創新,著眼發展
早在2006年,國家就將碳纖維導線技術列入重點推廣技術目錄。隨著經濟和城市的發展,用電負荷日益增大,但中國土地資源有限,輸電走廊的選擇受到制約,尤其對于負荷中心區域的增容改造工程,重新開辟走廊新建線路愈發困難,因此提高單位走廊傳輸功率的需求日益迫切。然而維持原線路走廊采用大截面導線等方式實施改造,原有鐵塔設計荷載及弧垂將無法滿足更換導線需要,按照常規設計,只能大動干戈改造或更換全部鐵塔,這不僅會延長停電施工時間,給系統運行帶來巨大壓力,而且增加了施工外協難度以及賠償費用,大幅度提高工程造價。
鐵路是國民經濟的大動脈,鐵路供電安全,關系到鐵路運能、運力和運輸秩序,關系到社會的穩定與和諧。特別是隨著我國電氣化鐵路在路網中比重不斷加大和高速鐵路的快速發展,提高鐵路供電的可靠性顯得尤為迫切。中國中鐵電氣化局集團領導認識到,一種能夠有效實現增容、具有防覆冰功能的高性能導線的研發勢在必行,利用碳纖維材料制造防覆冰導線成為新型導線品種的首選。
從長遠來看,國產碳纖維技術經過充分發展后,防覆冰導線有望在價格上與常規導線逐步縮小差距,促進這種性能優越的導線“平民化”、“常規化”,它不但可以應用于超高壓、特高壓長距離線路,而且能夠廣泛應用于鐵路供電,有效提高供電能力和線路安全運行水平。
創新,突破重圍
自主研發屬于中國自己的防覆冰導線,從技術專利上取得突破,打破發達國家的技術壟斷,促使防覆冰導線成為性能優越、價格合理的“平民化”、“常規化”產品,這是集團公司為該項目研發定的基調。
2008年4月,公司科研人員開始進行防覆冰導線的技術研究。
在碳纖維產品的研發上,中國和發達國家不處于同一起跑線,日本、美國等少數幾個高科技國家長期壟斷了高檔碳纖維生產技術。美國相關企業更是已經具備較為成熟的碳纖維導線生產技術,且申請了相關專利,這些技術專利為我國自主研發碳纖維導線設置了巨大障礙。中國中鐵電氣化局集團經過大膽而縝密的技術創新,與國外專利形成本質區別,甚至與國外專利技術相比,碳纖維導線的性能獲得提高,最顯著的特點是具備了防覆冰功能,實現了世界首創。公司現已針對核心技術申請了“防覆冰電力導線”、“防覆冰接觸網導線”、“防覆冰接觸網導線及其制造方法”等多項專利,通過核心技術的專利申請,公司將建立起防覆冰導線的自主知識產權體系,打破發達國家的技術壟斷,為國產碳纖維防覆冰導線的生產、應用掃清障礙。
防覆冰導線主要優點是:
1、具有自熱功能。碳纖維復合芯在電流作用下其分子作布朗運動產生熱量。
2、強度為普通導線的2倍。普通鋼絲的抗拉強度為1240Mpa-1410Mpa,而防覆冰導線的碳纖維混合固化芯棒,是前者的兩倍。
3、導電率高,節能6%。由于防覆冰導線不存在鋼絲材料引起的磁損,可以減少輸電損失約6%。
4、低弧垂,降低2倍以上垂度。防覆冰導線與鋼芯鋁絞線相比具有顯著的低弛度特性,在高溫條件下弧垂不到鋼芯鋁絞線的1/2,能有效減少架空線的絕緣空間走廊,提高了導線運行的安全性和可靠性。
5、重量輕10-20%。防覆冰導線的比重約為鋼的1/4,在相同的外徑下,防覆冰導線的鋁截面積為常規鋼芯鋁絞線的1.29倍。防覆冰導線單位長度重量比常規導線輕10-20%,顯示了防覆冰導線重量輕的優點。
6、耐腐蝕,使用壽命高于普通導線的2倍。碳纖維復合材料與環境親和,同時避免了導體在通電時鋁線與鍍鋅鋼線之間的電化腐蝕問題,有效地延緩導線的老化,使用壽命高于普通導線的2倍。
7、同樣容量線路投資成本低于普通導線。由于防覆冰導線倍容量運行,而且抗拉強度高、弛度小、重量輕等特點,可使桿、塔之間的跨距增大,高度降低,同樣容量線路成本比普通導線低。
8、節約一半鋁材的消耗。按每年電力線路200萬噸鋁用量計算,能節約鋁材近100萬噸。從保護環境、改善人類生態環境方面來說,具有劃時代的意義。
中國中鐵電氣化局集團公司充分發揮大型企業集團的技術優勢,科研開發、工業生產、工程建設相互支持,可以預言,在中國推廣使用這項專利技術以后,供電線路覆冰問題將會從根本上化解,全天候、大容量、高可靠的電力線路會讓穿越夢幻時空的高速鐵路跑得更好、跑得更快,人們將盡情地享受現代化交通工具帶來的便捷和舒適。