复合芯碳纤维导线在架空输电线路中的应用

复合芯碳纤维导线在架空输电线路中的应用

梁振敏

（肇庆粤能电力设计有限公司广东省肇庆市526040）

摘要：进入到二十一世纪以来，社会经济迅猛发展，近几年来，我国电力事业的发展步伐也在不断加快，电力生产企业提高了对于输电线路工程的建设需求，输电线路工程建设过程中，可有效应用碳纤维导线，本文主要针对碳纤维导线的应用相关问题进行分析。碳纤维导线主要有铝线以及碳纤维芯棒等共同组成。碳纤维导线属于高性能的碳纤维制品，钢芯铝绞线相对比，体现了抗热强度高、弧垂小、耐高温以及重量轻等诸多优势。本文主要针对碳纤维导线在输电线路工程中的应用相关问题进行探讨，详见下述。

关键词：复合芯碳纤维导线；架空；输电线路；应用

近几年来，国民经济迅猛发展，人们的生活水平不断提高，自然而然的增加了用电需求，同时也增加了电力线路增容压力。这一过程中，许多现有输电线路已经难以提供高负荷供电能力，如若仍旧沿袭传统的供电方案，需要将传统的输电线路进行拆除重建，这需要较长的建设周期，还需要增加大量资金投入，路径处理也将面临较大难度。基于此，线路增容应当发挥原有杆塔与基础的作用，发掘其潜在能力，有效替换导线，利用以往的杆塔，以此为前提，提高导线荷载力，达到更佳的输电效果。若想满足以上条件，就应当选择应用先进的碳纤维导线。

一、复合芯碳纤维导线的简介

第一，碳纤维导线是新型架空输电线路所用的导线，具有弛度小、重量轻、耐高温、耐腐蚀以及单位面积通流能力强等诸多优势（见下图1），其应用过程中符合环境友好型电网建设以及资源节约型电网建设的要求。在县级电网输电线路中应用前景较为广阔，同时应用优势也较为显著。

图1-碳纤维导线

第二，碳纤维导线的应用过程中，将软铝替代为硬铝，同时降低了热效应，减少了磁损。导线的应用过程中型线截面填充率有所提升，也一定程度的提高了导线的运行温度，和钢芯铝绞线相对比，载流量有所提升，可提升至两倍。

第三，碳纤维导线的应用过程中体现了较高的强度与较高的安全性。碳纤维导线的应用过程中体现了膨胀系数小、线路弧垂小以及拉重比大等诸多特点，不仅可以缩减塔基占地面积，同时还能减少资金投入，节约土地资源。

第四，碳纤维导线的应用过程中体现了较强的环境老化现象，延长了使用寿命，体现了性能上的优势。碳纤维导线载入过程中不生锈，有效规避了物理腐蚀以及电化学腐蚀等诸多问题，可保证碳纤维导线的应用性能。

第五，碳纤维导线应用过程中如若外径相同、容量相同，那么将会一定程度的减少线损，同时降低能源投入。

第六，碳纤维导线的应用过程中外缘不存在间隙，可有效规避暴雪侵袭，不易结冰。

二、复合芯碳纤维导线在架空输电线路中的应用实例

碳纤维导线的应用过程中，要求设计人员应当意识到碳纤维导线的应用优势，并尽可能实施输电线路增容。以下是一个采用碳纤维导线进行输电线路增容改造的应用实例。

肇庆110kV旺北旺马线于2004年建成投运，导线型号为LGJX-240/30型稀土钢芯铝绞线，由于负荷的增长，根据接入系统输电容量要求，110kV旺北旺马线的最大输送容量达到212MVA，原有的LGJX-240/30型导线已不能满足要求。

设计先对原有杆塔及基础进行校核，在设计气象条件相同的情况下，对JLRX/F1B-290/35型碳纤维复合芯软型铝绞线和LGJX-240/30型稀土钢芯铝绞线对比如下表：

经对比后发现，碳纤维导线的应用过程中与普通钢芯铝绞线相比，体现了弧垂小以及质量轻等诸多优势，符合杆塔荷载需求，满足线路对胯下安全距离的要求。需要注意的是，碳纤维导线的应用过程中，温度适应能力相对较强，可能在120℃温度下运行，若负载有所提升，那么其最大温度可提升至180℃，不仅如此，输送容量也将一定程度的提升，增加至一倍左右。

肇庆110kV旺北旺马线增容改造工程设计过程中，秉承着便于施工、安全可靠及经济合理的宗旨，对该线路的改造设计方案进行对比，采用最佳的规划方案，有效利用碳纤维导线，从而保证线路设计的可行性[1-2]。

设计方案一：在保证原线路杆塔及基础不改变的前提下，将原导线更换为JLRX/F1B-290/35型碳纤维导线，原地线及OPGW均保持不变。

设计方案二：对原有的110kV旺北旺马线进行拆除，然后沿袭原架空线路路径，重新建设旺新变电站至北堤马房变电站的架空线路，导线采用JL/GLA-630/55型钢芯铝绞线，地线采用JLB20A-50型铝包钢绞线及OPGW光缆。

