碳纖維復合導線在架空線路工程中的研究和應用

李俠

摘 要：碳纖維復合導線是一種新型架空線路導線，它具有強度高、導電率高、載流量大、弛度小、重量輕等優點。該文結合實際工程，通過對碳纖維復合導線和普通鋼芯鋁絞線的技術性能比較研究，論述碳纖維復合導線在舊輸電線路增容改造中的優勢。

關鍵詞：復合導線 強度 性能

中圖分類號：T406 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）02（a）-0124-01

隨著我國經濟的快速發展，電力需求不斷增長，電力負荷不斷增加，提高單位線路走廊寬度下的輸電能力、減少重復建設電力走廊引起的土地浪費，是電網企業實現資源節約的重要舉措。由于電網建設周期中的各種因素存在，許多中心地段的老桿塔、小截面導線擔負著繁重的經濟建設任務。對這些中心地段的老桿塔的改造，以往無非是利用原電力走廊對桿塔及導線統一更換，不可避免的會導致浪費桿塔及由于施工周期長引起該段供電能力和可靠性下降等現象。為實現電力與經濟社會協調發展，以新技術新設備的推廣應用服務堅強電網建設，國網臺州供電公司在2012年建成投運的110 kV桔永1847線“T”接入委羽變輸電線路工程中首次采用ACCC碳纖維復合導線，利用已有鐵塔，不增加線路走廊用地，解決提高同條電力線路輸送容量這一難題。

1 碳纖維復合導線的結構及技術特點

1.1 碳纖維復合導線的結構

碳纖維復合芯導線的芯線由碳纖維和玻璃纖維構成，芯線內部和外部分別由碳纖維絲、玻璃纖維與熱固型改性環氧樹脂粘合而成。外層的鋁線為梯形截面（也可以為Z 型截面），由高純度軟鋁線組成。

1.2 碳纖維復合導線的技術特點

本工程以JRLX/T-218/28碳纖維導線為對象，通過同LGJ-300/25鋼芯鋁絞線及其他常用鋼芯鋁絞線的性能對比，研究碳纖維復合導線的技術特點。

1.2.1 抗拉強度高

GB1197-83標準中的鋼芯鋁絞線的鋼芯絞合后強度為1244 N/mm2，而碳纖維復合導線ACCC/TW的復合芯抗拉強度最小值可以達到2150 N/mm2，為前者的1.73倍。例如，直徑9.53 mm的復合芯抗拉強度達到2414 N/mm2，是鋼芯鋁絞線中鋼芯強度的1.94倍。

1.2.2 拐點以后弧垂隨溫度的變化量小

發現碳纖維復合導線在弧垂特性方面存在以下特點：

（1）外徑、截面基本相同、安全系數和氣象條件一樣的條件下，溫度80 ℃及以下時，碳纖維復合導線的弧垂隨溫度升高而產生的變化量小于鋼芯鋁絞線。（2）拐點前（80 ℃及以下）碳纖維復合導線弧垂隨溫度的變化比較大，拐點后（80 ℃以上）碳纖維復合導線弧垂隨溫度的變化比較小。

1.2.3 允許工作溫度高、載流量大

電力線路上碳纖維復合導線設計運行溫度160 ℃，鋼芯鋁絞線設計運行溫度80 ℃。在相同的載流量時，碳纖維復合導線ACCC/TW比鋼芯鋁絞線ACSR溫度低、弧垂小，因此可以承載更大的電流；在相同的運行溫度時，其載流量比ACSR大。

2 碳纖維復合導線工程應用實例

2.1 工程應用概況

根據電網規劃要求，需要將110 kV桔永1847線T接入新建的110 kV委羽變。根據計算，110 kV桔永線需采用LGJ-300/25鋼芯鋁絞線才能滿足系統輸送容量要求。然而由于110 kV桔永線桔鄉變構架～電3號塔線路架設于導線使用條件是LGJ-240/30的角鋼塔，故若架設LGJ-300/25導線則需對該段線路進行改造。改造需拆除該3基鐵塔，并新立3基滿足LGJ-300/25導線架設的鐵塔。LGJ-300/25導線經濟輸送容量為57 MVA（經濟電流密度取J=0.9 A/mm2），極限輸送容量為102 MVA（周圍空氣溫度+40℃，導線工作溫度+70 ℃）。

