，购进先进的连续拉挤成型设备60套，形成年产50000公里新型电缆用碳纤维复合芯材的生产规模。

3.2产品方案

产品方案一览表

四、厂址选址及建设条件

本项目建设于吉林市经济技术开发区，地域情况优异。

项目所在地理位置坐标为东经126°30′，北纬43°58′。经开区位于吉林市区西北方向约20公里，距长春市88公里。经开区通过吉长北线及松花江路与吉林市中心城区相通，通过长—吉高速、长—图、沈—吉、舒—棋铁路与外部联系。

区域内主要交通干道有两条，一条为九站至吉林机场的公路，另一条为九站至现有工厂的道路，其他道路网正在形成。国家干线铁路吉—长线、九江线从开发区通过。

吉林碳纤维高新技术产业化基地经科技部评审，被正式认定为国家级高新技术产业化基地。基地拥有骨干企业6家，在建项目11项，计划总投资40多亿元，已完成投资13亿元。区内已建成吉林碳谷碳纤维公司、中钢江城碳纤维公司、吉林市吉研高科技纤维公司、吉林市合润公司等一批碳纤维研发生产企业，形成上下游配套的碳纤维产业链。

在开发区兴办生产企业，按国家、省、市规定的收费项目最低标准执行，办理各种证照低成本收取工本费；水、电、汽等费用执行吉林地区最低价格。

经开区在打造新材料研发及生产基地方面，以建设高附加值的特种纤维产业基地为目标，巩固和发展碳纤维产业的原料、技术及科研优势，正在大力推进碳纤维精深加工产品开发和生产，发展聚酰亚胺纤维等特种纤维；发展竹纤维、麻纤维等纺织新材料。

经开区以龙谷物流中心为龙头，面向全市生产服务业需求，建设完成了大宗商品运输中转基地、物流集散中心、现代化仓储等现代物流服务体系。

经开区内已基本形成了立足吉林、服务长吉图、辐射东北、对接东北亚的国际采购和国际配送中心

园区现有的水、电、气及其它辅助设施可以满足本项目的需要，项目选址适宜。

五、技术方案、设备方案和工程方案

5.1技术方案

国外先进技术：

20世纪90年代,日本学者采用碳纤维和热固性树脂构成的复合材料芯线代替钢芯,先后开发了碳纤维芯铝绞线(ACFR)和耐热碳纤维芯铝合金绞线(TACFR)。TACFR的抗拉强度远远超过传统的钢芯铝绞线(ACSR),复合材料芯线的抗拉强度保持90%时的连续许容温度和短时许容温度分别可达128℃和l93℃,耐腐蚀性良好,弛度特性良好。并且考虑到旧线路改造的需要,复合芯导线的结构、外径和强度均与普通ACSR相同,架线施工中不需要特殊的器具和方法,金具等附件也采用常规件,仅在形状设计上有所改变以适应热导线的高温。目前,日本开发的这两种碳纤维复合芯导线在工程中已经应用。

美国新型复合材料合成芯导线开发研究较为成功的是CTC公司，2001年公司制造出CRAC121,CRAC和CRACTelePow er等3种型号的样品。上述3种导线均做了常现的型式试验,但尚未进行实际的现场试验。2003年CTC又推出了型号为ACCC的复合材料芯导线,其芯线是以聚酰胺耐火处理、碳化而成的碳纤维为中性层,以玻璃纤维及高强度、高韧性配方的环氧树脂包覆制成的单根芯棒,外层与邻外层组线股为梯形截面。ACCC导线的结构型式更有利于提高直线管、耐张线夹与导线的压接强度。其次,由于芯

棒的外表面为绝缘体的玻璃纤维层,芯棒与铝股之间不存在接触电位差,保护铝导体免受电腐蚀。另外,这种导线的外层为梯形截面形成的外表面远比传统的ACSR钢芯铝绞线表面光滑,有利于提高导线的电晕起始电压,减少电晕损失。这种导线已完成各种型式试验,包括机械全性能、应力应变曲线、蠕变、线膨胀系数、载流量、自阻尼特性等,试验表明具有良好的机械和电气特性,特别是验证了高温条件下的低弛度特性。目前CTC公司生产的ACCC绞线已投入商业运行并取得了相当的应用业绩。

本项目主要采用美国技术生产ACCC碳纤维复合芯导线。

碳纤维复合芯铝绞电缆的制造技术主要采用连续拉挤法。核心技术是芯棒的制造，关键材料是高温韧性环氧树脂。所用碳纤维的拉伸强度高和断裂伸长大，采用T700S为芯棒提供韧性和耐冲击性能；玻璃纤维采用耐碱的E型（E-GF），E-GF为绝缘体，为芯棒提供绝缘体。所用环氧树脂为高温型的韧性树脂，其固化温度高达260℃（500℉），具有特殊的耐热结构，同时需要增韧改性，使所制芯棒具有韧性。

拉挤成型工艺关键技术：

碳纤维复合电缆芯的制备工艺采用拉挤成型。复合材料拉挤制品具有许多优点，如力学性能好、耐腐蚀、尺寸稳定、热导率低、绝缘性能好、耐老化等，是目前复合材料生产中自动化程度较高的连续成型工艺。拉挤成型重要的工艺参数包括温度、压力、拉挤速度、牵引力和树脂固化反应等。拉挤成型的工作流程是在牵引机的拉力下，连续的碳纤维在树脂基体中浸渍，预成型后通过加热的模具，热量传递至液态的树脂／碳纤维复合体系，交联反应开始发生，树脂从复合材料的周边向中心固化。树脂固化后体积收缩，使得复合材料与模具分开，经过脱模、后固化、冷却等流程，

最终由收线机进行收卷。

工艺流程见下图。

工艺流程：

工艺流程描述：将碳纤维筒放在整理架上，单向（0。）集束，包覆玻璃纤维，浸渍环氧树脂胶液，通过钢制模口，以控制直径，然后通过固化炉，固化成型。

5.2设备方案

本项目需购置连续拉齐成型设备60套，每套设备由原材料纱架部分、浸胶部分、模具加热控制部分、牵引夹持部分、后固化部分、收卷部分组成，设备主要技术参数如下：

浸胶部分

双层不锈钢结构胶槽，容积5升，槽内配备浸胶控制机构，抛光镀硬铬，确保不损伤纤维。

模具加热控制部分

（1）加热装置采用上下两块加热板整体加热，加热分三区控制温度；

（2）加热装置后端配有拉力浮动检测装置，可实时在线检测并显示拉力值；

（3）控制柜具有密封防尘功能。

引夹持部分

（1）牵引速度：＞0.1 /分；

（2）牵引力：≤2000kg；

（3）牵引驱动：变频电机+变频器；

（4）夹持块：优质聚氨酯胶块；

（5）夹持窗口最大截面尺寸：100mm×50mm (宽×高)；

（6）有效牵引长度: 2000mm；

（7）配有长度自动检测装置，并动态显示，其最大测量长度为5000m( 精度1000m±100mm)。

固化部分

（1）位于加热装置与电控箱之间，分两区控温；

（2）控温范围：室温～50℃±2℃。

收卷部分

（1）收卷驱动：力矩电机；

（2）最大收卷力：30kg；

（3）收卷机构尾部移动行程：400mm～800mm；

（4）收卷盘规格：外径≤Ф2100mm，内径≥Ф1000mm，宽400mm～800mm；

（5）收卷盘重量（含制品）：1300kg；

（6）收卷盘拆装：吊车及手动结合；

（7）配备收卷盘拆装用龙门式吊车（手动）；

（8）配备自动排线机构，排线步距分別为（单位：mm/转）: 10、15、20、25、30、35。

其它：配备预成型导纱板一套。

5.3工程方案：

本项目建设综合厂房一座，面积12000平方米（轻钢结构）。

六、主要原材料、能源消耗及供应

6.1主要原材料

主要原材料年消耗一览表

碳纤维（T700）由国外采购，其它材料国内市场采购。

6.2能源消耗

公用工程消耗

园区现有的水、电、气及其它辅助设施可以满足本项目的需要，

七、组织机构与人力资源配置

本着高效原则，根据生产工序和管理实际需要合理安排工作人员，本项目定员为480人，根据产品的生产特点，生产车间为全年连续生产，实行三班制，每班工作8小时。年有效工作日300天。

