碳纤维复合导线在架空线路工程中的研究和应用

1、    碳纤维复合导线在架空线路工程中的研究和应用    李侠摘 要：碳纤维复合导线是一种新型架空线路导线，它具有强度高、导电率高、载流量大、弛度小、重量轻等优点。该文结合实际工程，通过对碳纤维复合导线和普通钢芯铝绞线的技术性能比较研究，论述碳纤维复合导线在旧输电线路增容改造中的优势。关键词：复合导线 强度 性能：t406 ：a ：1674-098x（2014）02（a）-0124-01随着我国经济的快速发展，电力需求不断增长，电力负荷不断增加，提高单位线路走廊宽度下的输电能力、减少重复建设电力走廊引起的土地浪费，是电网企业实现资源节约的重要举措。由于电

2、网建设周期中的各种因素存在，许多中心地段的老杆塔、小截面导线担负着繁重的经济建设任务。对这些中心地段的老杆塔的改造，以往无非是利用原电力走廊对杆塔及导线统一更换，不可避免的会导致浪费杆塔及由于施工周期长引起该段供电能力和可靠性下降等现象。为实现电力与经济社会协调发展，以新技术新设备的推广应用服务坚强电网建设，国网台州供电公司在2012年建成投运的110 kv桔永1847线“t”接入委羽变输电线路工程中首次采用accc碳纤维复合导线，利用已有铁塔，不增加线路走廊用地，解决提高同条电力线路输送容量这一难题。1 碳纤维复合导线的结构及技术特点1.1 碳纤维复合导线的结构碳纤维复合芯导线的芯线由碳纤维

3、和玻璃纤维构成，芯线内部和外部分别由碳纤维丝、玻璃纤维与热固型改性环氧树脂粘合而成。外层的铝线为梯形截面（也可以为z 型截面），由高纯度软铝线组成。1.2 碳纤维复合导线的技术特点本工程以jrlx/t-218/28碳纤维导线为对象，通过同lgj-300/25钢芯铝绞线及其他常用钢芯铝绞线的性能对比，研究碳纤维复合导线的技术特点。1.2.1 抗拉强度高gb1197-83标准中的钢芯铝绞线的钢芯绞合后强度为1244 n/mm2，而碳纤维复合导线accc/tw的复合芯抗拉强度最小值可以达到2150 n/mm2，为前者的1.73倍。例如，直径9.53 mm的复合芯抗拉强度达到2414 n/mm2，是钢

4、芯铝绞线中钢芯强度的1.94倍。1.2.2 拐点以后弧垂随温度的变化量小发现碳纤维复合导线在弧垂特性方面存在以下特点：（1）外径、截面基本相同、安全系数和气象条件一样的条件下，温度80 及以下时，碳纤维复合导线的弧垂随温度升高而产生的变化量小于钢芯铝绞线。（2）拐点前（80 及以下）碳纤维复合导线弧垂随温度的变化比较大，拐点后（80 以上）碳纤维复合导线弧垂随温度的变化比较小。1.2.3 允许工作温度高、载流量大电力线路上碳纤维复合导线设计运行温度160 ，钢芯铝绞线设计运行温度80 。在相同的载流量时，碳纤维复合导线accc/tw比钢芯铝绞线acsr温度低、弧垂小，因此可以承载更大的电流；在

5、相同的运行温度时，其载流量比acsr大。2 碳纤维复合导线工程应用实例2.1 工程应用概况根据电网规划要求，需要将110 kv桔永1847线t接入新建的110 kv委羽变。根据计算，110 kv桔永线需采用lgj-300/25钢芯铝绞线才能满足系统输送容量要求。然而由于110 kv桔永线桔乡变构架电3号塔线路架设于导线使用条件是lgj-240/30的角钢塔，故若架设lgj-300/25导线则需对该段线路进行改造。改造需拆除该3基铁塔，并新立3基满足lgj-300/25导线架设的铁塔。lgj-300/25导线经济输送容量为57 mva（经济电流密度取j=0.9 a/mm2），极限输送容量为102

6、 mva（周围空气温度+40，导线工作温度+70 ）。根据公式：s经济=s极限=极限jrlx/t-218/28碳纤维复合导线截面积s=246.3 mm2，经济电流密度取j=0.9 a/mm2，140载流量i=862 a，由上述公式计算得其经济输送容量为42.2 mva，极限输送容量为164.24 mva（周围温度+40 ，导线设计运行温度140 ），是传统的lgj-300/25导线输送容量的1.69倍左右，满足工程导线输送容量要求。jrlx/t-218/28碳纤维复合导线安全系数取2.5，最大使用张力为27535.2 n，年平均运行张力17208.6 n。电气运算满足当前线路需要，结构运算满足