根據公式：S經濟=

S極限=極限

JRLX/T-218/28碳纖維復合導線截面積S=246.3 mm2，經濟電流密度取J=0.9 A/mm2，140℃載流量I=862 A，由上述公式計算得其經濟輸送容量為42.2 MVA，極限輸送容量為164.24 MVA（周圍溫度+40 ℃，導線設計運行溫度140 ℃），是傳統的LGJ-300/25導線輸送容量的1.69倍左右，滿足工程導線輸送容量要求。

JRLX/T-218/28碳纖維復合導線安全系數取2.5，最大使用張力為27535.2 N，年平均運行張力17208.6 N。電氣運算滿足當前線路需要，結構運算滿足原線路桿塔需要。

2.2 效益分析

110 kV桔永線若采用LGJ-300/25鋼芯鋁絞線，需對桔鄉變構架～電3號塔段線路進行改造。按改造2基轉角塔和1基直線塔的費用比較，改造費用共需96.17萬元。

通過采用JRLX/T-218/28碳纖維復合導線架設，合計投入54.88萬，節約投資41.29萬，產出投入比1.75∶1，經濟效益顯著。

2.3 工程應用中發現的問題

碳纖維復合導線由輕型的碳纖維復合芯和梯型鋁合金絞線組成，由于兩者線膨脹系數相差較大，在安裝時施工不注意，碳纖維復合導線碳芯與鋁層之間會產生滑移及派生的“拋股”、“裂芯”等問題。

碳纖維復合導線結構特殊、表面光滑、碳芯抗彎曲性能差，所使用工器具要求與常規導線有很大差別，碳纖維復合導線的架線對導線配盤和牽張場的選擇也有比較特殊的要求。放線工藝和以往鋼芯鋁絞線不一樣，工器具要求也不一樣，工藝要求復雜，導線廠家沒有成熟的施工方法，給施工造成一定的困難。

這些不足有待于在施工時認真探索施工技巧，改良施工方案，對導線特性做進一步的了解。

3 結語

雖然碳纖維復合導線的碳纖維復合芯依賴進口、價格比較高，導線金具費用也較高，作為搶修備件費用較大。但由于其強度高、導電率高、載流量大、線膨脹系數小、弛度小、重量輕、耐腐蝕、使用壽命長、降低線路成本及節能等優點，在老線路改造工程及電力增容中的應用前景還是值得推廣的。

參考文獻

[1] 忽翔.碳纖維導線在架空輸電線路上的應用[J].安徽電力，2010，27（1）：51-53.

[2] 鞠彥忠，李秋晨，孟亞男.碳纖維復合芯導線與傳統導線的比較研究[J].華東電力，2011，39（7）：1191-1194.endprint

摘 要：碳纖維復合導線是一種新型架空線路導線，它具有強度高、導電率高、載流量大、弛度小、重量輕等優點。該文結合實際工程，通過對碳纖維復合導線和普通鋼芯鋁絞線的技術性能比較研究，論述碳纖維復合導線在舊輸電線路增容改造中的優勢。

關鍵詞：復合導線 強度 性能

中圖分類號：T406 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）02（a）-0124-01

隨著我國經濟的快速發展，電力需求不斷增長，電力負荷不斷增加，提高單位線路走廊寬度下的輸電能力、減少重復建設電力走廊引起的土地浪費，是電網企業實現資源節約的重要舉措。由于電網建設周期中的各種因素存在，許多中心地段的老桿塔、小截面導線擔負著繁重的經濟建設任務。對這些中心地段的老桿塔的改造，以往無非是利用原電力走廊對桿塔及導線統一更換，不可避免的會導致浪費桿塔及由于施工周期長引起該段供電能力和可靠性下降等現象。為實現電力與經濟社會協調發展，以新技術新設備的推廣應用服務堅強電網建設，國網臺州供電公司在2012年建成投運的110 kV桔永1847線“T”接入委羽變輸電線路工程中首次采用ACCC碳纖維復合導線，利用已有鐵塔，不增加線路走廊用地，解決提高同條電力線路輸送容量這一難題。

