碳纖維導線在固安35kV輸電線路上的應用

劉素伊 賀恩歡 李艷超

（1.冀北電力有限公司電力經濟技術研究院 中國 北京 100070；2.冀北電力有限公司廊坊供電公司 河北 廊坊 065000）

0 前言

隨著電力負荷的大幅度增加和輸電走廊選擇的日益困難， 提高單位走廊傳輸功率的需求日益迫切， 常規的鋼芯鋁絞線已難以滿足輸電需求。 在固安劉家園-柏村35 千伏線路新建工程項目中，我們對碳纖維復合芯導線（ACCC）的特點進行了介紹，在達到預期建設規模的同時，不僅提高線路輸送能力、降低電網損耗，而且有效提高線路安全運行水平。

1 工程建設的方案

由于固安劉家園-柏村35 千伏線路新建工程的主要路徑在規劃路的綠化帶中，走廊寬度有限且占用了原10kV 線路的路徑，故采用35kV 單回與10kV 四回路并架輸電線路設計方案（本設計只考慮35kV 設計部分及鋼桿上的10kV 橫擔）。 劉家園110kV 變電站采用電纜出線，35kV 單回輸電線路導線采用碳纖維復合芯導線（ACCC）。

2 碳纖維復合芯導線（ACCC）特點[1-3]

碳纖維復合芯導線（ACCC）是一種節能型增容導線，在電氣、機械等諸多性能方面領先于普通鋼芯鋁絞線， 具有非常突出的應用優勢，實現了電力傳輸的節能環保與安全。

（a）導線允許運行溫度大幅度提高，輸電能力大幅度提高，節省輸電走廊，碳纖維絲具有優異的耐高溫性，在2000℃下強度不降低。通過選取合適的樹脂基體與配方， 與碳纖維絲制成導線的復合芯，確保高溫下復合芯的機械強度。 這樣使碳纖維導線運行于高溫（150～200℃）條件時，能夠由碳纖維復合芯承擔全部導線張力，導線的外部鋁股僅承擔傳導電流的作用，解決了高溫下常規導線機械強度大幅度降低的問題，即通過提高導線允許運行溫度從而使輸電能力大幅度提高。

（b）導線重量輕、線膨脹系數小（溫度拐點以上）、弛度（弧垂）小，對桿塔強度及（或）桿塔高度的要求降低。碳纖維復合芯具有遠高于鋼的比強度，相同抗張強度下，復合芯質量低于鋼芯的20%，導線整體質量也相應大幅度降低。在綜合考慮導線彈性模量、線膨脹系數、蠕變性能前提下，如果保持導線最大使用張力及年平均運行張力不變，則以碳纖維復合芯導線（ACCC）替換常規導線，弧垂可顯著減小。

（c）碳纖維復合芯具有優良的耐疲勞性，確保線路長期安全可靠運行。架空輸電線路的機械故障有較大比例與金屬材料的疲勞斷裂有關。選用合適的樹脂基體與配方，與碳纖維絲制成復合材料。經過一千萬次拉應力疲勞試驗，碳纖維復合材料的剩余強度仍能夠達到初始強度的90%；而在相同試驗條件下，鋼材剩余強度僅為初始強度的30-40%。 上述數據體現了碳纖維復合芯導線（ACCC）的優良耐機械疲勞性能。

（d）碳纖維復合芯具有優良的耐腐蝕、耐老化性，確保線路長期安全可靠運行。 選用合適的樹脂基體與配方，與碳纖維絲制成的復合材料具有超強的抗腐蝕能力及耐大氣老化性。在自然條件下無需任何維護，該材料的抗腐蝕和耐老化能力可超過百年。因此，超強的耐腐蝕性及耐大氣老化性是復合芯導線長期安全可靠運行的有力保障。