八、项目建设总投资框算

8.1总投资

本项目总投资为35343万元，其中：建设投资25758万元，流动资金10000万元。

8.2资金筹措

项目资金全部为自筹。

九、经济评价

9.1基础数据

（1）项目建设期为1.5年，第2年投产，投产第3年达到设计能100%。

（2）增值税率17%，所得税率25%。

（3）设备折旧年限15年

（4）无形与递延资产10年摊销。

9.2经济效益指标

（1）年销售收入74004万元

（2）总成本费用51867.05万元

（3）产品销售税金及附加607.01万元

（4）利润总额16471.45万元

（5）所得税4640.4万元

（6）净利润11831.05万元

（7）投资回收期 6.08年（8）财务内部收益率20.99% （9）盈亏平衡点39.13%

十、项目建设进度

本项目建设期为18个月，工程进度如下：

碳纤维复合芯导线自主研发及施工技

碳纤维复合芯导线自主研发及 施工技术研究 1前言中国土地资源有限，输电走廊的选择受到制约，提高单位走廊传输功率的需求日益迫切，对于输电能力取决于导线热稳定性的架空输电线路，更换高性能导线能够显著提高线路输送能力；近年来，随着大风、覆冰等恶劣气候的增多和加剧，导线风偏、舞动引发的线路故障频繁发生，严重影响电网安全稳定运行，更换低弧垂、高强度导线可有效抑制相地、相间放电及导线损伤。碳纤维复合芯导线因具有重量轻、高强度、高弹性模量、低线胀系数、耐高温、耐疲劳、耐腐蚀等技术优势，既能够用于提高输送能力，又可有效提高线路安全运行水平，将成为最具发展潜力的新型导线品种，国家电网公司于2006 年将其列入重点推广技术目录。 碳纤维导线的核心是高性能碳纤维材料，我国T700及以上高性能碳纤维基本依赖进口，国家科 技部将T-700碳纤维攻关列入十五、十一五规划。目前仅有美国、日本等少数发达国家掌握碳纤维及碳纤维导线技术，国内仅有与国外合作生产碳纤维导线的形式，但原材料及配方、工艺等核心技术完全掌握于外方，不具备自主知识产权。发达国家垄断高性能碳纤维及碳纤维导线核心技术与价格的局面已成为制约国内发展、应用碳纤维复合芯导线的瓶颈。 此外，不能连续张力放线是长久以来制约碳纤维导线应用的瓶颈。如不能有效解决，碳纤维导线将难以广泛推广应用。 2碳纤维复合芯导线研发华北电网面对碳纤维复合芯导线的发展机遇与挑战，提出在国内高性能碳纤维实验室研究取得重大突破后，实施第一个具有完全国内自主知识产权的碳纤维复合芯导线的研发与应用。 碳纤维复合芯导线的生产过程主要包括以下三部分：①碳纤维原丝及碳纤维丝的制备。②碳纤维复合芯的生产。③碳纤维复合芯铝绞线的生产。 2.1 碳纤维丝研发碳纤维复合芯铝绞线的核心是高强度碳纤维丝。碳纤维丝的强度、等级越高，则相同规格导线的芯径越小，重量越轻，导线的卷绕性能、施工性能越佳。目前，华北电网研发的碳纤维复合芯导线采用T-700型碳纤维丝。 经过数十年研发，国内研究单位近年来认识到硝酸一步法制备碳纤维原丝的传统技术路线是错误的，在实验室实现了T700型碳纤维的成功试制，并在与华北电科院有长期技术合作关系的河北硅谷化工有限公司建设国内第一条T-700碳纤维原丝的工业化生产线。 碳纤维丝的生产包括两步：①制备碳纤维原丝；②碳纤维原丝经预氧化、炭化处理形成碳纤维 丝。原丝生产中的30多个参数、60多个影响因素以及碳纤维生产中的20多个参数、50多个影响因素将影响、决定最终的碳纤维性能。

碳纤维复合材料芯导线在新建与改造线路应用技术经济分析

碳纤维复合材料芯导线 在新建与改造线路应用技术经济分析[摘要]碳纤维复合材料芯导线的出现为线路增容和减少输电走廊等问题的解决提供了一种途径。本文分析了其优点并调研了其在国内外的科研、应用情况。本文结合我国220kV改造线路和500kV新建线路的典型参数，计算分析了应用碳纤维复合材料芯导线的技术经济性，从结果可见碳纤维复合材料芯导线的应用从技术上讲是可行的，从经济上讲是合理的。 [关键词] 碳纤维复合材料芯导线，500kV新建线路，220kV改造线路，技术经济比较； 1.前言 随着我国经济的快速发展，电力需求不断增长，电力负荷不断增加。在土地资源日益稀缺、用电需求持续增长的情况下，如何使输电走廊尽可能少地占用土地资源，又能提高电网的输电能力，已经成为日益重要、亟待解决的难题，提高新建线路的单位输送容量和实施现有线路的扩容改造是两条有效的途径。 相比于同规格的钢芯铝绞线，碳纤维复合材料芯导线具有质量轻、抗拉强度大、线膨胀系数小、弧垂小、载流量大、耐高温、耐腐蚀等特点。[1]碳纤维复合材料芯导线的共同特点是芯主要由碳纤维和热硬化性树脂构成。碳纤维是由含碳量较高且在热处理过程中不熔融的人造化学纤维，经热稳定氧化处理、碳化处理及石墨化等工艺制成的特种纤维。碳纤维具有一般碳素材料的特性，如耐高温、耐磨擦、导电、导热及耐腐蚀等，同时沿纤维轴方向表现出很高的强度，具有很高的比强度。碳纤维增强环氧树脂复合材料比重