1 碳纖維復合導線的結構及技術特點

1.1 碳纖維復合導線的結構

碳纖維復合芯導線的芯線由碳纖維和玻璃纖維構成，芯線內部和外部分別由碳纖維絲、玻璃纖維與熱固型改性環氧樹脂粘合而成。外層的鋁線為梯形截面（也可以為Z 型截面），由高純度軟鋁線組成。

1.2 碳纖維復合導線的技術特點

本工程以JRLX/T-218/28碳纖維導線為對象，通過同LGJ-300/25鋼芯鋁絞線及其他常用鋼芯鋁絞線的性能對比，研究碳纖維復合導線的技術特點。

1.2.1 抗拉強度高

GB1197-83標準中的鋼芯鋁絞線的鋼芯絞合后強度為1244 N/mm2，而碳纖維復合導線ACCC/TW的復合芯抗拉強度最小值可以達到2150 N/mm2，為前者的1.73倍。例如，直徑9.53 mm的復合芯抗拉強度達到2414 N/mm2，是鋼芯鋁絞線中鋼芯強度的1.94倍。

1.2.2 拐點以后弧垂隨溫度的變化量小

發現碳纖維復合導線在弧垂特性方面存在以下特點：

（1）外徑、截面基本相同、安全系數和氣象條件一樣的條件下，溫度80 ℃及以下時，碳纖維復合導線的弧垂隨溫度升高而產生的變化量小于鋼芯鋁絞線。（2）拐點前（80 ℃及以下）碳纖維復合導線弧垂隨溫度的變化比較大，拐點后（80 ℃以上）碳纖維復合導線弧垂隨溫度的變化比較小。

1.2.3 允許工作溫度高、載流量大

電力線路上碳纖維復合導線設計運行溫度160 ℃，鋼芯鋁絞線設計運行溫度80 ℃。在相同的載流量時，碳纖維復合導線ACCC/TW比鋼芯鋁絞線ACSR溫度低、弧垂小，因此可以承載更大的電流；在相同的運行溫度時，其載流量比ACSR大。

2 碳纖維復合導線工程應用實例

2.1 工程應用概況

根據電網規劃要求，需要將110 kV桔永1847線T接入新建的110 kV委羽變。根據計算，110 kV桔永線需采用LGJ-300/25鋼芯鋁絞線才能滿足系統輸送容量要求。然而由于110 kV桔永線桔鄉變構架～電3號塔線路架設于導線使用條件是LGJ-240/30的角鋼塔，故若架設LGJ-300/25導線則需對該段線路進行改造。改造需拆除該3基鐵塔，并新立3基滿足LGJ-300/25導線架設的鐵塔。LGJ-300/25導線經濟輸送容量為57 MVA（經濟電流密度取J=0.9 A/mm2），極限輸送容量為102 MVA（周圍空氣溫度+40℃，導線工作溫度+70 ℃）。

根據公式：S經濟=

S極限=極限

JRLX/T-218/28碳纖維復合導線截面積S=246.3 mm2，經濟電流密度取J=0.9 A/mm2，140℃載流量I=862 A，由上述公式計算得其經濟輸送容量為42.2 MVA，極限輸送容量為164.24 MVA（周圍溫度+40 ℃，導線設計運行溫度140 ℃），是傳統的LGJ-300/25導線輸送容量的1.69倍左右，滿足工程導線輸送容量要求。

JRLX/T-218/28碳纖維復合導線安全系數取2.5，最大使用張力為27535.2 N，年平均運行張力17208.6 N。電氣運算滿足當前線路需要，結構運算滿足原線路桿塔需要。

2.2 效益分析

110 kV桔永線若采用LGJ-300/25鋼芯鋁絞線，需對桔鄉變構架～電3號塔段線路進行改造。按改造2基轉角塔和1基直線塔的費用比較，改造費用共需96.17萬元。

通過采用JRLX/T-218/28碳纖維復合導線架設，合計投入54.88萬，節約投資41.29萬，產出投入比1.75∶1，經濟效益顯著。

2.3 工程應用中發現的問題

碳纖維復合導線由輕型的碳纖維復合芯和梯型鋁合金絞線組成，由于兩者線膨脹系數相差較大，在安裝時施工不注意，碳纖維復合導線碳芯與鋁層之間會產生滑移及派生的“拋股”、“裂芯”等問題。

