碳纖維復合芯軟鋁導線在油田的應用

沈繼鵬 大慶油田工程有限公司

碳纖維復合芯軟鋁導線在油田的應用

沈繼鵬 大慶油田工程有限公司

碳纖維復合芯軟鋁導線是一種對架空輸電線路增容的特種導線，具有耐腐蝕性強、載流量大、損耗小、強度大等優點，能夠在導體截面相同的情況下輸送比傳統導線更多的電能。大慶油田工程有限公司在改造喇六電力線路的工程中，采用該新型導線后，只是配套更換了耐張線夾、懸垂線夾、耐熱防震錘等金具，原桿及桿上的橫擔、絕緣子、避雷線等均可利舊，節約了成本，也縮短了工期。

碳纖維復合芯軟鋁導線；油田；輸電線路；成本

碳纖維復合芯軟鋁導線又稱“高溫導線”或“倍容量導線”，是一種對架空輸電線路增容的特種導線[1]，其能夠在導體截面相同的情況下輸送比傳統導線更多的電能。碳纖維復合芯軟鋁導線具有較強的綜合性能，表現為耐腐蝕性強、載流量大、弛度低、損耗小、強度高以及質量輕。正是因為碳纖維復合芯軟鋁導線具有上述的優勢，其可以在極端的環境條件（例如跨越較大、腐蝕程度嚴重以及重覆冰等）中使用。使用碳纖維復合芯軟鋁導線的輸電線路能夠減少桿塔數量，節約土地資源。

1 導線特點

（1）高載流量和高導電率。傳統的輸電導線由于存在鋼絲材料，在輸電的過程中會出現熱效應或者磁損，對電能造成損失[2]。而碳纖維復合芯軟鋁導線不存在鋼絲材料，因此也就避免了這熱效應式磁損。在運行的過程中，碳纖維復合芯軟鋁導線的溫度更低，對輸電的損失比一般導線更少。由于其鋁材截面大于一般導線，可以提高載流量。特別是在高溫條件下，碳纖維復合芯軟鋁導線具有比一般導線高1倍的載流量，非常適合在油田環境中使用。

（2）較高的強度。碳纖維復合芯軟鋁導線的強度遠超于鋼絲，甚至超過了高強鋼絲。其內部的玻璃纖維與碳纖維的混合芯棒，能夠達到極強的抗拉強度，其抗拉強度幾乎是普通鋼絲的2倍。

（3）較小的弛度和較小的線膨脹系數。實驗證明，當溫度超過180℃時，一般導線的弛度會瞬間從200 mm左右提升到1 500 mm左右[3]。與一般導線相比，碳纖維復合芯軟鋁導線的弛度要小得多，僅為一般導線弛度的十分之一左右。這就使得碳纖維復合芯軟鋁導線能夠耐高溫，使用碳纖維復合芯軟鋁導線的架空線路比一般線路更安全。

（4）耐腐蝕效果好，適用于惡劣環境。油田周邊的環境通常比較惡劣，一般導線在通電時很容易受到電化腐蝕，從而加速老化。而碳纖維復合芯軟鋁導線具有良好的耐腐蝕性，以常規設備和技術進行安裝，能夠完全避免鍍鋅鋼線與鋁線的作用，適用于比較惡劣的環境。

（5）較輕的質量。在相同的體積下，一般導線所使用的鋼材料要比碳纖維復合芯軟鋁導線的碳纖維復合芯材料重四分之三左右，碳纖維復合芯軟鋁導線的鋁截面積較大，單位長度的質量遠低于一般導線。

2 應用

2.1 在油田輸電線路改造工程中的應用

我國油田對于電力的需求是巨大的，而且用電負荷還在不斷增加，而走廊資源相對比較短缺。載流量大、節約輸電走廊、節約桿塔費用等優點使碳纖維復合芯軟鋁導線更適合在油田周邊環境中使用。因此，在油田輸電線路的改造工程中，碳纖維復合芯軟鋁導線發揮了很大的作用。油田輸電線路的改造方案主要有只換線不換塔以及換塔換線兩種。同截面的兩種導線，由于碳纖維導線載流量大、質量輕，可以采取不換塔、利用原桿的方法，增大此部分線路的載流量，這樣可節約投資，也會大大減少施工周期，保障油田生產對電力的需求[4]。采用上述方案，就可以在不更換桿塔的基礎上增加油田輸電導線的容量。

例如大慶油田工程有限公司改造喇六電力線路的工程中，就是采用原線路路徑進行導線更換，更換長度為4.75 km，采用單回路設計。原線路導線為LGJ-150/35，采用混凝土電桿。增容后，如換常規鋼芯鋁絞線，則導線為LGJ-240/35，采用鐵塔；如采用碳纖維導線，則導線為JLRX/F1B-185/30，利用原桿。采用該新型導線后，只是配套更換耐張線夾、懸垂線夾、耐熱防震錘等金具，原桿及桿上的橫擔、絕緣子、避雷線等均可利舊，節約了成本，也縮短了工期。

2.2 在油田輸電線路新建工程中的應用

我國油田輸電線路新建工程中的碳纖維復合芯軟鋁導線基本應用于110 kV以下的線路，對于110 kV以上的線路使用的比較少。在110 kV油田輸電線路中，如果使用碳纖維復合芯軟鋁導線，在造價方面會比應用一般導線高。其原因在于，在二者的全壽命周期內，碳纖維復合芯軟鋁導線的成本較高。經計算發現，當碳纖維復合芯軟鋁導線的價格達到一個臨界點時，其與一般導線在全壽命周期成本以及本體投資方面的差距將會縮小，此時油田新建輸電線路中使用碳纖維復合芯軟鋁導線則比較可行，但要求碳纖維復合芯軟鋁導線的價格不能高出一般導線的一倍。

3 結語

作為一種應用前景良好的高性能導線，碳纖維復合導線的新型復合材料具有較高的科技含量，但是如果真正地應用在油田的輸電線路中，還必須不斷地對相關技術和經驗進行積累。

經濟因素是油田輸電線路對碳纖維復合芯軟鋁導線應用的一個重要影響因素，由于碳纖維復合芯軟鋁導線的價格較高，在油田輸電線路的改造與新建中，必須對造價成本進行考慮。

立足于油田輸電線路運行綜合效益的提升，輸送容量的增加、成本的降低、環保以及節能的角度，在油田線路中對碳纖維復合導線進行推廣和應用，產生的社會效益和經濟效益將會非常大。再加上該項技術的不斷成熟，未來碳纖維復合芯軟鋁導線在油田勢必具有更加良好的發展前景。

[1]孟憲彬，周斌，李軍．碳纖維復合芯軟鋁導線的性能及應用[J]．光纖與電纜及其應用技術，2013（5）：4-9.

[2]付晶晶．碳纖維復合芯導線在輸電線路工程中的應用研究[D]．保定：華北電力大學，2014：10.

[3]史建莊，潘少成，劉強，等．碳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.

[4]蔣華君，毛龍生．節能型碳纖維復合芯軟鋁導線技術在電力線路上的應用[J]．中國高新技術企業，2007（14）：93.

（欄目主持 關梅君）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.9.028

2015-05-08