小、刚性好、强度高，其比强度、比模量等综合指标在现有结构材料中是最高的，能够满足输电导线在强度、刚度、重量、疲劳特性等方面的严格要求。 [2]碳纤维复合材料芯导线技术的工程应用推广，符合国家电网公司推动“两型三新”线路建设的精神，不仅对于提高输电线路的输送容量和电网的安全可靠性，以及降低架空输配电工程总造价具有非常重要的意义;还将促进新技术、新工艺、新材料的研究;也势必推动国内相关产业的技术升级与进步。 碳纤维复合材料芯导线能否在新建线路和扩容改造工程中应用，不仅要在技术上可行还要在经济上合理，因此要结合具体的工程进行技术经济比较。 2 国内外研究和应用现状 2.1 日本的概况 20世纪90年代，日本昭和电线电缆株式会社、东京制纲株式会社和东北电力株式会社共同开发了一种称为ACFR(碳纤维芯铝绞线)的低驰度导线，主要用于解决既有架空输电线路导线弧垂过大、对地净距不足的问题。其基本思想是用相同直径的碳纤维复合材料(Carbon Fiber Reinforced Polymer，CFRP)代替一般钢芯铝绞线(ACSR)中的钢芯，结构和外观如图2-1所示。复合材料芯的质量是常规钢芯的约1/5，线膨胀系数约为1/12。试验证明，这种新型复合材料芯导线的抗拉强度远远超过了ACSR，在常温下的应力——伸长特性呈现弹性体，没有塑性变性，断裂时的伸长量比钢绞线小，约为1.6%。耐热性基本与ACSR相同。ACFR在提高导线强度、降低导线重量和驰度方面具有突出的优点，其迁移点温度约为70℃，运行温度达150℃，重量比相同直径的ACSR导线轻30%。当导电体采用耐热铝时，可以得到耐热性能更好的TACFR导线，在降低导线驰度的同时，提高导线的载流量[3]。ACFR是ACSR 一对一的材料替换，导线外形、结构构造形式和尺寸与传统导线完全一样。

碳纤维复合芯架空导线施工工艺及验收导则范本

附件2 碳纤维复合芯架空导线施工工艺 及验收导则（试行）

目次 1 范围 (3) 2 规范性引用文件 (3) 3 术语和定义 (3) 4 总则 (4) 5 施工预备 (5) 6 张力放线 (8) 7 连接 (8) 8 紧线 (11) 9 附件安装 (11) 10 验收 (12) 附录A （规范性附录）碳纤维复合芯导线施工机具技术条件 (13) 附录B （规范性附录）装配式牵引器安装 (18) 附录C （规范性附录）接续管爱护装置安装 (20) 附录D （规范性附录）网套连接器安装 (22) 附录E （规范性附录）接续管连接 (24) 附录F （资料性附录）直线外压接管液压施工检查及评级记录表. 27附录G （规范性附录）耐张线夹连接 (28) 附录H （资料性附录）耐张线夹联结套液压施工检查及评级记录表31

编制讲明 (32)

碳纤维复合芯架空导线施工工艺及验收导则（试行） 1 范围 本导则规定了架空输电线路碳纤维复合芯架空导线的施工工艺及验收标准。 本导则适用于架空输电线路用铝导体标称截面积不大于710mm2的碳纤维复合芯架空导线在新建和改建工程的施工及验收。 2 规范性引用文件 下列文件关于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。 GB 50233 110kV～750kV架空输电线路施工及验收规范 GB/T 2317.1 电力金具机械试验方法 GB/T 2314 电力金具通用技术条件 GB/T 15632 带电作业用提线工具通用技术条件 DL 5009.2 电力建设安全工作规程第2 部分：架空电力线路 DL/T371 架空输电线路放线滑车 DL/T 1109 输电线路张力架线用张力机通用技术条件 DL T 875 架空输电线路施工机具差不多技术要求

碳纤维复合芯导线在电力传输线路上应用的意义

碳纤维复合芯导线在电力传输线路上应用的意义 摘要: 笔者分析了当前输电线路用导线的发展状况、趋势和特点, 重点阐述了新型碳纤维复合导线的特点, 以及广阔的市场前景, 建议尽快在输电线路特别是高压输 电线路中推广使用。 关键词: 碳纤维复合导线;特性；应用 1 碳纤维复合芯导线的应用现状 复合导线是使用在输电线路增容中的特种导线（如图1所示）,它是针对在相 同导体截面的情况下,相对于传统钢芯铝绞线 ACSR(AluminumConductorSteelReinforecd)能传递更多电能的若干种类导线的总称。行业内也有将其俗称为“倍容量导线”或“高温导线”。目前,增容导线包括耐热铝合 金导线(TAC-SR)、殷钢芯耐热铝合金导线(ZTACSR)、间隙型钢芯耐热铝合金(GTACSR)、铝基陶瓷纤维铝绞线ACCR(AlaminumConductorCompositeRe-inforced)、碳纤维芯复合材料合成芯软铝导线(JRLX/T)等种类。在电力工业发展史上,作为输 电线路输送电能的主要载体,传统钢芯铝绞线占据统治地位的历史已有一个多世纪。随着电力需求的增长和材料科学技术的不断进步,各种增容导线应运而生。碳纤维 复合芯软铝绞导线是特高强度碳纤维合成的芯棒替代传统的钢芯和钢绞线,外层铝 采用拱形软铝绞合而成。2002年,美国CTC开发了先期复合芯T型绞线并在美国 几条线路上试用,美国在2004年开始挂网商业运行。碳纤维复合导线已在我国深圳、辽阳、神州、无锡、常州、厦门、南平、盘锦、抚顺等地挂网运行,到目前未 发生过如通用导线已发生的驰度明显下降、导线发热、断股、断线等任何异常现象,其耐张线夹和接续管也运行正常。 图1 碳纤维复合导线 碳纤维复合芯导线具有500kV级以上输电线路运行能力,抗拉强度较高,单位长度重量较轻的特点,使得应用该种导线的线路能够降低杆塔间的导线垂弧度,可提 高线路运行的安全性和可靠性。同时,可减少输电线路中支撑杆塔数量,减少工程 占地,节约土地资源,降低工程建造成本。碳纤维复合芯导线相对于传统导线,在相 同外径尺寸下,增加了导电截面,增大了线路的输送容量,能较好地满足目前国内对 输电线路提出的增容的要求。且新型碳纤维复合芯导线相对于传统导线,提高了导 体的导电率,在长距离输电线路上应用,能起到较好的节能效果。由于碳纤维材料 替代传统的铜芯作为加强件,该导线具有更好的耐腐蚀性能,可提高导线的运行寿命。 2 碳纤维复合芯导线的特点简介 碳纤维复合材料的比重为钢的1/4，强度为钢的2倍，线膨胀系数为钢的 1/10。由于其优异的力学特性和热稳定性，首先应用于军事领域的航天、航空器 和武器减重;随后用于民用飞机、竞技体育的器材。随着碳纤维大规模生产技术的 解决，价格的下降，碳纤维复合材料开始进入工业和生活领域。长期以来，架空 输电线路导线主要采用钢芯铝绞线以及相关产品，电力工业的飞速发展对架空输 电线路导线提出了更高的要求，促使各国科技人员研究开发各种新型导线。在20 世纪90年代末，人们开始尝试用复合材料代替金属材料来制作导线的芯材，改 善导线的弧垂特性，以提高线路输送容量。碳纤维复合芯导线的型号为 JRLX/T(J—架空导线，RL—软铝，X—形线，T—碳纤维复合材料)，规格用软铝型线 标称截面和复合芯标称截面表示;国际上的通用型号为