经对比后最终得出下述结论：

在选择设计方案的过程中应从需要拆除的杆塔数量以及新建杆塔两个层面入手，选择最为适宜的设计方案，方案一不必将原杆塔拆除，无新建杆塔，所涉及的工程量也相对较小。方案二需要拆除重建杆塔，同时工作量较大。

从架空导线建设方面进行分析，两个方案均需全线架设导线，方案一采用碳纤维导线，方案二采用普通钢芯铝绞线，由于碳纤维导线价格较贵，方案一所涉及的资金投入相对较高。

从架空地线建设方面进行分析，方案一不必拆除原地线，同时不必二次架设地线。如若采用方案二，那么则应当拆除重建两根架空地线[3-4]。

若从清理费用以及建设场地层面进行分析，方案一无新建杆塔，施工难度也较小，若采用方案二则需要重新建设杆塔。方案一与方案二相比所运用的资金投入相对较少，同时也大大降低了塔基征地难度。

若从输送容量及停电的角度进行探讨，方案一与方案一两者之间的容量相对一致，均可满足电力输送需求，但方案一的停电时间远比方案二要小，方案一可大大降低施工期间对居民生活以及生产用电的影响。

若从寿命周期角度进行分析，方案一与方案二相比所投入的资金相对较少。

三、复合芯碳纤维导线施工时的注意事项

（一）放线滑车准备

常见的放线滑车见下图3。

第一，轮滑槽常采用尼龙以及橡胶等韧性较强的材料，需要对滑轮摩阻系数进行控制，使之小于1.015。

第二，轮槽底部直径应当大于导线直径的20倍。

第三，轮槽深度应当与导线直径相比大出1.25倍。

图2-放线滑车

（二）机具准备

第一，张力架线器具主要包括预绞丝耐张线夹、专用网套连接器与复合芯专用夹头，均可满足导线特性的基本要求，应当使之与主要机具、导线规格相契合。

第二，设备选择以及应用过程中应当符合展放张牵力的规格要求。

（三）碳纤维导线压接

第一，碳纤维导线应当采用锯断的形式，不必运用剪、压的方法，不仅如此，还应也应规避明火，需保持一定距离，不可通过横向踩压的方式。

第二，碳纤维导线剥线、穿线与钢芯铝绞线相比其性能大体一致，传统的钢芯铝绞线的应用过程中压接手段相对复杂。碳纤维导线的压接过程中，要求技术人员参照技术人员指导方案与施工手册中的内容，为施工过程提供方向指导，避免出现偏颇[5-6]。

第三，碳纤维导线施工过程中需要采用分散压接方式，保证压接效果。

第四，碳纤维导线压接过程中接触面应当将氧化膜及时消除，与此同时，还需要运用汽油对接触面全面清洗，精细程度应当尽可能与导线压接长度相比大出1.2倍。

（四）张力架线

第一，碳纤维复合导线的应用过程中突破了以往钢芯绞线应用过程中耐张段的局限，可在耐张塔上直接放线。

第二，应当避免损伤复合芯，与普通钢芯铝绞线相比，铝单丝损伤处理方式与前者相对比效果大体一致。

第三，直通紧线耐张塔上实施半平衡挂线亦或是平衡挂线[7-8]。

结束语：

综上所述，随着电力事业的飞速发展，现阶段输电线路类型选择过程中应当有效运用碳纤维导线，在保证不替换杆塔，同时确保线路导线容量的前提下，运用碳纤维导线，发挥其优势，在应用过程中体现了载流量大、弧垂小、耐高温以及费用少等诸多优点，近几年来输电线路的运行过程中碳纤维导线的应用范围不断拓展，同时也推进了发展进程，为我国电力事业的发展注入了动力源泉。最后，希望笔者的相关分析以及探讨为有关研究人士带来借鉴与参考。

参考文献：

[1]万建成，刘晨，江明等.架空导线碳纤维复合芯棒径向耐压试验及仿真[J].南方电网技术，2018，12（1）：21-26，32.

[2]余忠.碳纤维复合芯导线在新建线路中的应用分析[J].低碳世界，2014，14（15）：55-56.

[3]杨帆.碳纤维复合芯导线在110kV热石线改造中的应用[J].石油化工安全环保技术，2015，26（1）：23-26.

[4]程培旺.碳纤维软铝导线在110kV输电线路中的应用及研究[J].河北企业，2014，10（6）：109-110.

[5]王清明，朱亦明，周政敏等.绞合型碳纤维复合芯架空导线及配套耐张金具的性能研究[J].建筑工程技术与设计，2016，21（27）：2052-2052.

[6]徐百达.碳纤维复合芯导线（ACCC）技术应用与运行经济效益分析[J].网友世界·云教育，2014，22（21）：59-59.

[7]王建林.浅谈碳纤维复合芯（ACCC）导线的研究应用与发展前景[J].大科技，2016，29（9）：48-49，50.

[8]麻闽政，潘春平.绞合型碳纤维复合芯导线在新建线路中的应用研究[J].南方能源建设，2017，4（4）：82-87.