碳纖維復合導線結構特殊、表面光滑、碳芯抗彎曲性能差，所使用工器具要求與常規導線有很大差別，碳纖維復合導線的架線對導線配盤和牽張場的選擇也有比較特殊的要求。放線工藝和以往鋼芯鋁絞線不一樣，工器具要求也不一樣，工藝要求復雜，導線廠家沒有成熟的施工方法，給施工造成一定的困難。

這些不足有待于在施工時認真探索施工技巧，改良施工方案，對導線特性做進一步的了解。

3 結語

雖然碳纖維復合導線的碳纖維復合芯依賴進口、價格比較高，導線金具費用也較高，作為搶修備件費用較大。但由于其強度高、導電率高、載流量大、線膨脹系數小、弛度小、重量輕、耐腐蝕、使用壽命長、降低線路成本及節能等優點，在老線路改造工程及電力增容中的應用前景還是值得推廣的。

參考文獻

[1] 忽翔.碳纖維導線在架空輸電線路上的應用[J].安徽電力，2010，27（1）：51-53.

[2] 鞠彥忠，李秋晨，孟亞男.碳纖維復合芯導線與傳統導線的比較研究[J].華東電力，2011，39（7）：1191-1194.endprint

摘 要：碳纖維復合導線是一種新型架空線路導線，它具有強度高、導電率高、載流量大、弛度小、重量輕等優點。該文結合實際工程，通過對碳纖維復合導線和普通鋼芯鋁絞線的技術性能比較研究，論述碳纖維復合導線在舊輸電線路增容改造中的優勢。

關鍵詞：復合導線 強度 性能

中圖分類號：T406 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）02（a）-0124-01

隨著我國經濟的快速發展，電力需求不斷增長，電力負荷不斷增加，提高單位線路走廊寬度下的輸電能力、減少重復建設電力走廊引起的土地浪費，是電網企業實現資源節約的重要舉措。由于電網建設周期中的各種因素存在，許多中心地段的老桿塔、小截面導線擔負著繁重的經濟建設任務。對這些中心地段的老桿塔的改造，以往無非是利用原電力走廊對桿塔及導線統一更換，不可避免的會導致浪費桿塔及由于施工周期長引起該段供電能力和可靠性下降等現象。為實現電力與經濟社會協調發展，以新技術新設備的推廣應用服務堅強電網建設，國網臺州供電公司在2012年建成投運的110 kV桔永1847線“T”接入委羽變輸電線路工程中首次采用ACCC碳纖維復合導線，利用已有鐵塔，不增加線路走廊用地，解決提高同條電力線路輸送容量這一難題。

1 碳纖維復合導線的結構及技術特點

1.1 碳纖維復合導線的結構

碳纖維復合芯導線的芯線由碳纖維和玻璃纖維構成，芯線內部和外部分別由碳纖維絲、玻璃纖維與熱固型改性環氧樹脂粘合而成。外層的鋁線為梯形截面（也可以為Z 型截面），由高純度軟鋁線組成。

1.2 碳纖維復合導線的技術特點

本工程以JRLX/T-218/28碳纖維導線為對象，通過同LGJ-300/25鋼芯鋁絞線及其他常用鋼芯鋁絞線的性能對比，研究碳纖維復合導線的技術特點。

1.2.1 抗拉強度高

GB1197-83標準中的鋼芯鋁絞線的鋼芯絞合后強度為1244 N/mm2，而碳纖維復合導線ACCC/TW的復合芯抗拉強度最小值可以達到2150 N/mm2，為前者的1.73倍。例如，直徑9.53 mm的復合芯抗拉強度達到2414 N/mm2，是鋼芯鋁絞線中鋼芯強度的1.94倍。

1.2.2 拐點以后弧垂隨溫度的變化量小

發現碳纖維復合導線在弧垂特性方面存在以下特點：

（1）外徑、截面基本相同、安全系數和氣象條件一樣的條件下，溫度80 ℃及以下時，碳纖維復合導線的弧垂隨溫度升高而產生的變化量小于鋼芯鋁絞線。（2）拐點前（80 ℃及以下）碳纖維復合導線弧垂隨溫度的變化比較大，拐點后（80 ℃以上）碳纖維復合導線弧垂隨溫度的變化比較小。