ACCC碳纤维复合芯导线

ACCC碳纤维复合芯导线 ACCC碳纤维复合导线是目前全世界电力输变电系统理想的取代传统的钢芯铝铰导线、铝包钢导线、铝合金导线及进口殷刚导线的新产品，ACCC碳纤维复合导线与传统导线相比具有重量轻、强度大、低线损、弛度小、耐高温、耐腐蚀、与环境亲和等优点，实现了电力传输的节能、环保与安全。 ACCC碳纤维复合芯导线系列主要优点是： 1.强度为普通导线的2倍。普通钢丝的抗拉强度为1240Mpa-1410Mpa，而AC CC导线的碳纤维混合固化芯棒，是前者的两倍。 2.导电率高，节能6%。由于ACCC导线不存在钢丝材料引起的磁损和热效应，而且在输送相同负荷的条件下，具有更低的运行温度，可以减少输电损失约6%。 3.低弧垂，降低2倍以上垂度。ACCC导线与ACSR导线相比具有显著的低弛度特性，在高温条件下弧垂不到钢芯铝绞线的1/2，能有效减少架空线的绝缘空间走廊，提高了导线运行的安全性和可靠性。 4.重量轻10-20%。碳纤维复合芯导线的比重约为钢的1/4，在相同的外径下,A CCC的铝截面积为常规ACSR导线的1.29倍。ACCC导线单位长度重量比常规AC SR导线轻10-20%，显示了ACCC导线重量轻的优点。 5、耐腐蚀，使用寿命高于普通导线的2倍。碳纤维复合材料与环境亲和，同时避免了导体在通电时铝线与镀锌钢线之间的电化腐蚀问题，有效地延缓导线的老化，使用寿命高于普通导线的2倍。 6、同样容量线路投资成本低于普通导线。由于ACCC碳纤维复合导线倍容量运行，而且抗拉强度高、弛度小、重量轻等特点，可使杆、塔之间的跨距增大，高度降低，同样容量线路成本比普通导线低。 7、节约一半铝材的消耗。按每年电力电路200万吨铝用量计算，能节约铝材近100万吨。从保护环境、改善人类生态环境方面来说，具有划时代的意义

碳纤维导线的特性及应用

碳纤维复合芯导线的特性及应用 魏国彬 (华晋焦煤公司山西吕梁 033000） 摘要：主要论述了碳纤维导线的特性及在老线路改造工程中的应用。 关键词：碳纤维导线特性线路增容、 ACCC/TW Properties and Applications of Aluminum Conductor Composite Core Wei Guo-bin (Huajin Coking Coal Co.,Ltd.,Luliang 033000,Shanxi Province,China) Abstract: This paper discusses the characteristics of Aluminum Conductor Composite Core and the transformation of the old-line engineering Keywords: Aluminum Conductor Composite Core Features Line-compatibilizing ACCC/TW 0．引言 长期以来，架空输电线路导线主要采用钢芯铝绞线以及相关产品，电力工业的飞速发展对架空输电线路导线提出了更高的要求，促使各国科技人员研发各种新型导线。上世纪90年代末，人们开始尝试用复合材料代替金属材料来制作导线的承载部件，改善导线的弧垂特性，采用软铝型线代替硬铝圆单丝，提高填充率和导电率，以达到提高线路输送容量的目的。远东控股集团于2002年开始跟踪和研究导线领域这一新发展，并于2006年成功专门从事复合芯软铝绞线的研发、生产和销售，经过近几年的产品质量提升及市场化。碳纤维复合芯导线在电力行业中得到了广泛的应用。 碳纤维复合芯软铝绞线的型号为JRLX/T(J-架空导线，RL-软铝，X-型线，T-碳纤维复合材料)，规格用软铝型线标称截面和复合芯标称截面表示；国际上的通用型号为ACCC/TW （Aluminum Conductor Composite Core/Trapezoidal wire）。 碳纤维复合芯导线由于复合芯的强度足够高，不再需要铝承担受力作用，导电的铝就可以采用退火状态的软铝，软铝的截面设计成瓦型，可大幅减少导线的外径。 随着我国各行业电力需求的不断增长，部分老旧输电线路输送能力不足，面临增容改造的压力。线路改造中，投资最大的项目是杆塔的更换，最棘手的问题是村民的土地问题，一种新型的导线“碳纤维复合芯导线”的产生，使老线路在不更换杆塔的前提下达到增容的目的。从节能、降低成本、增加输送容量、提高电网安全运行等方面综合看，推广应用具有很大的经济和社会效益。有助于构造安全，经济，环保，高效输电网络。 1.碳纤维导线的结构 碳纤维导线ACCC/TW的结构独特，内部是一根由碳纤维为中心层和玻璃纤维包覆制成的复合芯，外层由一系列呈梯形截面的软铝线绞合而成。碳纤维复核芯承担导线总的力学性能，具有强度高、密度小、膨胀系数小、耐腐蚀等特点。外层软铝具有导电率高、电阻小、自阻尼性能强的特点。碳纤维复合芯与软铝线绞制而成的导线，便具有优良的性能：导线重量轻，电阻小，表面光滑不易舞动，拉力质量比大，弧垂随温度的变化小等。因此，可作为电力部门老旧线路改造、电力增容导线使用。其结构如图1-1所示。 外层软铝 碳纤维复核芯

《碳纤维复合芯导线的应用研究》报告

《碳纤维复合芯导线的应用研究》报告 1 项目概述和技术原理 1.1 项目背景 针对目前电网中部分输电线路输送能力不足、部分老旧线路技术改造困难的情况下，为有效利用目前电网的输电线路，考虑应用新型碳纤维复合芯导线，提高电网的输送能力。 1.2 国内外技术现状 我国是个缺电的国家，输电线路已不堪承受传输容量快速扩容的需求，由于过负荷造成的停电、断电故障频频发生，电力传输成为电力工业发展的“瓶颈”，各国均在研究新型架空输电路用导线，以取代传统的钢芯铝绞线。 目前世界上只有美国、日本、韩国开发出新型殷钢芯倍容量导线和新型合成导线，国内的产品研制和应用开始起步。碳纤维合成芯导线在国外的应用不长，美国CTC公司生产的ACCC碳纤维合成导线于2004年8月开始试用和运行，国内运行经验还较少。 1.3 项目主要研究内容 结合常州电网现状，分析一些老线路的公司技改、基建和业扩工程，选择在现有导线截面小且需增容的线路上试用新型碳纤维合成芯导线，在不改变现有路径、通道的情况下，既要大幅度提高线路输送容量，又要确保线路的安全运行。同时进行相关经济比较，用较少的投资取得理想的效益。 从节能、降低成本、增加输送容量、提高电网安全运行等方面综合看，推广应用具有很大的经济和社会效益。有助于构造安全、环保、高效节约型输电网络。 1.4 项目技术原理 碳纤维复合芯导线(ACCC)，采用高性能碳纤维复合材料作为导线芯材，具有强度高、重量轻、膨胀系数小、耐腐蚀和耐高温等特点。 (1)强度高。用碳纤维复合芯替代传统的钢芯，抗拉强度是一般钢丝的1.9倍，允许提高杆塔间的跨距，以降低工程成本。 (2)线膨胀系数小，弧垂小。复合材料芯线膨胀系数仅为钢芯的1/8。在相同的实验条件下，随着温度的上升，导线弧垂变化量仅为常规钢芯铝绞线的9.6%，高温下弧垂增量不到钢芯铝绞线的1/10，减少架空线交跨距离。

