碳纤维导线在固安35kV输电线路上的应用

刘素伊 贺恩欢 李艳超

（1.冀北电力有限公司电力经济技术研究院 中国 北京 100070；2.冀北电力有限公司廊坊供电公司 河北 廊坊 065000）

0 前言

随着电力负荷的大幅度增加和输电走廊选择的日益困难， 提高单位走廊传输功率的需求日益迫切， 常规的钢芯铝绞线已难以满足输电需求。 在固安刘家园-柏村35 千伏线路新建工程项目中，我们对碳纤维复合芯导线（ACCC）的特点进行了介绍，在达到预期建设规模的同时，不仅提高线路输送能力、降低电网损耗，而且有效提高线路安全运行水平。

1 工程建设的方案

由于固安刘家园-柏村35 千伏线路新建工程的主要路径在规划路的绿化带中，走廊宽度有限且占用了原10kV 线路的路径，故采用35kV 单回与10kV 四回路并架输电线路设计方案（本设计只考虑35kV 设计部分及钢杆上的10kV 横担）。 刘家园110kV 变电站采用电缆出线，35kV 单回输电线路导线采用碳纤维复合芯导线（ACCC）。

2 碳纤维复合芯导线（ACCC）特点[1-3]

碳纤维复合芯导线（ACCC）是一种节能型增容导线，在电气、机械等诸多性能方面领先于普通钢芯铝绞线， 具有非常突出的应用优势，实现了电力传输的节能环保与安全。

（a）导线允许运行温度大幅度提高，输电能力大幅度提高，节省输电走廊，碳纤维丝具有优异的耐高温性，在2000℃下强度不降低。通过选取合适的树脂基体与配方， 与碳纤维丝制成导线的复合芯，确保高温下复合芯的机械强度。 这样使碳纤维导线运行于高温（150～200℃）条件时，能够由碳纤维复合芯承担全部导线张力，导线的外部铝股仅承担传导电流的作用，解决了高温下常规导线机械强度大幅度降低的问题，即通过提高导线允许运行温度从而使输电能力大幅度提高。

（b）导线重量轻、线膨胀系数小（温度拐点以上）、弛度（弧垂）小，对杆塔强度及（或）杆塔高度的要求降低。碳纤维复合芯具有远高于钢的比强度，相同抗张强度下，复合芯质量低于钢芯的20%，导线整体质量也相应大幅度降低。在综合考虑导线弹性模量、线膨胀系数、蠕变性能前提下，如果保持导线最大使用张力及年平均运行张力不变，则以碳纤维复合芯导线（ACCC）替换常规导线，弧垂可显著减小。

（c）碳纤维复合芯具有优良的耐疲劳性，确保线路长期安全可靠运行。架空输电线路的机械故障有较大比例与金属材料的疲劳断裂有关。选用合适的树脂基体与配方，与碳纤维丝制成复合材料。经过一千万次拉应力疲劳试验，碳纤维复合材料的剩余强度仍能够达到初始强度的90%；而在相同试验条件下，钢材剩余强度仅为初始强度的30-40%。 上述数据体现了碳纤维复合芯导线（ACCC）的优良耐机械疲劳性能。

（d）碳纤维复合芯具有优良的耐腐蚀、耐老化性，确保线路长期安全可靠运行。 选用合适的树脂基体与配方，与碳纤维丝制成的复合材料具有超强的抗腐蚀能力及耐大气老化性。在自然条件下无需任何维护，该材料的抗腐蚀和耐老化能力可超过百年。因此，超强的耐腐蚀性及耐大气老化性是复合芯导线长期安全可靠运行的有力保障。

（e）碳纤维复合芯承受全部导线张力，使外部铝股可采用机械强度较弱而导电性更佳的金属材料，有效降低线损。 碳纤维复合芯导线（ACCC） 的铝股如果以软铝替代常规导线的硬铝， 则导电率由61－62%IACS 提高至63.7%IACS；且碳纤维复合芯替代钢芯，复合芯内不会产生涡流损耗。 因此，在相同铝股截面、相同传输功率条件下，软铝与复合芯的采用可使线损有效降低。