7、原线路杆塔需要。2.2 效益分析110 kv桔永线若采用lgj-300/25钢芯铝绞线，需对桔乡变构架电3号塔段线路进行改造。按改造2基转角塔和1基直线塔的费用比较，改造费用共需96.17万元。通过采用jrlx/t-218/28碳纤维复合导线架设，合计投入54.88万，节约投资41.29万，产出投入比1.751，经济效益显著。2.3 工程应用中发现的问题碳纤维复合导线由轻型的碳纤维复合芯和梯型铝合金绞线组成，由于两者线膨胀系数相差较大，在安装时施工不注意，碳纤维复合导线碳芯与铝层之间会产生滑移及派生的“抛股”、“裂芯”等问题。碳纤维复合导线结构特殊、表面光滑、碳芯抗弯曲性能差，所使用工器具要求

8、与常规导线有很大差别，碳纤维复合导线的架线对导线配盘和牵张场的选择也有比较特殊的要求。放线工艺和以往钢芯铝绞线不一样，工器具要求也不一样，工艺要求复杂，导线厂家没有成熟的施工方法，给施工造成一定的困难。这些不足有待于在施工时认真探索施工技巧，改良施工方案，对导线特性做进一步的了解。3 结语虽然碳纤维复合导线的碳纤维复合芯依赖进口、价格比较高，导线金具费用也较高，作为抢修备件费用较大。但由于其强度高、导电率高、载流量大、线膨胀系数小、弛度小、重量轻、耐腐蚀、使用寿命长、降低线路成本及节能等优点，在老线路改造工程及电力增容中的应用前景还是值得推广的。参考文献1 忽翔.碳纤维导线在架空输电线路上的应

9、用j.安徽电力，2010，27（1）：51-53.2 鞠彦忠，李秋晨，孟亚男.碳纤维复合芯导线与传统导线的比较研究j.华东电力，2011，39（7）：1191-1194.endprint摘 要：碳纤维复合导线是一种新型架空线路导线，它具有强度高、导电率高、载流量大、弛度小、重量轻等优点。该文结合实际工程，通过对碳纤维复合导线和普通钢芯铝绞线的技术性能比较研究，论述碳纤维复合导线在旧输电线路增容改造中的优势。关键词：复合导线 强度 性能：t406 ：a ：1674-098x（2014）02（a）-0124-01随着我国经济的快速发展，电力需求不断增长，电力负荷不断增加，提高单位线路走廊宽度下的输

10、电能力、减少重复建设电力走廊引起的土地浪费，是电网企业实现资源节约的重要举措。由于电网建设周期中的各种因素存在，许多中心地段的老杆塔、小截面导线担负着繁重的经济建设任务。对这些中心地段的老杆塔的改造，以往无非是利用原电力走廊对杆塔及导线统一更换，不可避免的会导致浪费杆塔及由于施工周期长引起该段供电能力和可靠性下降等现象。为实现电力与经济社会协调发展，以新技术新设备的推广应用服务坚强电网建设，国网台州供电公司在2012年建成投运的110 kv桔永1847线“t”接入委羽变输电线路工程中首次采用accc碳纤维复合导线，利用已有铁塔，不增加线路走廊用地，解决提高同条电力线路输送容量这一难题。1 碳纤

11、维复合导线的结构及技术特点1.1 碳纤维复合导线的结构碳纤维复合芯导线的芯线由碳纤维和玻璃纤维构成，芯线内部和外部分别由碳纤维丝、玻璃纤维与热固型改性环氧树脂粘合而成。外层的铝线为梯形截面（也可以为z 型截面），由高纯度软铝线组成。1.2 碳纤维复合导线的技术特点本工程以jrlx/t-218/28碳纤维导线为对象，通过同lgj-300/25钢芯铝绞线及其他常用钢芯铝绞线的性能对比，研究碳纤维复合导线的技术特点。1.2.1 抗拉强度高gb1197-83标准中的钢芯铝绞线的钢芯绞合后强度为1244 n/mm2，而碳纤维复合导线accc/tw的复合芯抗拉强度最小值可以达到2150 n/mm2，为前者