碳纤维复合芯导线的特性及应用

碳纤维复合芯导线的特性及应用 文章主要论述了碳纤维导线的特性及在老线路改造工程中的应用。希望能够为相关行业的发展提供一些借鉴，并且为保护环境，节能减排，改善人类生态环境等方面做出应有的贡献。 标签：碳纤维导线；特性；线路增容；ACCC/TW 引言 长期以来，架空输电线路导线主要采用钢芯铝绞线以及相关产品，电力工业的飞速发展对架空输电线路导线提出了更高的要求，促使各国科技人员研发各种新型导线。上世纪90年代末，人们开始尝试用复合材料代替金属材料来制作导线的承载部件，改善导线的弧垂特性，采用软铝型线代替硬铝圆单丝，提高填充率和导电率，以达到提高线路输送容量的目的。远东控股集团于2002年开始跟踪和研究导线领域这一新发展，并于2006年成功专门从事复合芯软铝绞线的研发、生产和销售，经过近几年的产品质量提升及市场化。碳纤维复合芯导线在电力行业中得到了广泛的应用。 碳纤维复合芯软铝绞线的型号为JRLX/T（J-架空导线，RL-软铝，X-型线，T-碳纤维复合材料），规格用软铝型线标称截面和复合芯标称截面表示；国际上的通用型号为ACCC/TW（Aluminum Conductor Composite Core/Trapezoidal wire）。 碳纤维复合芯导线由于复合芯的强度足够高，不再需要铝承担受力作用，导电的铝就可以采用退火状态的软铝，软铝的截面设计成瓦型，可大幅减少导线的外径。 随着我国各行业电力需求的不断增长，部分老旧输电线路输送能力不足，面臨增容改造的压力。线路改造中，投资最大的项目是杆塔的更换，最棘手的问题是村民的土地问题，一种新型的导线“碳纤维复合芯导线”的产生，使老线路在不更换杆塔的前提下达到增容的目的。从节能、降低成本、增加输送容量、提高电网安全运行等方面综合看，推广应用具有很大的经济和社会效益。有助于构造安全，经济，环保，高效输电网络。 1 碳纤维导线的结构 碳纤维导线ACCC/TW的结构独特，内部是一根由碳纤维为中心层和玻璃纤维包覆制成的复合芯，外层由一系列呈梯形截面的软铝线绞合而成。碳纤维复核芯承担导线总的力学性能，具有强度高、密度小、膨胀系数小、耐腐蚀等特点。外层软铝具有导电率高、电阻小、自阻尼性能强的特点。碳纤维复合芯与软铝线绞制而成的导线，便具有优良的性能：导线重量轻，电阻小，表面光滑不易舞动，拉力质量比大，弧垂随温度的变化小等。因此，可作为电力部门老旧线路改造、

碳纤维复合材料

碳纤维的研究现状与发展 摘要：碳纤维主要是由碳元素组成的一种特种纤维，分子结构界于石墨和金刚石之间，含碳体积分数随品种而异，一般在0.9以上。 关键词：碳纤维复合材料性能与应用 正文 一、碳纤维的性能 1.1分类 根据原丝类型分类可分为聚丙烯腈（PAN）基、沥青基和粘胶基3种碳纤维，将原丝纤维加热至高温后除杂获得。目前，PAN碳纤维市场用量最大；按力学性能可分为高模量、超高模量、高强度和超高强度4种碳纤维；按用途可分为宇航级小丝束碳纤维和工业级大丝束碳纤维，其中小丝束初期以1K、3K、6K（1K为1000根长丝）为主，逐渐发展为12K和24K，大丝束为48K以上，包括60K、120K、360K和480K等。 1.2性能 碳纤维的主要性能：(1)密度小、质量轻，密度为1.5～2克/立方厘米，相当于钢密度的l/4、铝合金密度的1/2；(2)强度、弹性模量高，其强度比钢大 4-5倍，弹性回复l00%；(3)具有各向异性，热膨胀系数小，导热率随温度升高而下降，耐骤冷、急热，即使从几千度的高温突然降到常温也不会炸裂；(4)导电性好，25。C时高模量纤维为775μΩ/cm，高强度纤维为1500μΩ/cm；(5)耐高温和低温性好，在3000。C非氧化气氛下不融化、不软化，在液氮温度下依旧很柔软，也不脆化；(6)耐酸性好，对酸呈惰性，能耐浓盐酸、磷酸、硫酸等侵蚀。此外，还有耐油、抗辐射、抗放射、吸收有毒气体和使中子减速等特性。

通常，碳纤维不单独使用，而与塑料、橡胶、金属、水泥、陶瓷等制成高性能的复合材料，该复合材料也具有轻质、高强、耐高温、耐疲劳、抗腐蚀、导热、导电等优良性质，已在现代工业领域得到了广泛应用。 1.3应用领域 由于碳纤维具有高强、高模、耐高温、耐疲劳、导电、导热等特性，因此被广泛应用于土木建筑、航空航天、汽车、体育休闲用品、能源以及医疗卫生等领域。此外，碳纤维在电子通信、石油开采、基础设施等领域也有着广泛的应用，主要用于放电屏蔽材料、防静电材料、分离铀的离心机材料、电池的电极，在生化防护、除臭氧、食品等领域种也有出色的表现。碳纤维复合材料片。碳纤维复合材料片是采用常温固化的热固性树脂（通常是环氧树脂）将定向排列的碳纤维束粘结起来制成的薄片。把这种薄片按照设计要求，贴在结构物被加固的部位，充分发挥碳纤维的高拉伸模量和高拉伸强度的作用，来修补加固钢筋混凝土结构物。日本、美国、英国将该材料用于加固震后受损的钢筋混凝土桥板，增强石油平台壁及耐冲击性能的许多工程上，获得了突破性进展。碳纤维复合材料片具有轻质（比重是铁的1/4～1/5），拉伸模量比钢高10倍以上，耐腐蚀性能优异，可以手糊，工艺性好等优点。因此，碳纤维复合材料片在修补加固已劣化的钢筋混凝土结构物（约束裂纹发展、防止混凝土削落）和提高结构物耐力以及对用旧标准设计建成的钢筋混凝土结构物的补强、加固应用将越来越多。 二、生产工艺 通常用有机物的炭化来制取碳纤维，即聚合预氧化、炭化原料单体—原丝—预氧化丝—碳纤维。碳纤维的品质取决于原丝，其生产工艺决定了碳纤维的优劣。以聚丙烯腈(PAN)纤维为原料，干喷湿纺和射频法新工艺正逐步取代传统的碳纤维制备方法。 2.1干喷湿纺法 干喷湿纺法即干湿法，是指纺丝液经喷丝孔喷出后，先经过空气层(亦叫干段)，再进入凝固浴进行双扩散、相分离和形成丝条的方法。经过空气层发生的物理变化有利于形成细特化、致密化和均质化的丝条，纺出的纤维体密度较高，

碳纤维复合材料及其在电线电缆中的应用

碳纤维复合材料及其在电线电缆中 的应用 一、碳纤维复合材料的发展和战略地位 碳纤维的出现是材料史上的一次革命。碳纤维是目前世界首选的高性能材料，具有高强度、高模量、耐高温、抗疲劳、导电、质轻、易加工等多种优异性能，正逐步征服和取代传统材料。现已广泛应用于航天、航空和军事领域。世界各国均把发展高性能碳纤维产业放在极其重要的位置。碳纤维除了在军事领域上的重要应用外，在民品的发展上有着更加广阔的空间，并已经开始深入到国计民生的各个领域。在机械电子、建筑材料、文体、化工、医疗等各个领域碳纤维有着无可比拟的应用优势。 碳纤维是50年代初应火箭、宇航及航空等尖端科学技术的需要而产生的。80年代初期，高性能及超高性能的碳纤维相继出现，这在技术上是又一次飞跃，同时也标志着碳纤维的研究和生产已进入一个高级阶段。经过二十多年的发展，碳纤维及其复合材料已从初创期转入增长发展期，其工业地位已基本确立，美、日、英、法、德等国的碳纤维产量已经占世界产量的绝大部分，并已逐步形成垄断优势。 我国对碳纤维的研究由于起步较晚，技术力量薄弱，虽然碳纤维及其复合材料在我国已被纳入国家“863”和“973”计划，但总体情况不尽理想，我国仍不具备成熟的碳纤维工业化生产技术，国防和民用碳纤维产品基本依赖进口。 二、碳纤维复合材料的性能和用途 碳纤维主要是由碳元素组成的一种特种纤维，是由含碳量较高、在