1.2.3 允許工作溫度高、載流量大

電力線路上碳纖維復合導線設計運行溫度160 ℃，鋼芯鋁絞線設計運行溫度80 ℃。在相同的載流量時，碳纖維復合導線ACCC/TW比鋼芯鋁絞線ACSR溫度低、弧垂小，因此可以承載更大的電流；在相同的運行溫度時，其載流量比ACSR大。

2 碳纖維復合導線工程應用實例

2.1 工程應用概況

根據電網規劃要求，需要將110 kV桔永1847線T接入新建的110 kV委羽變。根據計算，110 kV桔永線需采用LGJ-300/25鋼芯鋁絞線才能滿足系統輸送容量要求。然而由于110 kV桔永線桔鄉變構架～電3號塔線路架設于導線使用條件是LGJ-240/30的角鋼塔，故若架設LGJ-300/25導線則需對該段線路進行改造。改造需拆除該3基鐵塔，并新立3基滿足LGJ-300/25導線架設的鐵塔。LGJ-300/25導線經濟輸送容量為57 MVA（經濟電流密度取J=0.9 A/mm2），極限輸送容量為102 MVA（周圍空氣溫度+40℃，導線工作溫度+70 ℃）。

根據公式：S經濟=

S極限=極限

JRLX/T-218/28碳纖維復合導線截面積S=246.3 mm2，經濟電流密度取J=0.9 A/mm2，140℃載流量I=862 A，由上述公式計算得其經濟輸送容量為42.2 MVA，極限輸送容量為164.24 MVA（周圍溫度+40 ℃，導線設計運行溫度140 ℃），是傳統的LGJ-300/25導線輸送容量的1.69倍左右，滿足工程導線輸送容量要求。

JRLX/T-218/28碳纖維復合導線安全系數取2.5，最大使用張力為27535.2 N，年平均運行張力17208.6 N。電氣運算滿足當前線路需要，結構運算滿足原線路桿塔需要。

2.2 效益分析

110 kV桔永線若采用LGJ-300/25鋼芯鋁絞線，需對桔鄉變構架～電3號塔段線路進行改造。按改造2基轉角塔和1基直線塔的費用比較，改造費用共需96.17萬元。

通過采用JRLX/T-218/28碳纖維復合導線架設，合計投入54.88萬，節約投資41.29萬，產出投入比1.75∶1，經濟效益顯著。

2.3 工程應用中發現的問題

碳纖維復合導線由輕型的碳纖維復合芯和梯型鋁合金絞線組成，由于兩者線膨脹系數相差較大，在安裝時施工不注意，碳纖維復合導線碳芯與鋁層之間會產生滑移及派生的“拋股”、“裂芯”等問題。

碳纖維復合導線結構特殊、表面光滑、碳芯抗彎曲性能差，所使用工器具要求與常規導線有很大差別，碳纖維復合導線的架線對導線配盤和牽張場的選擇也有比較特殊的要求。放線工藝和以往鋼芯鋁絞線不一樣，工器具要求也不一樣，工藝要求復雜，導線廠家沒有成熟的施工方法，給施工造成一定的困難。

這些不足有待于在施工時認真探索施工技巧，改良施工方案，對導線特性做進一步的了解。

3 結語

雖然碳纖維復合導線的碳纖維復合芯依賴進口、價格比較高，導線金具費用也較高，作為搶修備件費用較大。但由于其強度高、導電率高、載流量大、線膨脹系數小、弛度小、重量輕、耐腐蝕、使用壽命長、降低線路成本及節能等優點，在老線路改造工程及電力增容中的應用前景還是值得推廣的。

參考文獻

[1] 忽翔.碳纖維導線在架空輸電線路上的應用[J].安徽電力，2010，27（1）：51-53.

[2] 鞠彥忠，李秋晨，孟亞男.碳纖維復合芯導線與傳統導線的比較研究[J].華東電力，2011，39（7）：1191-1194.endprint