（e）碳纖維復合芯承受全部導線張力，使外部鋁股可采用機械強度較弱而導電性更佳的金屬材料，有效降低線損。 碳纖維復合芯導線（ACCC） 的鋁股如果以軟鋁替代常規導線的硬鋁， 則導電率由61－62%IACS 提高至63.7%IACS；且碳纖維復合芯替代鋼芯，復合芯內不會產生渦流損耗。 因此，在相同鋁股截面、相同傳輸功率條件下，軟鋁與復合芯的采用可使線損有效降低。

3 工程設計中存在的問題及解決方案

3.1 由于固安劉家園-柏村35 千伏線路新建工程采用35kV 單回與10kV 四回路并架輸電線路設計方案，故需考慮10kV 線路在35kV 線路下插桿后，35kV 線路上碳纖維復合芯導線（ACCC）與10kV 線路導線的平行架設的電氣安全距離問題，經過反復核算，最終確定碳纖維復合芯導線（ACCC）150/20 的安全系數取為6.2。

3.2 由于大電流傳輸需要，碳纖維復合芯導線（ACCC）的耐張線夾尺寸比普通金具不同，增加了散熱面積。碳纖維復合芯導線（ACCC）的金具需采用其專用金具。

3.3 劉家園110kV 變電站電纜終端桿上耐張線夾NY-ACCC-150/20(L) 線路方向側是碳纖維復合芯導線 （ACCC）， 引下線是LGJ-240/30鋼芯鋁絞線。 柏村35kV 變電站架構上耐張線夾NY-ACCC-150/20(L)終端桿側是碳纖維復合芯導線（ACCC），引下線是LGJ-240/30 鋼芯鋁絞線。 因為耐張線夾NY-ACCC-150/20(L)兩側是不同的導線，故其與線路上耐張線夾不同，。引下線采用了LGJ-240/30 鋼芯鋁絞線既可保證增容效果，又不易產生機械故障。

3.4 為了解決碳纖維復合芯導線碳纖維復合芯導線（ACCC）直接與電纜連接，使電纜受損。 電纜終端桿上碳纖維復合芯導線碳纖維復合芯導線（ACCC）先與LGJ-240/30 鋼芯鋁絞線連接，之后LGJ-240/30 鋼芯鋁絞線再與電纜連接。 LGJ-240/30 鋼芯鋁絞線起到了過渡的作用。

4 工程施工中需注意的問題

碳纖維復合芯導線（ACCC）采用張力放線，由于軟鋁股硬度及機械強度過低，易在施工中變形損傷，可采用操作簡便且可反復使用的卡線器進行緊線操作。 碳纖維復合芯導線（ACCC）在金具及附件安裝過程中，應嚴格按照相關施工規范進行操作，確保安全可靠，避免損傷導線4。 另外，施工單位若首次架設碳纖維復合芯導線（ACCC），最好有廠家技術人員現場指導。

5 結論

隨著國民經濟的不斷發展，電網規模不斷提升。 建設“兩型三新”（資源節約型、環境友好型，新技術、新材料、新工藝）輸電線路，導線是最重要的部分之一。 碳纖維復合芯導線（ACCC）具有耐高溫、重量輕、強度大、低線損、弛度小、耐腐蝕、與環境親和等優點。新建輸電線路使用碳纖維復合芯導線（ACCC）既提高了線路的輸送容量，又提高了線路的安全和可靠性，降低線路傳輸損耗，節約了線路走廊。 劉家園-柏村35 千伏線路新建工程是廊坊地區35kV 輸電線路中首次應用碳纖維復合芯導線（ACCC）架設的工程，隨著輸電設計、施工、運行經驗的積累及技術水平的提高，碳纖維復合芯導線（ACCC）等新型導線的應用，必將在電網建設中發揮巨大作用。

［1］陳志東.碳纖維復合芯導線在架空線路上的應用[J].供用電,2010(4):63-66.

［2］張國光.碳纖維復合芯導線在電力傳輸線路上的應用[J].河南電力,2007(4):56-57.

［3］碳纖維復合芯導線技術培訓資料[S].華北電力科學研究院有限責任公司.

［4］史建莊,潘少城,劉強,等.纖維復合芯軟鋁導線在河南電網中的應用探討[J].河南電力,2009(3):1-4.