热处理过程中不熔融的人造化学纤维经热稳定氧化处理、碳化处理及石墨化等工艺制成的。其含碳量随种类不同而异，一般在90%以上。碳纤维具有一般碳素材料的特性，如耐高温、耐磨擦、导电、导热及耐腐蚀等，但与一般碳素材料不同的是，其外形有显著的各向异性、柔软、可加工性好，沿纤维轴方向表现出很高的强度，且碳纤维比重小。 1、碳纤维的化学性能 碳纤维是一种纤维状的碳素材料。我们知道碳素材料是化学性能稳定性极好的物质之一。这是历史上最早就被人类认识的碳素材料的特征之一。除强氧化性酸等特殊物质外，在常温常压附近，几乎为化学惰性。可以认为在普通的工作温度≤250℃环境下使用，很难观察到碳纤维发生化学变化。根据有关资料介绍，从碳素材料的化学性质分析，在≤250℃环境下，碳素材料既没有明显的氧化发生，也没有生成碳化物和层间化合物生成。由于碳素材料具有气孔结构，因此气孔率高达25％左右，在加热过程易产生吸附气体脱气情况，这样的过程更有利于我们稳定电气性能和在电热领域的应用。 2、碳纤维的物理性能 （a）热学性质 碳素材料因石墨晶体的高度各向异性，而不同于一般固体物质与温度的依存性，从工业的应用角度来看，碳素材料比热大体上是恒定的。几乎不随石墨化度和碳素材料的种类而变化。 （b）导热性质 碳素材料热传导机理并不依赖于电子，而是依靠晶格振动导热，因此，不符合金属所遵循的维德曼—夫兰兹定律。根据有关资料介绍，普通的碳素材料导热系数极高，平行于晶粒方向的导热系数可与黄铜媲美。 （c）电学性质 碳素材料电学性质主要与石墨晶体的电子行为和不同的处理温度有关，石墨的电子能带结构和载流子的种类及其扩散机理决定了上述性

碳纤维复合材料芯导线规模化应用工程 复合材料芯软铝型线绞线及配套金具-技术规范通用部分-16.09.07

国家电网公司集中规模招标采购 碳纤维复合材料芯导线规模化应用工程复合材料芯软铝型线绞线及配套金具 招标文件 (技术规范通用部分) 国家电网公司 二〇一六年九月

1总则 1.1一般规定 1.1.1投标人应具备招标公告所要求的资质，具体资质要求详见招标文件的商务部分。 1.1.2投标人须仔细阅读包括本技术规范（通用部分和专用部分）在内的招标文件阐述的全部条款。投标人提供的复合材料芯软铝型线绞线（以下简称导线）及其配套金具应符合招标文件所规定的要求。 1.1.3本技术规范提出了对导线及其配套金具的技术上的规范和说明。 1.1.4本技术规范提出的是最低限度的技术要求，并未对一切技术细节作出规定，也未充分引述有关标准和规范的条文，投标人应提供符合本技术规范引用标准的最新版本和本技术规范要求的全新产品，如果所引用的标准之间不一致或本技术规范所使用的标准与投标人所执行的标准不一致时，按要求较高的标准执行。 1.1.5如果投标人没有以书面形式对本技术规范的条文提出差异，则意味着投标人提供的产品完全符合本技术规范的要求。如有与本技术规范要求不一致的地方，必须逐项在投标人技术偏差表中列出。 1.1.6本技术规范将作为订货合同的附件，与合同具有同等的法律效力。本技术规范未尽事宜，由合同签约双方在合同谈判时协商确定。 1.1.7本技术规范中涉及有关商务方面的内容，如与招标文件的商务部分有矛盾时，以商务部分为准。 1.1.8本技术规范通用部分各条款如与技术规范专用部分有冲突，以专用部分为准。 1.2投标人应提供的资格文件 投标人应按下列内容和顺序提供详实的文件。投标人应保证所提交文件的真实性。 1.2.1 投标人应提供所投产品制造所依据的技术规范和工艺标准。 1.2.2 除以上内容外，投标人应对本技术规范书要求的其他内容明确应答或明确承诺。如果需要的话，投标人应免费提交招标人要求的供合理评标用的补充数据和资料。 1.2.3 投标人应提供有效期为5年（指试验报告出具日期至开标日小于或等于5年）的复合材料芯软铝型线绞线型式试验报告。型式试验报告的导线截面不小于所招标导线截面（型式试验报告中的复合材料芯棒厂家与本次投标的复合材料芯棒供应商应一致，大截面可代替小截面、高耐热等级可代替低耐热等级、高强度级别可代替低强度级别）。投标时应提供配套金具的制造商名称。 1.2.4投标人应承诺在供货前提供所招标导线型号规格一致的有效期为3年（指试验报告出具日期至开标日小于或等于3年）的导线、耐张线夹、接续管制造单位型式试验报告,。投标人应在供货前提供有效期为5年（指试验报告出具日期至开标日小于或等于5年）的悬垂线夹、间隔棒、防振锤、连接金具等配套金具制造单位的有效型式试验报告。耐张线夹、接续管、悬垂线夹、间隔棒、防振锤、连接金具等配套金具允许外购外协。 （a）复合材料芯软铝型线绞线型式试验包括绞线试验、芯棒试验和软铝型线试验。 绞线试验项目包括：常温拉断力、高温拉断力、应力-应变试验、线膨胀系数、弧垂-温度、常温蠕变、高温蠕变、过滑轮、振动疲劳、20℃直流电阻、截面积、外径、线密度、载流量、表面质量、节径比和绞向、平整度、紧密度、电晕及无线电干扰试验。 芯棒试验包括：外观、直径公差及f值、抗拉强度、线膨胀系数、密度、卷绕、扭转、固化度、径向耐压试验、玻璃化转变温度Tg、高温抗拉强度、弹性模量、耐荧光紫外老化、盐雾试验、玻纤层厚度。 铝单线试验项目包括：外观、尺寸偏差、机械性能、电性能。 （b）耐张线夹及接续管型式试验。

