趙曉鋒

摘要：介紹了碳纖維復合芯導線發(fā)展狀況、趨勢和特點，重點闡述了碳纖維復合芯導線的優(yōu)點，以及國內(nèi)碳纖維復合芯導線應用情況。

關(guān)鍵詞：電力碳纖維導線架空輸電線路應用

0 引言

2008年初，我國南方雪災給國計民生帶來重大災難和經(jīng)濟損失，有些地方由于輸電線路覆冰，鐵塔扭曲變形甚至倒塌傷人。2009年，山西電網(wǎng)所轄曲朔Ⅱ線由于覆冰，地線斷線，造成重大經(jīng)濟損失。有鑒于此，電網(wǎng)輸電線路需要一種重量輕、強度高、弛度低、耐腐蝕、低線損的新型架空導線，碳纖維復合芯導線是最好的選擇。

名詞解釋：ACCC—碳纖維復合芯導線

ACSR—鋼芯鋁絞線

1 碳纖維復合芯導線簡介

中國土地資源有限，輸電走廊的選擇受到制約，提高單位走廊傳輸功率的需求日益迫切，對于輸電能力取決于導線熱穩(wěn)定性的架空輸電線路，更換高性能導線能夠顯著提高線路輸送能力。近年來，隨著大風、覆冰等惡劣氣候的增多和加劇，導線風偏、舞動引發(fā)的線路故障頻繁發(fā)生，嚴重影響電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行，更換低弧垂、高強度導線可有效抑制相地、相間放電及導線損傷。碳纖維復合芯導線因具有重量輕、高強度、高彈性模量、低線膨脹系數(shù)、耐高溫、耐疲勞、耐腐蝕等技術(shù)優(yōu)勢，既能夠用于提高輸送能力，又可有效提高線路安全運行水平，將成為最具發(fā)展?jié)摿Φ男滦蛯Ь€品種。目前，已有國內(nèi)廠商可以生產(chǎn)這種導線。

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2 碳纖維復合芯導線的特點

2.1 運行溫度高。碳纖維復合芯耐熱導線可使遷移點溫度提升，如ACCC/LH-300/50導線的遷移點溫度在100～110℃范圍內(nèi)，長時間正常運行溫度可達160℃，短時間正常運行溫度可達200℃，能輕松滿足增容后的弧垂等要求。

2.2 強度高。一般鋼絲的抗拉強度為1240Mpa，高強鋼絲為1410Mpa，而碳纖維復合芯導線芯棒，其抗拉強度可達到2600Mpa，分別為前兩者的2.1倍和1.85倍。

2.3 重量輕。碳纖維復合芯材料的比重約為鋼的1/5。在相同的外徑下，碳纖維復合芯導線的重量比常規(guī)鋼芯鋁絞線ACSR輕20-40％。

2.4 彈性模量高，線膨脹系數(shù)小，弛度小。碳纖維復合芯導線與ACSR導線相比，具有顯著的低弛度特性。在相同的實驗條件下，溫度從26.1℃上升到183℃時，常規(guī)ACSR導線的弛度從236mm增加到1422mm，提高了5倍；而ACCC導線的弛度僅從198mm增加到312mm，提高僅0.57倍。碳纖維復合芯導線弛度的變化量僅為常規(guī)ACSR導線的9.6%。在高溫下弧垂不到鋼芯鋁絞線的1/10，能有效減小桿塔塔頭高度，提高了導線運行的安全性和可靠性。

2.5 線損小，輸送容量大。由于碳纖維復合芯導線不存在鋼絲材料引起的磁損和熱效應，復合芯的非磁性體結(jié)構(gòu)，解決了傳統(tǒng)導線的渦流損耗，在輸送相同負荷的條件下，還具有更低的運行溫度，因此可以減少輸電損失約6%。因碳纖維導線可以連續(xù)高溫（1500C）條件下運行，故其載流量可達到常規(guī)導線的兩倍左右。耐熱鋁合金導線，具有耐高溫、高導電率等優(yōu)點，特別適用于城網(wǎng)電網(wǎng)增容改造線路，使之在提高傳輸容量的同時，提高并改善電路的安全和可靠性。如選用同規(guī)格的該產(chǎn)品，可增容一倍，不需考慮余量。在大容量線路輸電時可以減少導線的相分裂根數(shù)，提高安全可靠性。

2.6 耐腐蝕，使用壽命長。碳纖維導線的承力元件為“耐高溫改性樹脂基與高性能碳纖維復合材料”，與傳統(tǒng)的鋼芯相比，碳纖維復合材料對環(huán)境的酸、堿、鹽、紫外線等侵蝕更穩(wěn)定。而且又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，較好地解決鋁導線長期運行的老化問題。

