我國是個缺電的國家，不僅發電業的發展滯后，輸電業的弊端也凸現出來，輸電線路已不堪承受傳輸容量快速擴容的需求，由于過負荷造成的停電、斷電故障頻頻發生，電力傳輸成為電力工業發展的“瓶頸”，各國均在研究新型架空輸電路用導線，以取代傳統的鋼芯鋁絞線，碳纖維復合芯導線由此應運而生。

碳纖維復合芯鋁絞電纜 （見圖1）① ( ACCC--Alu-minum conductor composite core reinforced cable) 是傳統鋼芯鋁絞電纜 ( ACSR) 的更新換代產品。這種新型電纜具有一系列優異性能，是電纜的高端產品。日本和美國已經研發成功ACCC 電纜，并在電網中得到實際應用。我國從美國已購買這種電纜，在多種電網中開始試用。同時，我國已開始研制 ACCC，以取代傳統的ACSR 電纜，這必將使我國架空輸電技術提高到一個新水平。

123456
圖1：碳纖維復合鋁絞電纜（左）和鋼芯鋁絞電纜（右）


技術關鍵

碳纖維和玻璃纖維復合芯鋁絞電纜，主要采用連續拉擠法。核心技術是芯棒的制造，關鍵材料是高溫韌性環氧樹脂。在碳纖維復合芯棒中，碳纖維占35%，玻璃纖維占35%，高溫韌性環氧樹脂占30%。所用碳纖維的拉伸強度高和斷裂伸長大，因而為所制芯棒提供韌性和耐沖擊性能。所用環氧樹脂為高溫型的韌性樹脂。這是制造復合芯棒的又一技術核心。這種樹脂固化溫度高達260℃，一般環氧樹脂648或AG80的固化溫度都低于此值。換言之，這種高溫固化型環氧樹脂具有特殊的耐熱結構。此外，還需要增韌改性，使所制芯棒具有韌性，而不是硬棒。否則不會通過放線滑輪試驗。連續拉擠成型是成熟工藝。但制造碳纖維復合芯棒具有一定的特殊性。

工藝流程 本文來自123

將碳纖維筒放在整理架上，單向(0°)集束，包覆玻璃纖維，浸漬環氧樹脂膠液，通過鋼制模口，以控制直徑，然后通過固化爐，固化成型。芯棒直徑可在0.19~19mm范圍內調節，拉擠速度可在2.7－18m/min范圍內調節。


性能分析

1. 與ACSR電纜相比，可有效提高29%載流容量，減少輸電損失6%
一方面，由于碳纖維復合芯強度高于鋼芯，因而芯棒直徑比鋼芯細，可容納的鋁線多，加之，ACCC的梯形截面，導線排列更緊密，因此總體上導電截面更大。與傳統的ACSR相比，載流量提高29%左右的載流量。此外，ACCC不存在傳統鋼絲的磁損和熱效應，可有效減少輸電損失6%。

2. 線膨脹系數小、弛度小
首先，ACCC導線具有顯著的低弛度特性，ACCC的線膨脹變化僅為ACSR的9.6%，下垂度不到ACSR的1/2；其次，ACCC復合芯可在急冷急熱的環境中工作，例如，上至200℃，下至－180℃的極寒低溫，任然可以用于輸電載體的設計和制造。因此，碳纖維復合芯不僅能夠適應溫差變化，還有效減少架空電纜的絕緣空間，提高導線運行的安全性。 123456

3. 重量輕、強度高、破斷力大
ACCC的復合芯的密度約為1.9g/cm3 ，而ACSR的芯材密度要高出4倍（約為7.8 g /cm3 ），同時，ACCC的拉伸強度為2399MPa，是ACSR的1.97倍。要知道，電纜的承載外力主要由芯材承擔。而碳纖維復合芯相比鋼絲不僅具有重量輕、強度高的優勢，還大大提高了30%的破斷力。

4. 耐腐蝕性
ACCC復合芯可以避免ACSR線芯的雙金屬間腐蝕的問題。更重要的是，ACCC芯棒外層包覆著玻璃纖維層，該層能起到絕緣功能，有的產品還在玻璃纖維外層包覆四氟乙烯使芯棒與鋁線完全絕緣，免受電腐蝕（見圖2：碳纖維復合芯鋁絞電纜的界面圖）。


圖2：1、碳纖維環氧樹脂復合材料內芯;2、玻璃纖維增強環氧樹脂復合材料外芯;3、第一層梯形鋁導線;4、第二層梯形鋁導線;5、保護性涂層。 123456


ACCC在中國市場的應用概況

• 遠東控股集團---遠東控股集團與美國CTC公司保持密切合作，于2009年3月合作成功把碳纖維的應用拓展到了電力領域，推出的碳纖維導線具有強度高、重量輕、弧垂小、導電率高、載流量大、運行溫度高等優良特性，解決了輸變電行業中大容量與低損耗并存的系統性技術問題，并已經在全國40余條輸電線路掛網運行。碳纖維導線的出現顛覆了傳統的鋼芯鋁絞線輸電，被業內專家譽為輸變電領域的革命。2011年1月，遠東碳纖維復合導線在北京掛網運行。

