碳纖維導(dǎo)線在固安35kV輸電線路上的應(yīng)用

劉素伊 賀恩歡 李艷超

（1.冀北電力有限公司電力經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院 中國(guó) 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(fù)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(guī)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(xiàng)目中，我們對(duì)碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線（ACCC）的特點(diǎn)進(jìn)行了介紹，在達(dá)到預(yù)期建設(shè)規(guī)模的同時(shí)，不僅提高線路輸送能力、降低電網(wǎng)損耗，而且有效提高線路安全運(yùn)行水平。

1 工程建設(shè)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(guī)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(shè)計(jì)方案（本設(shè)計(jì)只考慮35kV 設(shè)計(jì)部分及鋼桿上的10kV 橫擔(dān)）。 劉家園110kV 變電站采用電纜出線，35kV 單回輸電線路導(dǎo)線采用碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線（ACCC）。

2 碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線（ACCC）特點(diǎn)[1-3]

碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線（ACCC）是一種節(jié)能型增容導(dǎo)線，在電氣、機(jī)械等諸多性能方面領(lǐng)先于普通鋼芯鋁絞線， 具有非常突出的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)了電力傳輸?shù)墓?jié)能環(huán)保與安全。

（a）導(dǎo)線允許運(yùn)行溫度大幅度提高，輸電能力大幅度提高，節(jié)省輸電走廊，碳纖維絲具有優(yōu)異的耐高溫性，在2000℃下強(qiáng)度不降低。通過(guò)選取合適的樹(shù)脂基體與配方， 與碳纖維絲制成導(dǎo)線的復(fù)合芯，確保高溫下復(fù)合芯的機(jī)械強(qiáng)度。 這樣使碳纖維導(dǎo)線運(yùn)行于高溫（150～200℃）條件時(shí)，能夠由碳纖維復(fù)合芯承擔(dān)全部導(dǎo)線張力，導(dǎo)線的外部鋁股僅承擔(dān)傳導(dǎo)電流的作用，解決了高溫下常規(guī)導(dǎo)線機(jī)械強(qiáng)度大幅度降低的問(wèn)題，即通過(guò)提高導(dǎo)線允許運(yùn)行溫度從而使輸電能力大幅度提高。

（b）導(dǎo)線重量輕、線膨脹系數(shù)?。囟裙拯c(diǎn)以上）、弛度（弧垂）小，對(duì)桿塔強(qiáng)度及（或）桿塔高度的要求降低。碳纖維復(fù)合芯具有遠(yuǎn)高于鋼的比強(qiáng)度，相同抗張強(qiáng)度下，復(fù)合芯質(zhì)量低于鋼芯的20%，導(dǎo)線整體質(zhì)量也相應(yīng)大幅度降低。在綜合考慮導(dǎo)線彈性模量、線膨脹系數(shù)、蠕變性能前提下，如果保持導(dǎo)線最大使用張力及年平均運(yùn)行張力不變，則以碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線（ACCC）替換常規(guī)導(dǎo)線，弧垂可顯著減小。

（c）碳纖維復(fù)合芯具有優(yōu)良的耐疲勞性，確保線路長(zhǎng)期安全可靠運(yùn)行。架空輸電線路的機(jī)械故障有較大比例與金屬材料的疲勞斷裂有關(guān)。選用合適的樹(shù)脂基體與配方，與碳纖維絲制成復(fù)合材料。經(jīng)過(guò)一千萬(wàn)次拉應(yīng)力疲勞試驗(yàn)，碳纖維復(fù)合材料的剩余強(qiáng)度仍能夠達(dá)到初始強(qiáng)度的90%；而在相同試驗(yàn)條件下，鋼材剩余強(qiáng)度僅為初始強(qiáng)度的30-40%。 上述數(shù)據(jù)體現(xiàn)了碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線（ACCC）的優(yōu)良耐機(jī)械疲勞性能。

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

（e）碳纖維復(fù)合芯承受全部導(dǎo)線張力，使外部鋁股可采用機(jī)械強(qiáng)度較弱而導(dǎo)電性更佳的金屬材料，有效降低線損。 碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線（ACCC） 的鋁股如果以軟鋁替代常規(guī)導(dǎo)線的硬鋁， 則導(dǎo)電率由61－62%IACS 提高至63.7%IACS；且碳纖維復(fù)合芯替代鋼芯，復(fù)合芯內(nèi)不會(huì)產(chǎn)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(fù)合芯的采用可使線損有效降低。

3 工程設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)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(shè)計(jì)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(fù)合芯導(dǎo)線（ACCC）與10kV 線路導(dǎo)線的平行架設(shè)的電氣安全距離問(wèn)題，經(jīng)過(guò)反復(fù)核算，最終確定碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線（ACCC）150/20 的安全系數(shù)取為6.2。

3.2 由于大電流傳輸需要，碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)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(fù)合芯導(dǎo)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(cè)是碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線 （ACCC）， 引下線是LGJ-240/30鋼芯鋁絞線。 柏村35kV 變電站架構(gòu)上耐張線夾NY-ACCC-150/20(L)終端桿側(cè)是碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線（ACCC），引下線是LGJ-240/30 鋼芯鋁絞線。 因?yàn)槟蛷埦€夾NY-ACCC-150/20(L)兩側(cè)是不同的導(dǎo)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(chǎn)生機(jī)械故障。

3.4 為了解決碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線（ACCC）直接與電纜連接，使電纜受損。 電纜終端桿上碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)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(guò)渡的作用。

4 工程施工中需注意的問(wèn)題

碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線（ACCC）采用張力放線，由于軟鋁股硬度及機(jī)械強(qiáng)度過(guò)低，易在施工中變形損傷，可采用操作簡(jiǎn)便且可反復(fù)使用的卡線器進(jìn)行緊線操作。 碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線（ACCC）在金具及附件安裝過(guò)程中，應(yīng)嚴(yán)格按照相關(guān)施工規(guī)范進(jìn)行操作，確保安全可靠，避免損傷導(dǎo)線4。 另外，施工單位若首次架設(shè)碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線（ACCC），最好有廠家技術(shù)人員現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)。

5 結(jié)論

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，電網(wǎng)規(guī)模不斷提升。 建設(shè)“兩型三新”（資源節(jié)約型、環(huán)境友好型，新技術(shù)、新材料、新工藝）輸電線路，導(dǎo)線是最重要的部分之一。 碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線（ACCC）具有耐高溫、重量輕、強(qiáng)度大、低線損、弛度小、耐腐蝕、與環(huán)境親和等優(yōu)點(diǎn)。新建輸電線路使用碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)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(jié)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(qū)35kV 輸電線路中首次應(yīng)用碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線（ACCC）架設(shè)的工程，隨著輸電設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的積累及技術(shù)水平的提高，碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線（ACCC）等新型導(dǎo)線的應(yīng)用，必將在電網(wǎng)建設(shè)中發(fā)揮巨大作用。

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

［2］張國(guó)光.碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線在電力傳輸線路上的應(yīng)用[J].河南電力,2007(4):56-57.

［3］碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線技術(shù)培訓(xùn)資料[S].華北電力科學(xué)研究院有限責(zé)任公司.

［4］史建莊,潘少城,劉強(qiáng),等.纖維復(fù)合芯軟鋁導(dǎo)線在河南電網(wǎng)中的應(yīng)用探討[J].河南電力,2009(3):1-4.