2.7 降低線路改造成本。以500 kV線路為例，在相同的環(huán)境條件下雖然復合芯導線的價格是ACSR的3-4倍，經(jīng)濟傳輸容量卻為1.5-2倍。對于舊線路改造只需要更換導線，大大縮短施工工期、節(jié)省線路綜合造價（約30％）。且由于強度高、重量輕和低馳度特性可使桿塔高度降低，同時可使鐵塔結(jié)構(gòu)更趨緊湊，縮小基礎根開，(或增加桿塔之間的跨距)減小占地，可減少20%桿塔。也特別適用于大跨越，如針對碳纖維導線做典型設計可節(jié)省新建工程總造價10-20%。

2.8 對于季節(jié)性負荷變化比較大的線路，該產(chǎn)品尤為適用。可適當降低導線截面積，節(jié)約建設費用。

目前，碳纖維復合芯導線已在全國多地掛網(wǎng)運行，近兩年已累計掛網(wǎng)8000公里，尚未發(fā)生過ACSR導線易發(fā)生的弛度下降、導線發(fā)熱、斷股等異?，F(xiàn)象。其耐張線夾和接續(xù)管等部件運行正常，全部達到設計要求。

碳纖維復合芯導線技術(shù)對節(jié)約電能、改善環(huán)境有著非常重要的意義，具有廣泛的應用前景。

3 碳纖維復合芯導線的鋁股選擇

碳纖維復合芯導線鋁股的選擇考慮如下：根據(jù)鋁股的差異，有三種碳纖維復合芯導線：

①采用耐熱鋁合金作為碳纖維導線的鋁股，形成碳纖維復合芯鋁合金絞線。導電率60-61％，施工、運行性能良好。

②采用硬鋁作為碳纖維導線的鋁股，形成碳纖維復合芯硬鋁絞線，其同時兼顧了導線的機械強度。

③采用軟鋁作為碳纖維導線的鋁股，形成碳纖維復合芯軟鋁絞線，導電率63.5%，降低了線路損耗。

4 碳纖維復合芯導線應用

2009年1月自主研發(fā)的碳纖維復合芯鋁合金絞線在500kV萬順三線470～473號耐張段掛網(wǎng)運行，這是碳纖維導線首次成功應用于500kV超高壓輸電線路，以ACCC/LH-300/50替換鋼芯鋁絞線LGJ-400/35，導線總長度15km。

截止到2011年1月底，碳纖維導線已連續(xù)運行2年以上，該耐張段未發(fā)生電氣及機械故障。對試運行線路地面電/磁場強度、可聽噪聲、無線電干擾、鐵塔傾斜及扭轉(zhuǎn)、導線和金具溫度、導線弧垂和對地距離等參數(shù)進行了測量，結(jié)果滿足相關(guān)標準要求。

4.1 導線、金具溫度測試

萬順三線恢復運行后，北京超高壓公司對0470號－0473號ACCC-300/50碳纖維導線及金具、0470小號側(cè)和0473號大號側(cè)LGJ-400/35鋼芯鋁絞線及金具進行了紅外測溫。

更換的碳纖維復合芯導線（ACCC-300/50）在約1000MW負荷下，溫度比相鄰檔的鋼芯鋁絞線（LGJ-400/35）低0～10℃，其中運行初期溫差偏大（包括2009年1月12日、13日、17日測溫數(shù)據(jù)均顯示ACCC-300/50新型導線溫度比LGJ-400/35型導線低5～10℃），后期溫差逐漸縮小。

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線路運行期間的測溫設備為手持式紅外儀，主要依靠被測物體的熱量輻射確定被測物體溫度。由于新線（碳纖維導線）表面光亮，輻射系數(shù)小，熱量輻射少，導致新線溫度明顯偏低。同一時間段內(nèi)上述2種導線的耐張線夾溫度差異較?。ㄐ∮?℃）。

4.2 導線弛度及對地距離測試

萬順Ⅲ線恢復運行后，北京超高壓公司對0471#－0472#碳纖維導線ACCC/LH-300/50以及0465號－0466號LGJ-400/35鋼芯鋁絞線的弧垂進行了測量。

4.2.1 導線弧垂測量：自2009年1月10日萬順Ⅲ線被測相導線掛線完成至1月17日，471#-472#檔碳纖維導線弧垂有一個近300mm的增長量，這主要是線路投運后，導線溫升所致，該期間萬順Ⅲ線負荷有1000MW。

至2010年1月2日，測量結(jié)果表明：碳纖維導線弧垂趨于穩(wěn)定，如下圖所示。更換碳纖維復合芯導線（ACCC-300/50）后導線弧垂比同檔（471＃～472＃）原鋼芯鋁絞線（LGJ-400/35）小3～4m，對地距離增大3～4m。與對比測量的萬順Ⅲ線465＃～466＃檔的鋼芯鋁絞線（LGJ-400/35）相比，弧垂優(yōu)勢更顯著，如下圖所示。