3 工程设计中存在的问题及解决方案

3.1 由于固安刘家园-柏村35 千伏线路新建工程采用35kV 单回与10kV 四回路并架输电线路设计方案，故需考虑10kV 线路在35kV 线路下插杆后，35kV 线路上碳纤维复合芯导线（ACCC）与10kV 线路导线的平行架设的电气安全距离问题，经过反复核算，最终确定碳纤维复合芯导线（ACCC）150/20 的安全系数取为6.2。

3.2 由于大电流传输需要，碳纤维复合芯导线（ACCC）的耐张线夹尺寸比普通金具不同，增加了散热面积。碳纤维复合芯导线（ACCC）的金具需采用其专用金具。

3.3 刘家园110kV 变电站电缆终端杆上耐张线夹NY-ACCC-150/20(L) 线路方向侧是碳纤维复合芯导线 （ACCC）， 引下线是LGJ-240/30钢芯铝绞线。 柏村35kV 变电站架构上耐张线夹NY-ACCC-150/20(L)终端杆侧是碳纤维复合芯导线（ACCC），引下线是LGJ-240/30 钢芯铝绞线。 因为耐张线夹NY-ACCC-150/20(L)两侧是不同的导线，故其与线路上耐张线夹不同，。引下线采用了LGJ-240/30 钢芯铝绞线既可保证增容效果，又不易产生机械故障。

3.4 为了解决碳纤维复合芯导线碳纤维复合芯导线（ACCC）直接与电缆连接，使电缆受损。 电缆终端杆上碳纤维复合芯导线碳纤维复合芯导线（ACCC）先与LGJ-240/30 钢芯铝绞线连接，之后LGJ-240/30 钢芯铝绞线再与电缆连接。 LGJ-240/30 钢芯铝绞线起到了过渡的作用。

4 工程施工中需注意的问题

碳纤维复合芯导线（ACCC）采用张力放线，由于软铝股硬度及机械强度过低，易在施工中变形损伤，可采用操作简便且可反复使用的卡线器进行紧线操作。 碳纤维复合芯导线（ACCC）在金具及附件安装过程中，应严格按照相关施工规范进行操作，确保安全可靠，避免损伤导线4。 另外，施工单位若首次架设碳纤维复合芯导线（ACCC），最好有厂家技术人员现场指导。

5 结论

随着国民经济的不断发展，电网规模不断提升。 建设“两型三新”（资源节约型、环境友好型，新技术、新材料、新工艺）输电线路，导线是最重要的部分之一。 碳纤维复合芯导线（ACCC）具有耐高温、重量轻、强度大、低线损、弛度小、耐腐蚀、与环境亲和等优点。新建输电线路使用碳纤维复合芯导线（ACCC）既提高了线路的输送容量，又提高了线路的安全和可靠性，降低线路传输损耗，节约了线路走廊。 刘家园-柏村35 千伏线路新建工程是廊坊地区35kV 输电线路中首次应用碳纤维复合芯导线（ACCC）架设的工程，随着输电设计、施工、运行经验的积累及技术水平的提高，碳纤维复合芯导线（ACCC）等新型导线的应用，必将在电网建设中发挥巨大作用。

［1］陈志东.碳纤维复合芯导线在架空线路上的应用[J].供用电,2010(4):63-66.

［2］张国光.碳纤维复合芯导线在电力传输线路上的应用[J].河南电力,2007(4):56-57.

［3］碳纤维复合芯导线技术培训资料[S].华北电力科学研究院有限责任公司.

［4］史建庄,潘少城,刘强,等.纤维复合芯软铝导线在河南电网中的应用探讨[J].河南电力,2009(3):1-4.