12、的1.73倍。例如，直径9.53 mm的复合芯抗拉强度达到2414 n/mm2，是钢芯铝绞线中钢芯强度的1.94倍。1.2.2 拐点以后弧垂随温度的变化量小发现碳纤维复合导线在弧垂特性方面存在以下特点：（1）外径、截面基本相同、安全系数和气象条件一样的条件下，温度80 及以下时，碳纤维复合导线的弧垂随温度升高而产生的变化量小于钢芯铝绞线。（2）拐点前（80 及以下）碳纤维复合导线弧垂随温度的变化比较大，拐点后（80 以上）碳纤维复合导线弧垂随温度的变化比较小。1.2.3 允许工作温度高、载流量大电力线路上碳纤维复合导线设计运行温度160 ，钢芯铝绞线设计运行温度80 。在相同的载流量时，碳纤维

13、复合导线accc/tw比钢芯铝绞线acsr温度低、弧垂小，因此可以承载更大的电流；在相同的运行温度时，其载流量比acsr大。2 碳纤维复合导线工程应用实例2.1 工程应用概况根据电网规划要求，需要将110 kv桔永1847线t接入新建的110 kv委羽变。根据计算，110 kv桔永线需采用lgj-300/25钢芯铝绞线才能满足系统输送容量要求。然而由于110 kv桔永线桔乡变构架电3号塔线路架设于导线使用条件是lgj-240/30的角钢塔，故若架设lgj-300/25导线则需对该段线路进行改造。改造需拆除该3基铁塔，并新立3基满足lgj-300/25导线架设的铁塔。lgj-300/25导线经济

14、输送容量为57 mva（经济电流密度取j=0.9 a/mm2），极限输送容量为102 mva（周围空气温度+40，导线工作温度+70 ）。根据公式：s经济=s极限=极限jrlx/t-218/28碳纤维复合导线截面积s=246.3 mm2，经济电流密度取j=0.9 a/mm2，140载流量i=862 a，由上述公式计算得其经济输送容量为42.2 mva，极限输送容量为164.24 mva（周围温度+40 ，导线设计运行温度140 ），是传统的lgj-300/25导线输送容量的1.69倍左右，满足工程导线输送容量要求。jrlx/t-218/28碳纤维复合导线安全系数取2.5，最大使用张力为2753

15、5.2 n，年平均运行张力17208.6 n。电气运算满足当前线路需要，结构运算满足原线路杆塔需要。2.2 效益分析110 kv桔永线若采用lgj-300/25钢芯铝绞线，需对桔乡变构架电3号塔段线路进行改造。按改造2基转角塔和1基直线塔的费用比较，改造费用共需96.17万元。通过采用jrlx/t-218/28碳纤维复合导线架设，合计投入54.88万，节约投资41.29万，产出投入比1.751，经济效益显著。2.3 工程应用中发现的问题碳纤维复合导线由轻型的碳纤维复合芯和梯型铝合金绞线组成，由于两者线膨胀系数相差较大，在安装时施工不注意，碳纤维复合导线碳芯与铝层之间会产生滑移及派生的“抛股”、

16、“裂芯”等问题。碳纤维复合导线结构特殊、表面光滑、碳芯抗弯曲性能差，所使用工器具要求与常规导线有很大差别，碳纤维复合导线的架线对导线配盘和牵张场的选择也有比较特殊的要求。放线工艺和以往钢芯铝绞线不一样，工器具要求也不一样，工艺要求复杂，导线厂家没有成熟的施工方法，给施工造成一定的困难。这些不足有待于在施工时认真探索施工技巧，改良施工方案，对导线特性做进一步的了解。3 结语虽然碳纤维复合导线的碳纤维复合芯依赖进口、价格比较高，导线金具费用也较高，作为抢修备件费用较大。但由于其强度高、导电率高、载流量大、线膨胀系数小、弛度小、重量轻、耐腐蚀、使用寿命长、降低线路成本及节能等优点，在老线路改造工程及

17、电力增容中的应用前景还是值得推广的。参考文献1 忽翔.碳纤维导线在架空输电线路上的应用j.安徽电力，2010，27（1）：51-53.2 鞠彦忠，李秋晨，孟亚男.碳纤维复合芯导线与传统导线的比较研究j.华东电力，2011，39（7）：1191-1194.endprint摘 要：碳纤维复合导线是一种新型架空线路导线，它具有强度高、导电率高、载流量大、弛度小、重量轻等优点。该文结合实际工程，通过对碳纤维复合导线和普通钢芯铝绞线的技术性能比较研究，论述碳纤维复合导线在旧输电线路增容改造中的优势。关键词：复合导线 强度 性能：t406 ：a ：1674-098x（2014）02（a）-0124-01随