• 福建省龍巖電業局---2006年7月，我國首條220kvACCC碳纖維復合碳纖維復合芯導線在福建省龍巖電業局園田塘變電站至曹溪變電站220kv線路掛網運行，導線全長5.2km。工程利用原線路鐵塔及大部分金具瓷瓶等原設備，改造后使該線路輸送容量提高了一倍。工程正式施工與常規導線工程改造相比至少縮短了3個月的工期。既滿足了增容要求，同時縮短了改造舊線路的施工、停電時間。2007年2月，由福建南平市電業局投資引進的ACCC碳纖維復合導線，在南平市區220kv古楊Ⅱ線較密集地段掛網并正式投入運行，導線全長3.9km。

• 江蘇無錫---2006年10月，江蘇無錫110kv孟村至陸區4.1km長的ACCC導線順利建成竣工投運，這是我國首次在110kv線路工程中使用碳纖維復合材料導線。應用此種新型導線，對于需要較大載流量的蘇南地區來說，效益十分明顯。以無錫地區為例，常規的110kv回線路新建的綜合造價約為80萬元/km，而采用碳纖維復合芯鋁絞線，其每公里的投資僅需約50萬元，能夠節約近40%的費用，可大大減少工程投資。

• 浙江寧波送變電公司---2007年，浙江寧波送變電建設公司對220kv河慈、河溪線兩回導線實施增容改造，總長35km的普通鋼芯鋁絞線被換成遠東復合技術有限公司和美國CTC公司生產的ACCC碳纖維復合芯導線，改造后，兩條線路共增容30萬KW•A，極大地緩解了慈溪地區困擾已久的電網卡脖子問題，對慈溪地區迎峰度夏期間減少拉限電起到了重要作用。

• 河北硅谷化工公司---2007年，河北硅谷化工公司投資2億元建成年產1200噸高性能碳纖維生產線，填補了國內空白，為我國大批量生產碳纖維復合芯導線提供了核心材料。2008年10月份，該公司又籌資3.8億元開工建設碳纖維復合芯導線生產線，建設期兩年。2009年2月18日華北電網公司完成碳纖維導線自主研發項目由華北公司牽頭，華北電力科學研究院有限責任公司為技術總負責單位，河北硅谷化工有限公司、山東大學為協作單位。經過項目組的努力，目前已經實現了碳纖維復合芯的完全國產化，完成了碳纖維導線的自主研發，并在華北電網500千伏萬順三回線掛網試運行。 123456

天津電網---2008年，天津景衛220千伏線路碳纖維復合芯鋁絞線總長度11.26千米，試運行一年以來安全穩定，是目前國內正在運行的碳纖維復合芯鋁絞線最長的一條。天津公司針對施工中導線受力狀態下相關參數進行了測定，已具備ACCC導線在設計、施工、運行、檢修維護方面的初步經驗。

• 河南謝安---2009年8月，110V泰康高朗輸變電工程碳纖維復合芯鋁絞線順利通過驗收，這是ACCC在河南省首次用于110V輸電線路，對今后高壓電里輸電線路使用ACCC電纜提供有價值的運行數據。

• 三普藥業---2011年，三普藥業公司完成醫藥行業重組工作，轉型發展碳纖維電纜。隸屬于遠東集團電纜業務。


發展建議

首先，一直以來碳纖維材料價格導致的建設成本過高是制約產業化應用的關鍵。例如，我國福建電網從美國CTC公司購買了60公里ACCC導線應用在福建省廈門和福州電網中，其價格水平為１５萬元人民幣／公里。這比我們一直使用的鋼芯鋁絞線的價格要高3-5倍。但是相信隨著碳纖維質量提高，產量擴大價格下降，必將有利于 ACCC 電纜的推廣使用。 內容來自123456

其次，碳纖維復合導線金具直接制約了導線的推廣應用。據國家電網公司稱，目前碳纖維復合芯導線采用的配套金具具有大長度、大直徑特點，其中接續金具總長度達到170厘米左右，不能順利通過放線滑車，導致目前碳纖維復合芯導線的放線施工均采用定長距離、分段放線的施工方法，需頻繁轉場，施工難度、施工周期及費用大幅度增加，甚至在地形條件惡劣區段無法施工，構成了碳纖維復合芯導線推廣應用的瓶頸。據悉，華北電網已經聯合相關院所自主研發了碳纖維復合芯配套金具，包括耐張線夾、接續管，并通過了一系列試驗，一定程度上解決了電纜線展放的問題，有效降低長距離路段的施工難度。

相信，ACCC電纜將會隨著我國碳纖維及其配套金具工業的發展迎來良好的應用前景。