碳纤维复合芯导线关键技术研究和工程化应用

项目年度编号：1500250149

完 成 人：陈原 杨建平 王芝茗 宋福如 于德明 杨长龙 陈新 陈辉 周国华 牛晓民 赵建宾 卢毅 张卓 张洪涛 罗永勤 

完成单位：国网辽宁省电力有限公司 国网冀北电力有限公司 中国电力科学研究院 华北电力科学研究院有限责任公司 河北硅谷化工有限公司 哈尔滨玻璃钢研究院 国网河南省电力公司 国网山西省电力公司 国网智能电网研究院 

省　　市：辽宁

公布年份：2014年

成果类别：应用技术

关 键 词：碳纤维复合芯导线 制造工艺 架空输电线路 

摘      要：项目属于输电工程领域，涉及碳纤维及其复合材料。作为新材料、新工艺、新技术的典型代表，架空输电线路用碳纤维复合芯导线（简称碳纤维导线）以碳纤维复合芯替代常规导线的钢芯，具有线胀系数低、强度高、重量轻、耐高温、耐疲劳等一系列技术优势，可大幅度提高电网输电能力、提高线路安全稳定运行裕度、降低输电损耗等，是具有显著发展潜力的新型导线。日本、美国自20世纪末相继开发应用碳纤维导线，2006年该产品被列入国家电网公司首批重点应用新技术目录，但发达国家垄断高性能碳纤维和碳纤维导线技术以及配套技术不完善等瓶颈严重阻碍国内碳纤维导线的推广应用，国家电网公司因此组织相关单位开展产品自主研发及应用技术研究。项目首次实现碳纤维导线从基础材料、制造工艺直至应用技术的完全自主研发，全面实现碳纤维导线技术的规范化、标准化。突破高性能碳纤维由实验室试制过渡至工业化生产的关键技术，成功建设国内首条干喷湿纺高性能碳纤维原丝工业化生产线，打破核心材料的国外垄断。研制出改性双马树脂等具有高温稳定性和良好韧性的树脂体系，并采用防纵向开裂结构制造高温机械强度及抗压裂性能显著优于国外产品的碳纤维复合芯，形成年产能2.5万公里的导线用碳纤维复合芯生产基地。研制出软铝、耐热铝合金等全系列碳纤维导线，满足电网增容、降损及大跨越等多种应用需求。研制楔接式、压接式、预绞-楔接组合式接续金具及组合式大轮径放线滑车等，攻克碳纤维导线长距离连续张力放线关键技术，形成完善的施工及运维技术。开发出碳纤维导线应力-弧垂计算软件，突破高温运行设计瓶颈。首次提出和研发碳纤维导线综合因素老化试验方法和试验系统以及全系列机械疲劳试验方法，有效试验验证碳纤维导线的优良耐老化性能和机械疲劳耐受性能。提出并全面论证碳纤维导线应用技术条件，包括应用于中短距离线路增容改造和大跨越线路以有效降低工程投资，广泛应用于架空输电线路以降低输电损耗和提高安全稳定运行裕度等，为碳纤维导线的应用创新奠定基础。首次制定碳纤维导线系列标准，涵盖产品技术条件、施工工艺、运行维护等，全面实现碳纤维导线技术的标准化。项目获授权发明专利5项，其他知识产权22项；获辽宁省政府和中国电力科技进步-等奖。碳纤维导线共计应用于辽宁、北京等18个省市自治区128个工程，应用长度2472km,销售额1.85亿元，其中在500kV万顺线稳定运行5年，是国内外首次成功应用于超高压线路。自主研发促使产品降价50%以上，且以碳纤维导线替代常规导线实施增容改造大幅度节约工程投资，电网企业因此获得间接经济效益6.34亿元。近年来碳纤维导线用量呈年度50%增长趋势，后续经济效益将更为显著。项目社会效益显著，对于电网建设与升级改造、节约土地资源以及建立稳定的高性能碳纤维产业链，促进国家碳纤维产业的发展具有重要意义。