碳纤维复合芯导线的研究和应用

1、碳纤维复合芯导线的研究和应用导线作为输电线路最主要的部件之一，承担着线路最主要的电能传输 功能。目前电力需求不断增长，电网中部分老旧线路导线线径过细、输送 能力不足，需要更换导线进行线路增容改造。为有效利用现有杆塔等设施, 大幅度提高输送容量，减少输送中电力的损耗，应用碳纤维导线，来提高 电网的输送能力，同时可以减少土地资源、有色金属资源等消耗，避免更 换杆塔带来的民事协调和占地补偿，节约建设和运行总成本。根据国网公司提出的输电线路“两型三新”要求，即“资源节约型、 环境友好型、新材料、新技术、新工艺”，采用新型导线、节能金具等新 材料，有利于统一建设标准和规范材料选择、降低钢材耗量和工程造价

2、、 提高输电线路建设效率和效益。碳纤维导线就是一种新型导线，可以满足 输电线路节能环保、减少走廊占地、提高输送容量、降低建设运行总成本 的要求。近年来，在多条线路改造中尝试使用碳纤维导线，从线路后期运 行看，均达到了理想的效果。一碳纤维导线与常规导线对比碳纤维导线与常规钢芯铝绞线相比，具有重量轻、强度大、热膨胀系 数小、导电率高、线损低、载流量大、耐腐蚀性能好等优点。碳纤维导线截面钢芯铝绞线截面碳纤维导线是一种新型导线，内部 是一根由碳纤维为中心层和玻璃纤维包 覆制成的复合芯，外层由一系列呈梯形 截面的软铝线绞合而成。碳纤维导线在 机械性能和电气性能方面均优于钢芯铝 绞线。使用碳纤维替代钢芯可

3、以大量减少钢材等有色金属资源消耗，有利于实现生态环境的可持续发展。而且碳纤维导线比普通钢芯铝绞线线损低， 降低了电能在传输过程中的损耗，减少了资源消耗和能源损失，属于节能 环保型导线。二碳纤维导线的应用由于碳纤维导线价格过高，新架线路中应用造价优势不明显，故碳纤 维导线主要应用在35kV及以上线路增容改造中。线路增容通常采取异地重 建或者在原线路上更换大线径导线，在无新建通道、原线路又不能长时间 停电改造的条件限制下，利用原线路通道和现有杆塔，选择合适的轻质大 容量导线，确保安全可靠。在输电线路工程中，走廊占地以及后期的维护、改造临时占地问题， 一直是困扰着电力行业的难题。电力法权威性差，当出

4、现与林业法、道路 交通法等相关法律法规冲突的时候，往往是电力法让位。而且随着老百姓 维权意识的逐年提高和获取赔偿经验的逐年丰富，使得协调工作难度逐年 加大、赔偿费用逐年攀升。而在线路增容改造中使用碳纤维导线，可利用 原有杆塔结构，还有线路走廊等资源，可大幅节省改造成本和协调赔偿。 所以碳纤维导线在线路增容改造中的应用前景良好。对于现有老旧线路增容改造，只需要把原线路上的钢芯铝绞线更换成 铝截面基本相同的碳纤维导线，即可达到增容 60-100%缩短建设周期、提 高安全系数、节约造价的目的。其次，在线路运行维护方面，尤其是线路 高峰负荷期间的运行，碳纤维导线弧垂变化较小、允许工作温度高、载流 量大

5、的特点，比钢芯铝绞线具有明显的优势。碳纤维导线的构造与钢芯铝绞线类似，但其机械性能和电气性能与钢 芯铝绞线有差别。碳纤维导线梯形软铝层光滑易划伤、碳纤维复合芯抗弯 曲性能差，所使用工器具要求与钢芯铝绞线有很大差别。需要厂家对施工单位及运行单位进行碳纤维导线技术参数、检修工艺、运行管理等内容的 培训，让相关人员更快的熟悉碳纤维导线。三碳纤维导线的优势1节省输电线路的建设成本。在新架线路中使用碳纤维导线，允许增加杆塔之间的跨距，降低其设 计强度，减少杆塔、基础的数量和设计强度可降低输电线路的建设成本。在线路改造中使用碳纤维导线，可利用现有的杆塔、基础及大部分绝 缘子，还有线路走廊等资源，节省了改造