碳纤维复合芯导线的研究和应用

碳纤维复合芯导线的研究和应用 导线作为输电线路最主要的部件之一，承担着线路最主要的电能传输功能。目前电力需求不断增长，电网中部分老旧线路导线线径过细、输送能力不足，需要更换导线进行线路增容改造。为有效利用现有杆塔等设施，大幅度提高输送容量，减少输送中电力的损耗，应用碳纤维导线，来提高电网的输送能力，同时可以减少土地资源、有色金属资源等消耗，避免更换杆塔带来的民事协调和占地补偿，节约建设和运行总成本。 根据国网公司提出的输电线路“两型三新”要求，即“资源节约型、环境友好型、新材料、新技术、新工艺”，采用新型导线、节能金具等新材料，有利于统一建设标准和规范材料选择、降低钢材耗量和工程造价、提高输电线路建设效率和效益。碳纤维导线就是一种新型导线，可以满足输电线路节能环保、减少走廊占地、提高输送容量、降低建设运行总成本的要求。近年来，在多条线路改造中尝试使用碳纤维导线，从线路后期运行看，均达到了理想的效果。 一碳纤维导线与常规导线对比 碳纤维导线与常规钢芯铝绞线相比，具有重量轻、强度大、热膨胀系数小、导电率高、线损低、载流量大、耐腐蚀性能好等优点。 碳纤维导线截面钢芯铝绞线截面

碳纤维导线是一种新型导线，内部 是一根由碳纤维为中心层和玻璃纤维包 覆制成的复合芯，外层由一系列呈梯形 截面的软铝线绞合而成。碳纤维导线在 机械性能和电气性能方面均优于钢芯铝 绞线。 使用碳纤维替代钢芯可以大量减少钢材等有色金属资源消耗，有利于实现生态环境的可持续发展。而且碳纤维导线比普通钢芯铝绞线线损低，降低了电能在传输过程中的损耗，减少了资源消耗和能源损失，属于节能环保型导线。 二碳纤维导线的应用 由于碳纤维导线价格过高，新架线路中应用造价优势不明显，故碳纤维导线主要应用在35kV及以上线路增容改造中。线路增容通常采取异地重建或者在原线路上更换大线径导线，在无新建通道、原线路又不能长时间停电改造的条件限制下，利用原线路通道和现有杆塔，选择合适的轻质大容量导线，确保安全可靠。 在输电线路工程中，走廊占地以及后期的维护、改造临时占地问题，一直是困扰着电力行业的难题。电力法权威性差，当出现与林业法、道路交通法等相关法律法规冲突的时候，往往是电力法让位。而且随着老百姓维权意识的逐年提高和获取赔偿经验的逐年丰富，使得协调工作难度逐年加大、赔偿费用逐年攀升。而在线路增容改造中使用碳纤维导线，可利用原有杆塔结构，还有线路走廊等资源，可大幅节省改造成本和协调赔偿。所以碳纤维导线在线路增容改造中的应用前景良好。 对于现有老旧线路增容改造，只需要把原线路上的钢芯铝绞线更换成铝截面基本相同的碳纤维导线，即可达到增容60-100%、缩短建设周期、提高安全系数、节约造价的目的。其次，在线路运行维护方面，尤其是线路高峰负荷期间的运行，碳纤维导线弧垂变化较小、允许工作温度高、载流量大的特点，比钢芯铝绞线具有明显的优势。 碳纤维导线的构造与钢芯铝绞线类似，但其机械性能和电气性能与钢芯铝绞线有差别。碳纤维导线梯形软铝层光滑易划伤、碳纤维复合芯抗弯曲性能差，所使用工器具要求与钢芯铝绞线有很大差别。需要厂家对施工

碳纤维复合芯导线

1、前言 现代经济的飞速发展加速了电力工业的发展，也大大推动了输电线路的技术进步。架空输电导线作为输送电力的载体，在输电线路中占有极为重要的地位。为了安全可靠地多送电，各国有关科技工作者一直不断努力地寻求架空输电线路用导线，以取代各种传统的导线。长期以来，传统的架空输电导线主要使用钢芯铝绞线，为了提高防腐性能，开发了铝包钢芯铝绞线等。为了提高强度，开发了钢芯铝合金绞线，全铝合金绞线，铝包钢芯铝合金绞线等，为了提高导线的耐热性能和输送容量，开发了各种耐热铝合金导线；为了降低导线弛度，开发了用殷钢芯代替普通钢芯的低弛度导线等。 碳纤维的出现是材料史上的一次革命。碳纤维是目前世界首选的高性能材料，具有高强度、高模量、耐高温、抗疲劳、导电、质轻、易加工等多种优异性能，正逐步征服和取代传统材料。现已广泛应用于航天、航空和军事领域。世界各国均把发展高性能碳纤维产业放在极其重要的位置。碳纤维除了在军事领域上的重要应用外，在民品的发展上有着更加广阔的空间，并已经开始深入到国计民生的各个领域。在机械电子、建筑材料、文体、化工、医疗等各个领域碳纤维有着无可比拟的应用优势。随着材料科学的不断进步，在上世纪90年代，人们尝试用碳纤维复合材料代替金属材料来制作导线的芯材，并取得了一定的成果，已开发出几种复合材料合成芯导线。 这种新型复合材料合成芯导线充分发挥了有机复合材料的特长，与现有各种架空导线相比，具有重量轻、强度大、耐高温、耐腐蚀、线损低、弛度低等优点。可以说，新型复合材料合成型导线是一种全新概念的架空输电线路用导线，它实现了电力传输的节能、环保与安全。 2、国际复合材料芯电缆产业现状及发展趋势 目前国际上在已取得一定成果的碳纤维复合材料芯导线中，日本的碳纤维芯铝绞线和美国的碳纤维和玻璃纤维混合芯铝绞线较为典型。其中日本一家碳纤维导线企业的产量就占到世界40%左右 日本是开发架空线路特种导线品种较多的国家。在新型复合合成芯导线方面，最早是作为一种改进型低弛度导线而提出的；而实际上新型复合材料合成芯导线的优点，远止低弛度一个方面。在架空输电线路中，由于周边环境的变化，有时会发生输电导线与线下被跨越物之间电气隔离距离不够的情况。为了确保隔离距离，通常需要迁移铁塔、改建或改造铁塔。但是，由于用地的制约以及铁塔造价等原因，解决电气隔离距离不够问题最好的办法是更换导线。早在20世纪70年代，在城网改造中，为了增加输电容量，对于架空送电旧线路导线对地距离和相间距离不够的问题，根据殷钢的线膨胀系数比普通钢小得多的特点，用殷钢芯代替普通钢芯，开发了作为低弛度导线的殷钢芯铝绞线。由于这种导线的结构与通常的钢芯铝绞线相同，原来的绝缘子和金具均可以照旧使用，施工工具也可以照旧使用，它能在于铁塔不变的情况下，仅更换导线就行。到了20世纪90年代，日本学者研究用碳纤维芯代替钢芯，开发出了一种新型复合材料合成芯导线，即碳纤维芯铝绞线。这种导线与通常的钢芯铝绞线具有相同的外径和强度，架线施工中不需要特殊的机具和方法。在这种导线中，通常的钢芯铝绞线的钢芯被用碳纤维制成的复合材料芯线所代替，这是一种重量轻、线膨胀系数小，具有良好弛度特性的

