碳纤维材料在电力行业输配电网络中的应用

  碳纤维复合材料具有比强度高、比模量大、线膨胀系数小、耐腐蚀、耐久性能好、材料性能具有可设计性等特点,被广泛应用于国防、航空、电力、建筑、汽车等各行业。近年来,国家电网公司对供电可靠性、电力传输的环境友好性等要求日益提高,碳纤维复合材料的优异性能成为解决以上问题的关键选择。

  1.复合绝缘子

  复合绝缘子主要由引拔棒.伞裙和金具组成其中引拔棒为绝缘子的内绝缘件,采用玻璃纤维增强复合材料制成,主要用于承担绝缘子的机械负荷。变电站用复合绝缘子主要有针式复合绝缘子、支柱复合绝缘子和感器用复合套管绝缘子等。主要用作变电站一次设备的外绝缘,提高一侧设备的可靠性。

  相比传统的瓷或玻璃绝缘子,复合绝缘子具有以下性能优点:1)强度高、市最轻、运输安装方便;2)伞套材料的憎水性使绝缘子具有优异的耐湿闪、污内性能;3)复合绝缘子的耐污性能减少了线路运行维护成本,不必进行定期的清扫和零值检测;4)复合绝缘子耐冲击能力强,不易破损,减少了安装运输过程中的意外破损、爆炸等。

  在国家电网公司西北地区750kV输变电工程中,变电站复合绝缘子应用范围从空心绝缘子增加到空心、支柱绝缘子,应用数量也大幅增长。结合绝缘子环境适应性要求,从结构设计、材料选用、成型工艺等方面综合设计的支柱复合绝缘子,成功应用于沙洲750kV变电站隔离开关上。

  2.复合材料电缆支架

  电缆敷设是变电站建设的重要环节,需要敷设的电缆包括控制电缆、动力电缆、光纤、数据线等。由于电缆需敷设在地面以下,电缆沟环境潮湿、液体的腐蚀性对电缆及电缆支架造成威胁,复合材料电缆支架的应用能较好地解决支架腐蚀生锈的问题。

  复合材料电缆支架具有如下优点:1)强度高、质量轻;2)表面光滑、摩擦系数小;3)整休绝缘性好、无电腐蚀、本身无需接地,可减少安装工作量;4)耐水性好、防腐蚀、防生锈、使用寿命长、维护成本低;5)耐热、耐寒、耐火性能好等。复合材料电缆支架按复合材料特性可分为热塑性复合材料电缆支架和热固性复合材料电缆支架网。前者生产效率高,但阻燃性差,在长期载荷作用下易产生螨变、下垂、老化,因此只能使用在要求不高的场合;后者可根据产品形状和批量,采用手糊、拉挤或模压工艺成型。另外,国内部分厂家还研制了组装接插式电缆支架,有利于现场施工的快速安装。

  3.复合材料箱体

  箱式变电站箱体采用玻璃纤维增强复合材料制造始于1997年,其强度高,在运输震动和抖动情况下不易损坏。另外,复合材料箱体耐老化性能好,具有抗暴晒、抗辐射、抗风化、隔热防水、防大气腐蚀等特性。相比传统木质结构箱体和镀铝锌钢板箱体,复合材料箱体具有安全可靠性高、质量轻、成本低等优点。