碳纤维复合芯导线

信息来源：“一带一路”生态产业合作工作委员会

单位简介

远东电缆有限公司创建于1985年，是远东智慧能源股份有限公司（股票代码：600869）下属的全资子公司。主要致力于架空导线、电力电缆、电气装备用电线电缆、特种电缆等四大类全系列全规格高品质线缆产品的系统研发、设计、制造、营销与服务，产品广泛应用于智能电网、能源电力、绿色建筑、智能制造和智慧交通等领域，同诸多世界500强企业建立了战略服务合作关系，荣获“全国质量奖”“中国专利优秀奖”“中国机械工业500强”等多个国家级荣誉，累计获得发明专利近千项，180余项国内/国际领先产品，主持或参与制定国家、行业、联盟、团体标准180项。处于行业领先。

技术原理

其技术原理主要是以玻璃纤维包围碳纤维制成的复合芯取代传统钢芯铝绞线中的钢芯。
与传统钢芯铝绞线相比，碳纤维复合芯导线具有多方面优势。首先，它使用软铝代替钢芯，工作温度可由70℃提高到160℃，减小了导线的覆冰危害，导电率从61%IACS提升到63%IACS，且采用梯形截面软铝使填充效果更好，在等外径条件下软铝面积增加30%。其次，一般钢丝的抗拉强度为1240MPa，而碳纤维复合芯的抗拉强度达2400MPa，增加了安全系数，提升了导线强度。再者，碳纤维复合芯密度为1.9g/cm³，远小于钢芯密度（7.78g/cm³），具有重量轻、强度大、线膨胀系数小的特点，在相同运行应力时弧垂小，拉重比大，在节约杆塔数量、降低杆塔高度、减少占用土地面积等方面占据优势。此外，由于碳纤维复合芯替代了钢芯，不存在钢芯引起的磁滞涡流效应，在输送相同负荷的条件下运行温度更低，因此可以减少约6%的输电损耗，载流量比常规导线多2倍左右。

适用范围

适用于各种电压等级的新（改、扩）建线路，尤其适用于特高压输电线路的建设，可野外架空敷设。
该导线具有重量轻、抗拉强度高、热稳定性好、载流量大及耐腐蚀等优点，同时克服了复合芯软铝型线绞线施工放线困难的缺陷。其具体优势如下：
与钢芯铝绞线相比，单位重量轻、拉断力大、线膨胀系数小。相同外径时，与钢芯铝绞线相比重量下降了约17.7%，拉力提高了约20%。
由于线胀系数小，弧垂特性好，可提高长期运行温度至120℃甚至160℃，因而载流能力可提升1.8倍甚至更多。
采用半硬铝作为导电层，便于敷设架线，与传统绞线相似，改善了软铝绞线施工放线的不足，因而可以长距离架线，特别适用于新建线路。
目前，远东碳纤维复合芯导线已成功应用于昌吉—古泉±1100kV 特高压工程等一系列国家重点工程。

工艺流程及说明

该产品的工艺流程包括以下几个关键步骤：
铝杆生产：采用意大利康迪纽斯-普罗佩兹有限公司的连铸连轧设备，确保铝杆的抗张强度在95MPa~105MPa，伸长率≥20%，电阻率不大于0.027700Ω·mm²/m。通过微合金处理和铝硼合金净化，优化铝杆的化学成分。
半硬铝线生产：开发新的工艺以确保半硬铝线的强度≥110MPa，伸长率≥4%，导电率≥62%IACS。采用φ1200型流转盘进行定长收线，减少焊接次数，提高生产效率。
复合芯生产：严格控制树脂加料量及换料时间，使用加长模具和水冷系统，降低树脂温度，确保复合芯性能稳定。
绞线工艺：采用疏绕结构，使用上海电工的630/12+18+24分体式框绞机，确保每层节距的精确控制。对放线张力装置进行改造，保持绞线的松紧度和紧密度。
质量控制：在生产过程中，通过控制拉丝排线质量、绞线张力和绞线速度，尽量避免焊接。必要时，使用CW3冷压焊机进行冷压焊接，确保焊接点的抗拉强度不低于110MPa。
通过上述工艺流程，确保了产品的高导电性、强度和伸长率，满足架空输电线路的需求。

主要技术参数

该产品的主要技术参数包括：
复合芯：
抗拉强度：≥2400 MPa
长期允许运行温度：120°C
半硬铝线：
20°C电阻率：≤0.027808Ω·mm²/m
导电率：≥62% IACS
抗拉强度：135~100 MPa
伸长率：≥4.0%
导线结构：
扩径结构：以530mm²的截面达到630mm²截面导线的外径（33.80mm）
外径相比同截面的复合导线扩大20%以上
临界电场强度、无线电干扰及可听噪声显著降低
起晕电压提高35%以上
重量相比同规格的钢芯疏绕型扩径导线降低12.6%
拉断力增加31.2%
直流电阻降低2%
其他性能：
卷绕(50d，1圈)：不开裂、不断裂
扭转(170d，360°)：表层不开裂，抗拉强度不小于2400 MPa
径向耐压(100mm，30kN)：端部不开裂、不脱皮
玻璃化转变温度 Tg(DMA法)：≥150°C
高温抗拉强度（120°C * 400h）：强度不小于95%RTS
紫外光老化性能（1008h）：表面不发黏、无纤维裸露、裂纹和龟裂现象
盐雾试验（240h）：表面不应出现腐蚀产物和缺陷。

经济指标

2023经济效益: 销售收入：9573.2万元税金：1244.52万元利润：726.4万元
2024预期效益: 销售收入：13673.8万元税金：1777.59万元利润：1037.6万元

工程示范及应用情况

·承德东至阳乐双回500kV输变电工程：2020年5月23日，该工程全线贯通，其中B099-B105区段使用了远东碳纤维复合芯导线。线路全长99.722km，位于承德市宽城县、唐山市迁西县、唐山市迁安市境内。该工程是国家电网有限公司将碳纤维复合芯导线在特高压新建线路上推广应用的首批示范工程，也是国内首次在500kV线路上将大截面碳纤维导线应用于高山大岭地区。
·白鹤滩水电站：2020 年，远东电缆为白鹤滩水电站提供垂吊敷设电缆及方案。地点在川滇交界。针对竖井结构设计新型电缆与吊具。
·220kV丽枫2Q68线改造工程：2011年10月30日，远东碳纤维复合芯导线在该工程中成功挂网，验证了其在重冰区的卓越性能。

推广前景

1.技术：该产品相比同截面的复合导线外径扩大20%以上，显著降低临界电场强度、无线电干扰及可听噪声，起晕电压提高35%以上。相比同规格的钢芯疏绕型扩径导线，重量降低12.6%，拉断力增加31.2%，直流电阻降低2%。
2.市场：该产品属于新型电力装备，适用于高海拔地区输电线路，能够减少电晕损失，降低工程造价，提高导线制造技术水平，促进电力工业的技术进步。
3.研发：与中国电力科学研究院、上海电缆研究所、西安交大等院所进行产业化开发，表明该产品在研发和应用过程中得到了权威机构的支持和验证。

获奖情况

专利
授权专利数：3项
其中授权发明专利数：2项
奖励和荣誉
江苏省科学技术奖：二等奖
中国机械工业科学技术奖：三等奖
资质证书
鉴定证书：
鉴定单位：中国电力企业联合会
鉴定证书编号：中电联字[2022]443号c