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架結構，增強系統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，與傳統鋼芯鋁絞線相比，在選材方案和結構設計方面均實現了重大突破，具備節能、大容量、低弧垂、耐高溫、強度高、重量輕、耐腐蝕、防覆冰等優點。

 

 

      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，兼具經濟效益與社會效益。

 

 

       內部結構致密，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，實現倍容效果。

 

 

       碳纖維復合芯棒的線膨脹系數小于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、自阻尼特性優越

 

 

      耐腐蝕，碳纖維與玻璃纖維化學性質穩定，具備優越的耐腐蝕特性。芯棒外層玻璃纖維絕緣，可避免電化學腐蝕，適用于高腐蝕環境；

 

      自阻尼特性優越，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。

 

 

       應用于嚴寒環境工程

 

       防覆冰，碳纖維復合芯導線內部結構致密，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，增容和裕容特性優異。碳纖維復合芯導線通過以下方法實現增容：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，實現高溫增容；與傳統圓線結構相比，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。可見碳纖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，綜合經濟性較好。碳纖維復合芯導線拉重比大，線膨脹系數小，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，節約桿塔數量，減少塔基占地面積，從而節約土地資源，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，可以在北方寒冷環境中使用。

 

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

 

 

       為解決現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，日本開發出新型碳纖維芯鋁絞線，以替代傳統的鋼芯鋁絞線。

 

       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。導線經常規型試驗，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。成品重量與常規的鋼芯鋁絞線相似，它能夠利用現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，顯著地提高了電網的安全性和可靠性。

 

 

       隨著國民經濟的持續高速發展、工業化與城鎮化步伐不斷加快，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，以及各類特高壓聯網等工程也需要建設大容量的新電網。若采用多分裂、大截面的傳統鋼芯鋁絞導線增加輸電容量，則因導線荷載加重，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、沿海高風速地區和容量不穩定的風電輸送等工程，傳統導線的經濟性較差。

 

       為節約材料和土地資源，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品研究、制造和工程應用研究，并成功研發出碳纖維復合芯導線。目前，國內有碳纖維復合芯導線生產企業14家，年產能超過10萬公里。其中，自主研發的產品已達到國外同類型產品的技術性能水平，玻璃化轉變溫度、拉伸強度等超過國外同類型產品。

 

       在標準制定方面，上海電纜研究所牽頭國內十余家單位，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公司企業標準《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局“園田塘—曹溪220kV”高壓輸電線路掛網運行，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，天津電網在景衛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線路投資約30%，減少新建線路一半占地面積，節約了可觀的土地資源。其試運行兩年來，安全穩定，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，最長已經運行了近5年的時間，在500kV萬順Ⅲ線上已經運行了1年多時間，整體運行狀態良好，相關參數符合規范要求。總體看，近5年工程應用方面取得了明顯進步，發展勢頭良好。

 

       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驗。

 

       我國電力工業每年將以13%的速度發展，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。

 

 

       隨著國內碳纖維及碳纖維復合芯導線產業技術的不斷進步，碳纖維復合芯導線在舊線路改造中的應用獲得了業內認可。但目前缺乏碳纖維復合芯導線的系統性應用規劃和應用指導，碳纖維復合芯導線的生產和經營陷入困境，其突出問題有：

 

 

       我國缺乏碳纖維復合芯導線的專業設計軟件、設計規范和工程應用數據庫，使技術人員前期設計工作受到限制。國內碳纖維復合芯導線的施工規范和試驗驗收規范有待完善，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由山東大學突破。國家電網也已設立專項課題，對碳纖維復合芯導線配套的設計規范、安裝施工規范、試驗驗收規范、入網評價準則開展研究。

 

 

       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。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要求嚴格的恒溫恒濕控制。目前，國內碳纖維復合芯導線專業生產企業生產工藝控制做到了醫藥行業一樣的管控水平，并對所有產品做性能檢驗、模擬架線放線的全長彎曲復繞，以確保碳纖維復合芯的質量。河南電力科學研究院和國家電網電力器材產品安全性能質量監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，著手對國產碳纖維復合芯導線產品進行安全試驗驗證。

 

 

       經國家電網多次招標，碳纖維復合芯導線已實現國產化應用，目前其市場價格已大幅下降，為同規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，但若考慮節能及節約占地等綜合效益，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濟效益，但由于慣有的投資理念，電網建設重視首次投資，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、節能的性能優勢無法充分體現。

 

       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加強芯材料，進行了替代升級，因此在新建電網中，建議根據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，以最大程度發揮碳纖維復合芯導線的經濟性。否則，產業技術進步受到限制，而且招標量少，各碳纖維復合芯導線生產企業競相壓價，產品質量得不到保證，企業無法良性發展。

 

       總之，為充分發揮碳纖維復合芯導線的優勢及提高綜合效益，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模應用提供技術保障。

 

      碳纖維作為戰略性產品，關乎國家安危。若國內電網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，將大大促進國內碳纖維產業的發展。

 

 

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

 

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

 

        在電網舊線改造中，主張選用碳纖維復合芯導線，淘汰傳統的鋼芯鋁絞線，充分發揮碳纖維復合芯導線的增容特性。在電網新建線路建設上，規定碳纖維復合芯導線用量不低于5%的使用份額，充分發揮其節能、省資源的經濟效益和社會效益。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，充分發揮碳纖維復合芯導線質量輕、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。