碳纖維復(fù)合芯軟鋁導(dǎo)線在油田的應(yīng)用

沈繼鵬 大慶油田工程有限公司

碳纖維復(fù)合芯軟鋁導(dǎo)線在油田的應(yīng)用

沈繼鵬 大慶油田工程有限公司

碳纖維復(fù)合芯軟鋁導(dǎo)線是一種對架空輸電線路增容的特種導(dǎo)線，具有耐腐蝕性強(qiáng)、載流量大、損耗小、強(qiáng)度大等優(yōu)點(diǎn)，能夠在導(dǎo)體截面相同的情況下輸送比傳統(tǒng)導(dǎo)線更多的電能。大慶油田工程有限公司在改造喇六電力線路的工程中，采用該新型導(dǎo)線后，只是配套更換了耐張線夾、懸垂線夾、耐熱防震錘等金具，原桿及桿上的橫擔(dān)、絕緣子、避雷線等均可利舊，節(jié)約了成本，也縮短了工期。

碳纖維復(fù)合芯軟鋁導(dǎo)線；油田；輸電線路；成本

碳纖維復(fù)合芯軟鋁導(dǎo)線又稱“高溫導(dǎo)線”或“倍容量導(dǎo)線”，是一種對架空輸電線路增容的特種導(dǎo)線[1]，其能夠在導(dǎo)體截面相同的情況下輸送比傳統(tǒng)導(dǎo)線更多的電能。碳纖維復(fù)合芯軟鋁導(dǎo)線具有較強(qiáng)的綜合性能，表現(xiàn)為耐腐蝕性強(qiáng)、載流量大、弛度低、損耗小、強(qiáng)度高以及質(zhì)量輕。正是因?yàn)樘祭w維復(fù)合芯軟鋁導(dǎo)線具有上述的優(yōu)勢，其可以在極端的環(huán)境條件（例如跨越較大、腐蝕程度嚴(yán)重以及重覆冰等）中使用。使用碳纖維復(fù)合芯軟鋁導(dǎo)線的輸電線路能夠減少桿塔數(shù)量，節(jié)約土地資源。

1 導(dǎo)線特點(diǎn)

（1）高載流量和高導(dǎo)電率。傳統(tǒng)的輸電導(dǎo)線由于存在鋼絲材料，在輸電的過程中會(huì)出現(xiàn)熱效應(yīng)或者磁損，對電能造成損失[2]。而碳纖維復(fù)合芯軟鋁導(dǎo)線不存在鋼絲材料，因此也就避免了這熱效應(yīng)式磁損。在運(yùn)行的過程中，碳纖維復(fù)合芯軟鋁導(dǎo)線的溫度更低，對輸電的損失比一般導(dǎo)線更少。由于其鋁材截面大于一般導(dǎo)線，可以提高載流量。特別是在高溫條件下，碳纖維復(fù)合芯軟鋁導(dǎo)線具有比一般導(dǎo)線高1倍的載流量，非常適合在油田環(huán)境中使用。

（2）較高的強(qiáng)度。碳纖維復(fù)合芯軟鋁導(dǎo)線的強(qiáng)度遠(yuǎn)超于鋼絲，甚至超過了高強(qiáng)鋼絲。其內(nèi)部的玻璃纖維與碳纖維的混合芯棒，能夠達(dá)到極強(qiáng)的抗拉強(qiáng)度，其抗拉強(qiáng)度幾乎是普通鋼絲的2倍。

（3）較小的弛度和較小的線膨脹系數(shù)。實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)溫度超過180℃時(shí)，一般導(dǎo)線的弛度會(huì)瞬間從200 mm左右提升到1 500 mm左右[3]。與一般導(dǎo)線相比，碳纖維復(fù)合芯軟鋁導(dǎo)線的弛度要小得多，僅為一般導(dǎo)線弛度的十分之一左右。這就使得碳纖維復(fù)合芯軟鋁導(dǎo)線能夠耐高溫，使用碳纖維復(fù)合芯軟鋁導(dǎo)線的架空線路比一般線路更安全。

（4）耐腐蝕效果好，適用于惡劣環(huán)境。油田周邊的環(huán)境通常比較惡劣，一般導(dǎo)線在通電時(shí)很容易受到電化腐蝕，從而加速老化。而碳纖維復(fù)合芯軟鋁導(dǎo)線具有良好的耐腐蝕性，以常規(guī)設(shè)備和技術(shù)進(jìn)行安裝，能夠完全避免鍍鋅鋼線與鋁線的作用，適用于比較惡劣的環(huán)境。

（5）較輕的質(zhì)量。在相同的體積下，一般導(dǎo)線所使用的鋼材料要比碳纖維復(fù)合芯軟鋁導(dǎo)線的碳纖維復(fù)合芯材料重四分之三左右，碳纖維復(fù)合芯軟鋁導(dǎo)線的鋁截面積較大，單位長度的質(zhì)量遠(yuǎn)低于一般導(dǎo)線。

