近日，国家知识产权局公布专利“一种智能电网用特高压导线”，申请人为国网山东省电力公司莒南县供电公司，发明人：孙运东、王海鹏。
摘要
本发明属于电力材料领域，公开了一种智能电网用特高压导线，其是由多股碳纤维导体绞合而成，所述碳纤维导体按照如下步骤制备而得：
步骤1）制备物料A，步骤2）制备物料B，步骤3）制备物料C，步骤4）制备物料D，步骤5）制备碳纤维导体。本发明智能电网用特高压导线采用多股碳纤维导体复合结构，强度大、质量轻，传输距离远，容量大。
1.一种智能电网用特高压导线，其是由多股碳纤维导体绞合而成。
2.根据权利要求1所述的智能电网用特高压导线，其特征在于：所述碳纤维导体按照如下步骤制备而得：步骤1）制备物料A，步骤2）制备物料B，步骤3）制备物料C，步骤4）制备物料D，步骤5）制备碳纤维导体。
3.根据权利要求2所述的智能电网用特高压导线，其特征在于：所述碳纤维导体按照如下步骤制备而得：
步骤1）制备物料A：取石墨放入坩埚中，置于马弗炉中煅烧，在氮气的保护下，于700-800℃煅烧3min，取出，粉碎成粉末状，得到物料A；
步骤2）制备物料B：将纳米二氧化硅和纳米氧化铝混合搅拌均匀，然后添加到聚乙烯吡咯烷酮中，300转/min搅拌5min，然后置于温度为60℃、相对湿度为80％的湿热环境中6小时，最后冷却至室温，即得物料B；其中，纳米二氧化硅、纳米氧化铝以及聚乙烯吡咯烷酮的质量比为1:1:2；
步骤3）制备物料C：将物料A、物料B以及碳纤维依次添加到高速搅拌器中，1000转/min搅拌5min，然后预热到100℃，静置3min，得到混合料，将混合料再浸入到双酚A型环氧树脂中，通过赋形模头以丝条的形式将其拉出并切碎，得到物料C；其中，物料A、物料B、碳纤维以及双酚A型环氧树脂的质量比为4-7:3-5:7-12:25-35；
步骤4）制备物料D：将铝在600℃下保温30min，升温至700℃，然后加入锗、钽、钇、铼、钒、钼、锌、锰、铬、钛，进行熔炼形成合金液，熔炼时间为10min，然后升温至740℃，再将物料C投入到合金液中，同时采用电磁搅拌器搅拌，搅拌时间为8分钟；保温，静置3分钟得到物料D；
步骤5）制备碳纤维导体：将物料D注入结晶器进行连铸连轧，控制铸坯进入轧机的温度为500℃-560℃，轧机出口处合金杆温度为300℃-320℃；合金杆经拉丝得到合金线；将合金线进行退火处理，退火温度350℃，退火时间20分钟，自然冷却，即得碳纤维导体。
4.根据权利要求3所述的智能电网用特高压导线，其特征在于：所述步骤4）中，铝、锗、钽、钇、铼、钒、钼、锌、锰、铬、钛以及物料C的质量比为200-300:1-2:1-2:1-2:1-2:1-2:2-3:3-5:4-7:4-7:6-9:30-50。5.根据权利要求3所述的智能电网用特高压导线，其特征在于：优选地，所述纳米二氧化硅和纳米氧化铝的粒径为50nm。
背景技术
特高压英文缩写UHV；电压符号是U（个别地方有用V表示的）；电压的单位是伏特，单位符号也是V；比伏大的有kV、比伏小的mV，uV，它们之间是千进位。在我国，特高压是指±800千伏及以上的直流电和1000千伏及以上交流电的电压等级。特高压能大大提升我国电网的输送能力。据国家电网公司提供的数据显示，一回路特高压直流电网可以送600万千瓦电量，相当于现有500千伏直流电网的5到6倍，而且送电距离也是后者的2到3倍，因此效率大大提高。此外，据国家电网公司测算，输送同样功率的电量，如果采用特高压线路输电可以比采用500千伏高压线路节省60%的土地资源。
现在远程电力传输通常采用的是钢芯铝绞线，其结构是中心层为钢绞线在钢绞线的外部绞合有多层紧密排列的铝线。这种排列方式属于正规绞合排列结构，其优点是导线结构紧密、稳定、外径小，但这种导线只适用220kV及以下电压等级线路。随着电力传输电压等级越来越高，我国最高电压等级已达到1000kV，原始的输电用钢芯铝绞线已不能满足大负荷输电量的需求，远距离、大容量、大跨度的新型输电材料的研究越来越迫切。
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发明内容