6、成本。2节省输电线路的运行维护成本。碳纤维导线的力学、热学、电学特性均优于钢芯铝绞线，线路投运后 各类机械、电气事故很少发生，节省了维护成本。3提高输电线路的输送能力，降低电能损耗。碳纤维导线比常规钢芯铝绞线载流量大，线损低，有助于构造环保、 高效、节约型输电网络。4避免繁琐的民事协调。碳纤维导线可满足原线路结构，利用原有走廊等资源，不存在重建基础的占地问题，避免了不必要的民事协调工作和赔偿费用。四效益分析1节省了输电线路的建设成本。老旧线路的增容，通常采用在原线路上更换更大线径导线或异地重建 的方法进行改造。原有杆塔无法承受更重的负载，使用更大线径导线需要 更换强度更高的杆塔、基础。使用碳纤

7、维导线，可利用现有的杆塔、基础 及大部分绝缘子，缩短了停电改造工期，节省了大部分改造成本。相比拆 除重建钢芯铝绞线线路方案，使用碳纤维导线节约造价约 45%在新架线路中使用碳纤维导线，允许增加杆塔之间的跨距，降低其设 计强度。杆塔工程的费用约占整个工程的 30%-40% 土方基础费用约占整 个工程的20%- 35%而且在占地、施工、运输、工期和运行安全等方面均 占有很大比重。因此减少杆塔、基础的数量和设计强度可大幅降低输电线 路的总成本，抵消了碳纤维导线本身价格高的影响。2节省了输电线路的运行维护成本。碳纤维导线的力学、热学、电学特性均优于碳纤维导线，线路投运后各类机械、电气事故很少发生，减少

8、了维修次数，节省了维护成本。而且 更换碳纤维导线可提高线路的输送能力，达到增容目的，适当提高了售电 能力。3降低了线损带来的经济损失。碳纤维导线电阻小，导电能力强，线损比同线径钢芯铝绞线低 0.5%左 右。按照每条线路每年1000万千瓦时计算，每年节电5万千瓦时。按电价 每度约0.8元计算，每条线路每年节约40余万元电量损失。五 碳纤维导线的施工采用张力展放碳纤维导线。架线前检查各施工段的平断面图、明细表 等，重新调查沿线的交叉跨越等障碍物，进行线路通道清理，合理布置张 力场和牵引场的位置。采用一台牵引机、一台张力机进行导线展放施工， 一个耐张段设置一个张力场、一个牵力场。根据现场情况搭设跨越

9、架，安 装防磨滚筒。碳纤维导线专用牵引网套碳纤维导线芯棒固定线夹使用编织防扭钢丝绳和碳纤维导线专用牵引网套进线张力放线施工。先撤下旧导线，然后展放碳纤维导线。使用厂家定制的牵引网套和芯棒固 定线夹。使用芯棒固定线夹将碳纤维芯固定，并用胶带包缠夹具，再将蛇 皮套套进，防止碳纤维芯在牵引过程中相对收缩，发生跑线事故。按放线 段计算出牵引机的牵引力、张力机的张力值，调整好牵引机的牵引力机张 力机张力的整定值。开始慢速牵引机导线，牵引机逐步增大牵引力及速度。 在放线过程中，所有跨越档的监护人员应随时报告导线对地及跨与物的距 离，现场指挥要根据要求调整放线张力，以确保导线不被磨损。当牵引头距离放线滑车30-50米时，应适当减慢牵引速度，使牵引头平缓通过放线 滑车，减少冲击力。当导线盘的导线剩下最后一层时，减慢牵引速度；当 盘上剩下6-7圈时，停止牵引。为了不损伤外层铝合金导线，临时锚线采用预绞丝，预绞丝安装位置 综合考虑临时锚线及紧线安装方便。碳纤维导线导线所用金具，均为碳纤维导线专用配套金具，内层不锈钢，外层铝合金。压接工艺严格按照厂家 提供的指导手册进行。碳纤维导线专用接续金具组件碳纤维导线专用耐张金具组件导线展放完毕如立即进行弧垂观测，需考虑初伸长问题，通常采用降 温补偿法，如