复合材料在电力行业的应用---胡良全.doc

电力行业用复合材料的发展 胡良全1 陈新2 （1 北京玻钢院复合材料有限公司 2 中国电力科学研究院 ） Beijing Composite Material Co., Ltd. Beijing China 102101 hulquan251@126.com, ,P.O..Box261,Beijing 摘 要： 本文对电力行业的复合材料研究与应用情况作了简要介绍，主要有电力导线的碳纤维复合材料芯、输电线路的复合材料杆塔、输变电设备的绝缘零部件与线路复合绝缘子、风力发电系统的复合材料，并提出了目前电力用复合材料的主要技术问题及需要大力研究的关键技术。 关键词：复合材料 绝缘材料 电力工程 导线 杆塔 输变电设备 1 引言 随着现代工业对供电可靠性、电能质量要求的日益提高、电力负荷需求的逐步增加，无疑对电力行业提出了更加严峻的考验。电力工程的建设正面临着土地资源日益紧张、有色金属资源的稀缺、电力传输的快速扩容及环境保护等问题。对电力工程的可靠性、安全性、经济性、高效性和环境友好性等提出了更高的要求。复合材料优异的可设计性，具有高强、绝缘、防腐、无磁等多重特性，决定了复合材料是电力工程领域的关键材料之一。目前主要应用有：1）电力导线的碳纤维复合材料芯；2）输电线路的复合材料杆塔；3）输变电设备的绝缘零部件与线路复合绝缘子；4）风力发电系统的复合材料等。本文就电力行业中主要应用复合材料的情况进行介绍。 2 电力导线的碳纤维复合材料芯现状 20世纪90年代，日本学者研究用碳纤维复合材料芯代替钢芯，开发出了即碳纤维复合芯铝绞线。碳纤维复合芯是由碳纤维为中心层和玻璃纤维包覆制成的单根或多根芯棒。碳纤维复合芯导线（ACCC）是一种全新概念的架空输电线路用导线，用碳纤维复合芯替代传统的钢芯铝绞线中的钢芯制成，是复合材料在输电导线中的创新性应用，可节约走廊20-40%，扩容线路可减少新建线路一半的土地占用面积；节能降耗，全年220Kv线路每公里减少电力损耗将达20万元左右；导线输送能力提高约30-50%。2003年, 美国的CTC(composite Technology company)公司推出了ACCC(Aluminum conductor composite core)复合材料合成芯导线，美国最早成功推行复合芯导线输电线路，欧美国家共有19条线路（均为单回路）使用该种导线，美国16条线路；法国2条线路；西班牙1条线路；日本碳纤维复合芯导线主要由日本制纲株式会社生产，导线在日本东北电力公司宫城支店的66kV输电线路上进行了试用。目前，印度、波兰、巴西等国家也积极开发碳纤维复合芯导线技术，印度作为最有潜力的市场正在推动复合芯导线输电线路应用。我国的江苏远东电缆有限公司于2005年引进美国CTC公司复合芯产品，合作生产ACCC导线，购买美国CTC公司复合芯制造的导线已在我国多个地区挂网运行100多条。2008年，河北硅谷化工公司的碳纤维复合芯导线项目在邯郸市永年县开工建设。 2010年9月，中国电力科学院承担的国家电网公司科技项目“碳纤维复合芯扩容导线的开发”顺利通过验收，并已在50多条线路挂网试运行。迄今为止，除非洲国家以外，其他几大洲都有碳纤维复合芯导线的成功应用。目前，全球碳纤维复合芯应用里程超过10000公里，其中中国超过5000公里。现阶段碳纤维复合芯导线应用主要以线路增容改造为主，在新建线路中未大规模推广，其主要存在安全可靠性、经济实用性、运行稳定性的问题。如何进一步降低碳纤维复合导线的造价、ACCC生产、施工及运行中安全可靠性评定的方法有待进一步研究。目前国家电网公司已经制定了十二五期间ACCC的推广应用计划；立项开展ACCC的国产化应用技术、低成本技术、老化与安全寿命评估、无损检测和线路在线检测等应用技术研究；中国电科院和上缆所已编制碳纤维复合材料导线的相关标准，生产厂家已建成158条CF芯专用拉挤生产线，进一步加大了产业研发力度，正在逐步降低产品价格。 3 输电线路的复合材料杆塔现状 50多年以前，采用连续纤维缠绕成型工艺制造了树脂基玻璃纤维复合材料电杆，但鉴于当时工艺技术水平和树脂配方问题导致抗老化性能差，寿命短，未能在实际工程线路中得到实际应用。进入上世纪90年代，随着树脂和纤维材料性能的改进和制造技术的进步，复合材料电杆重新受到世界各国输电行业的重视。复合材料杆塔由于其优良的综合性能已经在欧美得到应用，其主要技术优势包括：）良好的绝缘性，不仅避免了风偏和污闪事故，提高线路安全运行水平；同时，还可以减少塔头尺寸、缩减走廊宽度；）杆塔质轻高强，易于加工成型，可大幅降低杆塔的运输组装成本；）材料可设计性强，通过不同的纤维分布方式实现材料各项异性，从而满足不同受力构件