18、着我国经济的快速发展，电力需求不断增长，电力负荷不断增加，提高单位线路走廊宽度下的输电能力、减少重复建设电力走廊引起的土地浪费，是电网企业实现资源节约的重要举措。由于电网建设周期中的各种因素存在，许多中心地段的老杆塔、小截面导线担负着繁重的经济建设任务。对这些中心地段的老杆塔的改造，以往无非是利用原电力走廊对杆塔及导线统一更换，不可避免的会导致浪费杆塔及由于施工周期长引起该段供电能力和可靠性下降等现象。为实现电力与经济社会协调发展，以新技术新设备的推广应用服务坚强电网建设，国网台州供电公司在2012年建成投运的110 kv桔永1847线“t”接入委羽变输电线路工程中首次采用accc碳纤维复合导

19、线，利用已有铁塔，不增加线路走廊用地，解决提高同条电力线路输送容量这一难题。1 碳纤维复合导线的结构及技术特点1.1 碳纤维复合导线的结构碳纤维复合芯导线的芯线由碳纤维和玻璃纤维构成，芯线内部和外部分别由碳纤维丝、玻璃纤维与热固型改性环氧树脂粘合而成。外层的铝线为梯形截面（也可以为z 型截面），由高纯度软铝线组成。1.2 碳纤维复合导线的技术特点本工程以jrlx/t-218/28碳纤维导线为对象，通过同lgj-300/25钢芯铝绞线及其他常用钢芯铝绞线的性能对比，研究碳纤维复合导线的技术特点。1.2.1 抗拉强度高gb1197-83标准中的钢芯铝绞线的钢芯绞合后强度为1244 n/mm2，而碳

20、纤维复合导线accc/tw的复合芯抗拉强度最小值可以达到2150 n/mm2，为前者的1.73倍。例如，直径9.53 mm的复合芯抗拉强度达到2414 n/mm2，是钢芯铝绞线中钢芯强度的1.94倍。1.2.2 拐点以后弧垂随温度的变化量小发现碳纤维复合导线在弧垂特性方面存在以下特点：（1）外径、截面基本相同、安全系数和气象条件一样的条件下，温度80 及以下时，碳纤维复合导线的弧垂随温度升高而产生的变化量小于钢芯铝绞线。（2）拐点前（80 及以下）碳纤维复合导线弧垂随温度的变化比较大，拐点后（80 以上）碳纤维复合导线弧垂随温度的变化比较小。1.2.3 允许工作温度高、载流量大电力线路上碳纤维

21、复合导线设计运行温度160 ，钢芯铝绞线设计运行温度80 。在相同的载流量时，碳纤维复合导线accc/tw比钢芯铝绞线acsr温度低、弧垂小，因此可以承载更大的电流；在相同的运行温度时，其载流量比acsr大。2 碳纤维复合导线工程应用实例2.1 工程应用概况根据电网规划要求，需要将110 kv桔永1847线t接入新建的110 kv委羽变。根据计算，110 kv桔永线需采用lgj-300/25钢芯铝绞线才能满足系统输送容量要求。然而由于110 kv桔永线桔乡变构架电3号塔线路架设于导线使用条件是lgj-240/30的角钢塔，故若架设lgj-300/25导线则需对该段线路进行改造。改造需拆除该3基

22、铁塔，并新立3基满足lgj-300/25导线架设的铁塔。lgj-300/25导线经济输送容量为57 mva（经济电流密度取j=0.9 a/mm2），极限输送容量为102 mva（周围空气温度+40，导线工作温度+70 ）。根据公式：s经济=s极限=极限jrlx/t-218/28碳纤维复合导线截面积s=246.3 mm2，经济电流密度取j=0.9 a/mm2，140载流量i=862 a，由上述公式计算得其经济输送容量为42.2 mva，极限输送容量为164.24 mva（周围温度+40 ，导线设计运行温度140 ），是传统的lgj-300/25导线输送容量的1.69倍左右，满足工程导线输送容量要求。jrlx/t-218/28碳纤维复合导线安全系数取2.5，最大使用张力为27535.2 n，年平均