为了解决现有技术的钢芯铝绞线存在的缺陷，本发明提供了一种高导电率、力学性能好、质量轻、耐腐蚀耐高温的智能电网用特高压导线。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
一种智能电网用特高压导线，其是由多股碳纤维导体绞合而成，其特征在于：所述碳纤维导体按照如下步骤制备而得：
步骤1）制备物料A：取石墨放入坩埚中，置于马弗炉中煅烧，在氮气的保护下，于700-800℃煅烧3min，取出，粉碎成粉末状，得到物料A；
步骤2）制备物料B：将纳米二氧化硅和纳米氧化铝混合搅拌均匀，然后添加到聚乙烯吡咯烷酮中，300转/min搅拌5min，然后置于温度为60℃、相对湿度为80％的湿热环境中6小时，最后冷却至室温，即得物料B；其中，纳米二氧化硅、纳米氧化铝以及聚乙烯吡咯烷酮的质量比为1:1:2；
步骤3）制备物料C：将物料A、物料B以及碳纤维依次添加到高速搅拌器中，1000转/min搅拌5min，然后预热到100℃，静置3min，得到混合料，将混合料再浸入到双酚A型环氧树脂中，通过赋形模头以丝条的形式将其拉出并切碎，得到物料C；其中，物料A、物料B、碳纤维以及双酚A型环氧树脂的质量比为4-7:3-5:7-12:25-35；
步骤4）制备物料D：将铝在600℃下保温30min，升温至700℃，然后加入锗、钽、钇、铼、钒、钼、锌、锰、铬、钛，进行熔炼形成合金液，熔炼时间为10min，然后升温至740℃，再将物料C投入到合金液中，同时采用电磁搅拌器搅拌，搅拌时间为8分钟；保温，静置3分钟得到物料D；其中，铝、锗、钽、钇、铼、钒、钼、锌、锰、铬、钛以及物料C的质量比为200-300:1-2:1-2:1-2:1-2:1-2:2-3:3-5:4-7:4-7:6-9:30-50;步骤5）制备碳纤维导体：将物料D注入结晶器进行连铸连轧，控制铸坯进入轧机的温度为500℃-560℃，轧机出口处合金杆温度为300℃-320℃；合金杆经拉丝得到合金线；将合金线进行退火处理，退火温度350℃，退火时间20分钟，自然冷却，即得碳纤维导体。
优选地，纳米二氧化硅和纳米氧化铝的粒径均为50-100nm。
[0008]本发明取得的有益效果主要包括：本发明智能电网用特高压导线采用多股碳纤维导体复合结构，强度大、质量轻，传输距离远，容量大；碳纤维导体重量轻、耐腐蚀，使用寿命长，较好的解决了铝导线长期运行的老化问题，使用寿命明显高于普通导线，应用范围广泛；本发明制得的碳纤维导体具备高电导率，优良的力学性能、耐热耐腐蚀性能等优点，可使杆、塔之间的跨距增大、高度降低、同样容量线路成本比普通导线低；本发明中稀土金属改善了导体中晶体的组织结构，提高了加工性能和耐腐蚀性能；本发明对纳米材料进行了改性，提高了其与树脂材料和碳纤维材料的相容性；本发明碳纤维进行了改性和修饰，提高导线芯的工作温度，保证导电率，减轻导线芯重量，耐磨损耐疲劳，与合金材料的相容性更好；本发明合金材料配伍合理，制备工艺简单可行，通过控制工艺参数，改善了应力作用对导体组织的不利影响，使得导体的耐挠曲疲劳特性提高。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请具体实施例，对本发明进行更加清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
实施例1
一种智能电网用特高压导线，其是由多股碳纤维导体绞合而成，所述碳纤维导体按照如下步骤制备而得：
步骤1）制备物料A：取石墨放入坩埚中，置于马弗炉中煅烧，在氮气的保护下，于700℃煅烧3min，取出，粉碎成粉末状，得到物料A；
步骤2）制备物料B：将纳米二氧化硅和纳米氧化铝混合搅拌均匀，然后添加到聚乙烯吡咯烷酮中，300转/min搅拌5min，然后置于温度为60℃、相对湿度为80％的湿热环境中6小时，最后冷却至室温，即得物料B；其中，纳米二氧化硅、纳米氧化铝以及聚乙烯吡咯烷酮的质量比为1:1:2；