2 應(yīng)用

2.1 在油田輸電線路改造工程中的應(yīng)用

我國油田對于電力的需求是巨大的，而且用電負(fù)荷還在不斷增加，而走廊資源相對比較短缺。載流量大、節(jié)約輸電走廊、節(jié)約桿塔費(fèi)用等優(yōu)點(diǎn)使碳纖維復(fù)合芯軟鋁導(dǎo)線更適合在油田周邊環(huán)境中使用。因此，在油田輸電線路的改造工程中，碳纖維復(fù)合芯軟鋁導(dǎo)線發(fā)揮了很大的作用。油田輸電線路的改造方案主要有只換線不換塔以及換塔換線兩種。同截面的兩種導(dǎo)線，由于碳纖維導(dǎo)線載流量大、質(zhì)量輕，可以采取不換塔、利用原桿的方法，增大此部分線路的載流量，這樣可節(jié)約投資，也會(huì)大大減少施工周期，保障油田生產(chǎn)對電力的需求[4]。采用上述方案，就可以在不更換桿塔的基礎(chǔ)上增加油田輸電導(dǎo)線的容量。

例如大慶油田工程有限公司改造喇六電力線路的工程中，就是采用原線路路徑進(jìn)行導(dǎo)線更換，更換長度為4.75 km，采用單回路設(shè)計(jì)。原線路導(dǎo)線為LGJ-150/35，采用混凝土電桿。增容后，如換常規(guī)鋼芯鋁絞線，則導(dǎo)線為LGJ-240/35，采用鐵塔；如采用碳纖維導(dǎo)線，則導(dǎo)線為JLRX/F1B-185/30，利用原桿。采用該新型導(dǎo)線后，只是配套更換耐張線夾、懸垂線夾、耐熱防震錘等金具，原桿及桿上的橫擔(dān)、絕緣子、避雷線等均可利舊，節(jié)約了成本，也縮短了工期。

2.2 在油田輸電線路新建工程中的應(yīng)用

我國油田輸電線路新建工程中的碳纖維復(fù)合芯軟鋁導(dǎo)線基本應(yīng)用于110 kV以下的線路，對于110 kV以上的線路使用的比較少。在110 kV油田輸電線路中，如果使用碳纖維復(fù)合芯軟鋁導(dǎo)線，在造價(jià)方面會(huì)比應(yīng)用一般導(dǎo)線高。其原因在于，在二者的全壽命周期內(nèi)，碳纖維復(fù)合芯軟鋁導(dǎo)線的成本較高。經(jīng)計(jì)算發(fā)現(xiàn)，當(dāng)碳纖維復(fù)合芯軟鋁導(dǎo)線的價(jià)格達(dá)到一個(gè)臨界點(diǎn)時(shí)，其與一般導(dǎo)線在全壽命周期成本以及本體投資方面的差距將會(huì)縮小，此時(shí)油田新建輸電線路中使用碳纖維復(fù)合芯軟鋁導(dǎo)線則比較可行，但要求碳纖維復(fù)合芯軟鋁導(dǎo)線的價(jià)格不能高出一般導(dǎo)線的一倍。

3 結(jié)語

作為一種應(yīng)用前景良好的高性能導(dǎo)線，碳纖維復(fù)合導(dǎo)線的新型復(fù)合材料具有較高的科技含量，但是如果真正地應(yīng)用在油田的輸電線路中，還必須不斷地對相關(guān)技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行積累。

經(jīng)濟(jì)因素是油田輸電線路對碳纖維復(fù)合芯軟鋁導(dǎo)線應(yīng)用的一個(gè)重要影響因素，由于碳纖維復(fù)合芯軟鋁導(dǎo)線的價(jià)格較高，在油田輸電線路的改造與新建中，必須對造價(jià)成本進(jìn)行考慮。

立足于油田輸電線路運(yùn)行綜合效益的提升，輸送容量的增加、成本的降低、環(huán)保以及節(jié)能的角度，在油田線路中對碳纖維復(fù)合導(dǎo)線進(jìn)行推廣和應(yīng)用，產(chǎn)生的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益將會(huì)非常大。再加上該項(xiàng)技術(shù)的不斷成熟，未來碳纖維復(fù)合芯軟鋁導(dǎo)線在油田勢必具有更加良好的發(fā)展前景。

[1]孟憲彬，周斌，李軍．碳纖維復(fù)合芯軟鋁導(dǎo)線的性能及應(yīng)用[J]．光纖與電纜及其應(yīng)用技術(shù)，2013（5）：4-9.

[2]付晶晶．碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線在輸電線路工程中的應(yīng)用研究[D]．保定：華北電力大學(xué)，2014：10.

[3]史建莊，潘少成，劉強(qiáng)，等．碳纖維復(fù)合芯軟鋁導(dǎo)線在河南電網(wǎng)中的應(yīng)用探討[J]．河南電力，2009（3）：1-4.

[4]蔣華君，毛龍生．節(jié)能型碳纖維復(fù)合芯軟鋁導(dǎo)線技術(shù)在電力線路上的應(yīng)用[J]．中國高新技術(shù)企業(yè)，2007（14）：93.

（欄目主持 關(guān)梅君）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.9.028

2015-05-08