第4章碳纤维复合芯导线机械性能试验

第 4 章碳纤维复合芯导线机械性能试验 4.1 碳纤维复合芯导线做的试验及数据 4.1.1 碳纤维复合芯铝合金绞线握力试验 碳纤维复合芯导线与配套的耐张线夹连接成组合体试样共 3组,且耐张线夹之间导线的长度 L 不小于导线直径的 100 倍,将试样安装在 100t 电液伺服卧式拉力机上,当施加的初张力达到导线计算拉断力的 17%-18%时,在耐张线夹出口处的导线上作滑移标识, 然后按 GB/T2317.1-2000《电力金具机械试验方法》7.1款的要求进行握着力试验,试验连接方式如图所示，将试样装于夹具之上，用100t 拉力试验机进行拉断力试验，当做高温拉力试验时，可以用升流器对导线进行升温。 （1）常温握力试验： 导线与压接式金具的常温握力为 169kN，比计算拉断力高 41%。 （2）高温握力试验： 导线与压接式金具的 120℃握力为 152kN，比计算拉断力高 27%；比常温握力降低 10%(试验过程：初始张力 5 kN，保持 20min；然后加热至 120℃，到120℃后将导线张力提高至 60 kN；4 小时后对导线进行拉断力试验)。试验布置如图 4-1 所示： 图 4-1 碳纤维复合芯导线握力试验 4.1.2 碳纤维复合芯铝合金绞线高温拉力试验 (1) 高温拉断力 铝合金导线 ACCC/LH-240/35 和软铝导线 ACCC/LR-240/35 所用复合芯的常温抗张强度为 2800MPa；铝合金导线 ACCC/LH-300/50 所用复合芯 150℃的抗张强度为 2656MPa。因此，该碳纤维复合芯由常温(按 30℃计)升高至 150℃时，抗张强度下降幅度仅为 5.2%。 一般技术产品的复合芯 160℃抗张强度仅为 1400MPa。按其产品经验数据：每升高 1℃，抗张强度下降 10MPa 计算，复合芯 150℃抗张强度约为 1500MPa，30℃抗张强度约为 2700MPa。因此，国外技术产品的复合芯由常温(按 30℃计)升高至 150℃时，抗张强度下降幅度大于 40%。 碳纤维复合芯导线的重要优势之一是能够提高线路输送能力，而提高输送能力的关键是允许导线高温运行，即要求导线在高温运行时保持较高的机械强度，因此高温拉断力是碳纤维导线的最重要指标之一。上述数据表明：在关键性的高温拉断力指标上，该碳纤维复合芯导线完全满足挂网运行要求。碳纤维复合芯导线拉断力试验如图 4-3 所示：

碳纤维复合芯电缆

碳纤维复合芯电缆 北极星电力网技术频道作者: 2011-3-30 16:50:41 (阅55次) 所属频道: 电线电缆关键词: 碳纤维复合芯碳纤维复合芯电缆 我国是个缺电的国家，不仅发电业的发展滞后，输电业的弊端也凸现出来，输电线路已不堪承受传输容量快速扩容的需求，由于过负荷造成的停电、断电故障频频发生，电力传输成为电力工业发展的“瓶颈”，各国均在研究新型架空输电路用导线，以取代传统的钢芯铝绞线，碳纤维复合芯导线由此应运而生。 碳纤维复合芯铝绞电缆(见图1)①( ACCC--Alu-minum conductor composite core reinforced cable) 是传统钢芯铝绞电缆( ACSR) 的更新换代产品。这种新型电缆具有一系列优异性能，是电缆的高端产品。日本和美国已经研发成功ACCC 电缆，并在电网中得到实际应用。我国从美国已购买这种电缆，在多种电网中开始试用。同时，我国已开始研制ACCC，以取代传统的ACSR 电缆，这必将使我国架空输电技术提高到一个新水平。 图1：碳纤维复合铝绞电缆(左)和钢芯铝绞电缆(右) 技术关键 碳纤维和玻璃纤维复合芯铝绞电缆，主要采用连续拉挤法。核心技术是芯棒的制造，关键材料是高温韧性环氧树脂。在碳纤维复合芯棒中，碳纤维占35%，玻璃纤维占35%，高温韧性环氧树脂占30%。所用碳纤维的拉伸强度高和断裂伸长大，因而为所制芯棒提供韧性和耐冲击性能。所用环氧树脂为高温型的韧性树脂。这是制造复合芯棒的又一技术核心。这种树脂固化温度高达260℃，一般环氧树脂648或AG80的固化温度都低于此值。换言之，这种高温固化型环氧树脂具有特殊的耐热结构。此外，还需要增韧改性，使所制芯棒具有韧性，而不是硬棒。否则不会通过放线滑轮试验。连续拉挤成型是成熟工艺。但制造碳纤维复合芯棒具有一定的特殊性。

ACCC碳纤维复合芯导线

ACCC碳纤维复合芯导线 简介 ACCC碳纤维复合导线是目前全世界电力输变电系统理想的取代传统的钢芯铝铰导线、铝包钢导线、铝合金导线及进口殷刚导线的新产品，ACCC碳纤维复合导线与传统导线相比具有重量轻、强度大、低线损、弛度小、耐高温、耐腐蚀、与环境亲和等优点，实现了电力传输的节能、环保与安全。 优点 1.强度为普通导线的2倍。普通钢丝的抗拉强度为1240Mpa-1410Mpa，而ACCC导线的碳纤维混合固化芯棒，是前者的两倍。 2.导电率高，节能6%。由于ACCC导线不存在钢丝材料引起的磁损和热效应，而且在输送相同负荷的条件下，具有更低的运行温度，可以减少输电损失约6%。 3.低弧垂，降低2倍以上垂度。ACCC导线与ACSR导线相比具有显著的低弛度特性，在高温条件下弧垂不到钢芯铝绞线的1/2，能有效减少架空线的绝缘空间走廊，提高了导线运行的安全性和可靠性。 4.重量轻10-20%。碳纤维复合芯导线的比重约为钢的1/4，在相同的外径下,ACCC的铝截面积为常规ACSR导线的1.29倍。ACCC导线单位长度重量比常规ACSR导线轻10-20%，显示了ACCC导线重量轻的优点。

5、耐腐蚀，使用寿命高于普通导线的2倍。碳纤维复合材料与环境亲和，同时避免了导体在通电时铝线与镀锌钢线之间的电化腐蚀问题，有效地延缓导线的老化，使用寿命高于普通导线的2倍。 6、同样容量线路投资成本低于普通导线。由于ACCC 碳纤维复合导线倍容量运行，而且抗拉强度高、弛度小、重量轻等特点，可使杆、塔之间的跨距增大，高度降低，同样容量线路成本比普通导线低。 7、节约一半铝材的消耗。按每年电力电路200万吨铝用量计算，能节约铝材近100万吨。从保护环境、改善人类生态环境方面来说，具有划时代的意义。 碳纤维复合材料的发展和战略地位 碳纤维的出现是材料史上的一次革命。碳纤维是目前世界首选的高性能材料，具有高强度、高模量、耐高温、抗疲劳、导电、质轻、易加工等多种优异性能，正逐步征服和取代传统材料。现已广泛应用于航天、航空和军事领域。世界各国均把发展高性能碳纤维产业放在极其重要的位臵。碳纤维除了在军事领域上的重要应用外，在民品的发展上有着更加广阔的空间，并已经开始深入到国计民生的各个领域。在机械电子、建筑材料、文体、化工、医疗等各个领域碳纤维有着无可比拟的应用优势。 碳纤维是50年代初应火箭、宇航及航空等尖端科学技术的需要而产生的。80年代初期，高性能及超高性能的碳纤维相继出现，这在技术上是又一次飞跃，同时也标志着碳纤维的研究和生产已进入一个高级阶段。经过二十多年的发展，碳纤维及其复合材料已从初创期转入增长发展期，其工业地位已基本确立，美、日、英、法、德等国