步骤3）制备物料C：将物料A、物料B以及碳纤维依次添加到高速搅拌器中，1000转/min搅拌5min，然后预热到100℃，静置3min，得到混合料，将混合料再浸入到双酚A型环氧树脂中，通过赋形模头以丝条的形式将其拉出并切碎，得到物料C；其中，物料A、物料B、碳纤维以及双酚A型环氧树脂的质量比为4:3:7:25；
步骤4）制备物料D：将铝在600℃下保温30min，升温至700℃，然后加入锗、钽、钇、铼、钒、钼、锌、锰、铬、钛，进行熔炼形成合金液，熔炼时间为10min，然后升温至740℃，再将物料C投入到合金液中，同时采用电磁搅拌器搅拌，搅拌时间为8分钟；保温，静置3分钟得到物料D；其中，铝、锗、钽、钇、铼、钒、钼、锌、锰、铬、钛以及物料C的质量比为200:1:1:1:1:1:2:3:4:4:6:30；步骤5）制备碳纤维导体：将物料D注入结晶器进行连铸连轧，控制铸坯进入轧机的温度为500℃，轧机出口处合金杆温度为300℃；合金杆经拉丝得到合金线；将合金线进行退火处理，退火温度350℃，退火时间20分钟，自然冷却，即得。
其中，纳米二氧化硅和纳米氧化铝的粒径均为50nm。
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实施例2
一种智能电网用特高压导线，其是由多股碳纤维导体绞合而成，所述碳纤维导体按照如下步骤制备而得：
步骤1）制备物料A：取石墨放入坩埚中，置于马弗炉中煅烧，在氮气的保护下，于800℃煅烧3min，取出，粉碎成粉末状，得到物料A；
步骤2）制备物料B：将纳米二氧化硅和纳米氧化铝混合搅拌均匀，然后添加到聚乙烯吡咯烷酮中，300转/min搅拌5min，然后置于温度为60℃、相对湿度为80％的湿热环境中6小时，最后冷却至室温，即得物料B；其中，纳米二氧化硅、纳米氧化铝以及聚乙烯吡咯烷酮的质量比为1:1:2；
步骤3）制备物料C：将物料A、物料B以及碳纤维依次添加到高速搅拌器中，1000转/min搅拌5min，然后预热到100℃，静置3min，得到混合料，将混合料再浸入到双酚A型环氧树脂中，通过赋形模头以丝条的形式将其拉出并切碎，得到物料C；其中，物料A、物料B、碳纤维以及双酚A型环氧树脂的质量比为4-7:3-5:7-12:25-35；
步骤4）制备物料D：将铝在600℃下保温30min，升温至700℃，然后加入锗、钽、钇、铼、钒、钼、锌、锰、铬、钛，进行熔炼形成合金液，熔炼时间为10min，然后升温至740℃，再将物料C投入到合金液中，同时采用电磁搅拌器搅拌，搅拌时间为8分钟；保温，静置3分钟得到物料D；其中，铝、锗、钽、钇、铼、钒、钼、锌、锰、铬、钛以及物料C的质量比为300:2:2:2:2:2:3:5:7:7:9:50;
步骤5）制备碳纤维导体：将物料D注入结晶器进行连铸连轧，控制铸坯进入轧机的温度为560℃，轧机出口处合金杆温度为320℃；合金杆经拉丝得到合金线；将合金线进行退火处理，退火温度350℃，退火时间20分钟，自然冷却，即得。
其中，纳米二氧化硅和纳米氧化铝的粒径均为100nm。
实施例3
1.导电率试验：
将实施例1-2制备的碳纤维导体进行导电率实验，按照国标GB/T12966-2008的测试方法进行检测，
其结果如表1
2.力学试验：
将实施例1-2制备的碳纤维导体进行室温拉伸实验，按照国标GB/T228-2002制成标准拉伸试样，在拉伸速度为0.5mm/min，30KN拉力试验机上拉伸，测量长度为50mm，测定抗拉强度、延伸率，其结果如表2所示：
3.耐热耐腐蚀试验：
将实施例1制备的碳纤维导体进行耐热性能测试，用200℃保温240小时，抗拉强度保持率在98.3%，延伸率保持率在97.4%，导电率维持在98.6%。
[0016]将实施例1制备的碳纤维导体进行耐腐蚀性能测试，置于10%的氯化钠溶液240小时，抗拉强度保持率在99.7%，延伸率保持率在99.4%，导电率维持在99.3%以上结合具体的实施方式对本发明进行了描述，但本领域技术人员应该清楚，这些描述都是示例性的，并不是对本发明保护范围的限制。本领域技术人员可以根据本发明的精神和原理对本发明做出各种变型和修改，这些变型和修改也在本发明的范围内。
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