碳纤维复合芯导线在电力传输线路上应用的意义
摘要: 笔者分析了当前输电线路用导线的发展状况、趋势和特点, 重点阐述了新型碳纤维复合导线的特点, 以及广阔的市场前景, 建议尽快在输电线路特别是高压输
电线路中推广使用。
关键词: 碳纤维复合导线;特性；应用
1 碳纤维复合芯导线的应用现状
复合导线是使用在输电线路增容中的特种导线（如图1所示）,它是针对在相
同导体截面的情况下,相对于传统钢芯铝绞线
ACSR(AluminumConductorSteelReinforecd)能传递更多电能的若干种类导线的总称。
行业内也有将其俗称为“倍容量导线”或“高温导线”。
目前,增容导线包括耐热铝合
金导线(TAC-SR)、殷钢芯耐热铝合金导线(ZTACSR)、间隙型钢芯耐热铝合金(GTACSR)、铝基陶瓷纤维铝绞线ACCR(AlaminumConductorCompositeRe-inforced)、碳纤维芯复合材料合成芯软铝导线(JRLX/T)等种类。
在电力工业发展史上,作为输
电线路输送电能的主要载体,传统钢芯铝绞线占据统治地位的历史已有一个多世纪。
随着电力需求的增长和材料科学技术的不断进步,各种增容导线应运而生。
碳纤维
复合芯软铝绞导线是特高强度碳纤维合成的芯棒替代传统的钢芯和钢绞线,外层铝
采用拱形软铝绞合而成。
2002年,美国CTC开发了先期复合芯T型绞线并在美国
几条线路上试用,美国在2004年开始挂网商业运行。
碳纤维复合导线已在我国深圳、辽阳、神州、无锡、常州、厦门、南平、盘锦、抚顺等地挂网运行,到目前未
发生过如通用导线已发生的驰度明显下降、导线发热、断股、断线等任何异常现象,其耐张线夹和接续管也运行正常。
图1 碳纤维复合导线
碳纤维复合芯导线具有500kV级以上输电线路运行能力,抗拉强度较高,单位长度重量较轻的特点,使得应用该种导线的线路能够降低杆塔间的导线垂弧度,可提
高线路运行的安全性和可靠性。
同时,可减少输电线路中支撑杆塔数量,减少工程
占地,节约土地资源,降低工程建造成本。
碳纤维复合芯导线相对于传统导线,在相
同外径尺寸下,增加了导电截面,增大了线路的输送容量,能较好地满足目前国内对
输电线路提出的增容的要求。
且新型碳纤维复合芯导线相对于传统导线,提高了导
体的导电率,在长距离输电线路上应用,能起到较好的节能效果。
由于碳纤维材料
替代传统的铜芯作为加强件,该导线具有更好的耐腐蚀性能,可提高导线的运行寿命。
2 碳纤维复合芯导线的特点简介
碳纤维复合材料的比重为钢的1/4，强度为钢的2倍，线膨胀系数为钢的
1/10。
由于其优异的力学特性和热稳定性，首先应用于军事领域的航天、航空器
和武器减重;随后用于民用飞机、竞技体育的器材。
随着碳纤维大规模生产技术的
解决，价格的下降，碳纤维复合材料开始进入工业和生活领域。
长期以来，架空
输电线路导线主要采用钢芯铝绞线以及相关产品，电力工业的飞速发展对架空输
电线路导线提出了更高的要求，促使各国科技人员研究开发各种新型导线。
在20
世纪90年代末，人们开始尝试用复合材料代替金属材料来制作导线的芯材，改
善导线的弧垂特性，以提高线路输送容量。
碳纤维复合芯导线的型号为
JRLX/T(J—架空导线，RL—软铝，X—形线，T—碳纤维复合材料)，规格用软铝型线
标称截面和复合芯标称截面表示;国际上的通用型号为
ACCC/TW(AluminumConductorCompositeCore/TrapezoidalWire)。
碳纤维复合芯导线由于复合芯的强度足够高，不再需要铝承担受力作用，导电的铝就可以采用退火
状态的软铝，其导电率可超过63%IACS(国际退铜标准);软铝的截面设计成瓦形，
可大幅减小导线外径。
碳纤维复合芯导线的优越性能如下:
①导线的重量轻、强度高，在相同的运行应力时弧垂小。
②导线的线膨胀系数小，在最低温到最高温的运行温度范围内弛度小。
③导线的外径小，导线运行时的风偏及覆冰载荷小。
④导线的直流电阻和交流电阻小，线路运行时线损小。
⑤导线允许运行温度180℃，可大幅度增容。
⑥导线耐腐蚀，使用寿命长。
⑦导线表面紧凑、光滑，电晕损耗小。
碳纤维复合芯导线的力学、热学和电学特性均优于传统导线，是一种全新结
构的节能型增容导线，与常规导线相比，具有重量轻、强度大、耐热性能好热膨
胀系数小、高温弧垂小、电导率高、线损低、载流量大、耐腐蚀性能好和不易覆
冰等一系列优点，综合解决了架空输电领域存在的各项技术瓶颈，可广泛用于老
线路、电站母线和变电站母线增容改造，新线路建设，并可用于大跨越、大落差、重冰区和高污染等特殊气候和地理场合的线路。
因此，碳纤维复合芯导线在新建
电力输电线路或老线路的改造上都有明显经济价值和社会效益。
3 碳纤维复合导线的经济应用分析
随着城市化建设的高速发展,用电负荷的快速增长,原有架空导线的传输容量已逐渐不能满足供电要求,常规的解决方案是把原有的线路拆除重架设新线路。
这种
方案不仅投资大、建设周期长、政策处理困难,而且线路需长时间停电,对电网的
安全运行有很大影响。
而美国CTC公司等已经成功地研发了新型碳纤维复合芯铝
绞线,这种以碳纤维复合材料作芯的高纯度铝导线与传统的钢芯铝绞线相比,具有
重量轻、强度高、热稳定性好、驰度低、能耗小、寿命长、载流量大和耐腐蚀等
诸多优点,用此种新型导线来替代原有的钢芯铝绞线,可以大幅度提高线路的载流量,且原有的杆塔、基础均无须改造。
因此,在我国特别是经济较为发达的苏南地
区引进应用此种新型导线十分必要。
常规的110kV单回线路新建的综合造价约为80万元/km,而采用碳纤维复合芯铝绞线,其每千米的投资仅需约50万元,能够节约
近40%的费用,可大大减少工程投资。
美国FCI/Burndy公司依据CTC技术规范制造耐张金具、中间接头、端子和其它零件，插在铝套管内的契形夹将张力从复合芯
传送到终端上。
每个终端均经过广泛的实验,确保符合美标ASTM和IEEE标准。
振动、循环温度和最终拉力试验是ACCC的典型试验。
值得注意的是相同等级或规
模的常规ACSR的抗拉强度为14288kg,ACCC则达到20699kg。
抗拉强度的明显提
高允许设计工程师增加杆、塔之间的跨距,因而降低工程成本。
结语建设资源节约型的电力线路,导线是最重要的一部分。
随着国民经济不
断发展,电网规模的不断提升,综合性能优良的新型碳纤维复合芯导线具有非常广
阔的应用前景,尤其是对需要扩容的旧线路改造,有利于缩短施工工期,节省线路综
合造价。
随着ACCC现有问题的逐步解决,该导线必将得到更广泛的应用。
参考文献
[1]尤传永.架空输电线路新型复合材料合成导线的开发研究[J].电力建设,2004(11).
[2]梁旭明,余军,尤传永.新型复合材料合成芯导线技术综述[J].电网技术,2006(19).
[3]尤传永.增容导线在架空输电线路上的应用研究[J].电力设备,2006(10).
[4]黄国飞,季世泽,蒋华君.碳纤维芯软铝绞线的特性研究与应用[J].电线电缆,2007(4).。