碳纖維（carbon fiber），顧名思義，它不僅具有碳材料的固有本征特性，又兼具紡織纖維的柔軟可加工性，是新一代增強(qiáng)纖維。與傳統(tǒng)的玻璃纖維(GF)相比，楊氏模量是其3 倍多；它與凱芙拉纖維(KF-49)相比，不僅楊氏模量是其2倍左右，而且在有機(jī)溶劑、酸、堿中不溶不脹，耐蝕性出類拔萃。有學(xué)者在1981年將PAN基CF浸泡在強(qiáng)堿NaOH 溶液中，時(shí)間已過(guò)去30多年，它至今仍保持纖維形態(tài)。

　　本文描寫了碳纖維在電網(wǎng)施工中的應(yīng)用，選自省級(jí)期刊《民營(yíng)科技》。《民營(yíng)科技》雜志是經(jīng)國(guó)家新聞出版署批準(zhǔn)，云南省科學(xué)技術(shù)廳主管，云南省民辦科技機(jī)構(gòu)管委會(huì)主辦的自然科學(xué)類期刊。本刊國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)刊號(hào)：ISSN：1673-4033國(guó)內(nèi)統(tǒng)一刊號(hào)：cn：53-1125/N郵發(fā)代號(hào)：24-75。

辦刊宗旨:本刊堅(jiān)持國(guó)家科技創(chuàng)新，教育創(chuàng)新方針，深入研究、預(yù)測(cè)報(bào)道科教創(chuàng)新發(fā)展的現(xiàn)狀以及改革熱點(diǎn)、焦點(diǎn)；廣泛探討、交流科教工作中的優(yōu)點(diǎn)；多方位、多層次介紹科教創(chuàng)新的前沿性內(nèi)容。

欄目設(shè)置:金融經(jīng)濟(jì)建筑工程教育探索圖書館之窗信息技術(shù)觀點(diǎn)論壇、改革與探索、知識(shí)產(chǎn)權(quán)、企業(yè)文化、科技、等欄目。

　　摘要：隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，工業(yè)用電和生活用電激增，電網(wǎng)增容改造的需求逐漸增大。碳纖維導(dǎo)線代替原有桿塔上的導(dǎo)線既能達(dá)到增容的目的，又可避免由于容量增加使得架空輸電線路導(dǎo)線弧垂過(guò)大、對(duì)地距離不足的問(wèn)題，提高輸電線路的安全穩(wěn)定性。因此，碳纖維導(dǎo)線在改擴(kuò)建電網(wǎng)線路中逐漸被廣泛應(yīng)用。本文介紹了碳纖維的結(jié)構(gòu)與應(yīng)用技術(shù)原理，以具體的實(shí)例介紹了碳纖維導(dǎo)線在改擴(kuò)建電網(wǎng)線路施工中的應(yīng)用。

　　關(guān)鍵詞：碳纖維導(dǎo)線,電網(wǎng),增容改建

　　前言：

　　隨著我國(guó)電力需求的不斷增長(zhǎng)，許多電力線路面臨增容的壓力。線路增容最經(jīng)濟(jì)的辦法之一是利用原有桿塔只更換導(dǎo)線。而利用原有桿塔的前提條件是:更換的導(dǎo)線荷載不能超過(guò)原有桿塔的設(shè)計(jì)條件。為此，新更換的導(dǎo)線一般不能采用普通的鋼芯鋁絞線ACSR(AluminumConductorSteelReinforced),而需采用新型的增容導(dǎo)線。碳纖維復(fù)合導(dǎo)線就是一種全新結(jié)構(gòu)的節(jié)能型增容導(dǎo)線。與常規(guī)導(dǎo)線相比，它具有重量輕、抗拉強(qiáng)度大、耐熱性能好、熱膨脹系數(shù)小、高溫弧垂小、導(dǎo)電率高、線損低、載流量大、耐腐蝕性能好、不易覆冰等一系列優(yōu)點(diǎn)，綜合解決了架空輸電領(lǐng)域存在的各項(xiàng)技術(shù)瓶頸，代表了未來(lái)架空導(dǎo)線的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，有助于構(gòu)造安全、環(huán)保、高效節(jié)約型輸電網(wǎng)絡(luò)，可廣泛用于老線路和電站母線增容改造、新線路建設(shè)，并可用于大跨越、大落差、重冰區(qū)、高污染等特殊氣候和地理場(chǎng)合的線路。應(yīng)用在新建線路中，可提高線路的單位輸送容量，確保電網(wǎng)的堅(jiān)強(qiáng)性，長(zhǎng)遠(yuǎn)經(jīng)濟(jì)性更好。應(yīng)用在大跨越線路中，可以大幅降低跨越塔的高度，從而有效減少桿塔和基礎(chǔ)的材料用量，達(dá)到降低工程造價(jià)的目的。應(yīng)用在重覆冰區(qū)線路中，可以提高抗冰能力，提升線路的安全性。應(yīng)用在電網(wǎng)輸電線路的改造和增容擴(kuò)建項(xiàng)目中，能夠利用現(xiàn)有桿塔等設(shè)施，既成倍地大幅度提高傳輸容量，同時(shí)又可以節(jié)省通道資源，減少土地占用面積，節(jié)約投資，而且線路停電時(shí)間短、停電損失小。綜合來(lái)看，這是一種“環(huán)境友好型輸電線路用導(dǎo)線”，從保護(hù)環(huán)境、降低工程造價(jià)、節(jié)能減排方面來(lái)說(shuō)，具有劃時(shí)代的現(xiàn)實(shí)意義。

　　一、碳纖維復(fù)合導(dǎo)線

　　碳纖維復(fù)合導(dǎo)線是（ACCC—AluminumConductorCompositeCore)最早由美國(guó)、日本等國(guó)家開(kāi)發(fā)的一種新型導(dǎo)線，主要用于航天設(shè)備及空間站。它是一種高強(qiáng)度碳纖維復(fù)合輸電導(dǎo)線，芯體和包裹在芯體外圍的環(huán)形導(dǎo)電層，芯體為碳纖維組成的導(dǎo)電芯體，還有以碳纖維為基組成的復(fù)合導(dǎo)電芯體，即由碳纖維與鋁或銅線絞合構(gòu)成。環(huán)形導(dǎo)電層由為銅、鋁、鋁合金線緊密包繞在芯體外圍構(gòu)成，還可在環(huán)形導(dǎo)電層外圍包覆絕緣層。

　　二、技術(shù)原理

　　(一)強(qiáng)度高

　　一般鋼絲的抗拉強(qiáng)度為1240Mpa，高強(qiáng)鋼絲為1410Mpa，而ACCC導(dǎo)線的抗拉強(qiáng)度可達(dá)到2399Mpa，分別為前者1.93倍和1.7倍。抗拉強(qiáng)度大，能夠使桿塔之間的跨距變大，從而降低工程成本。

　　(二)線膨脹系數(shù)小，弧垂小

　　復(fù)合材料芯線膨脹系數(shù)僅為鋼芯的1/8。在相同的實(shí)驗(yàn)條件下，隨著溫度的上升，導(dǎo)線弧垂變化量?jī)H為常規(guī)鋼芯鋁絞線的9.6%，高溫下弧垂增量不到鋼芯鋁絞線的1/10，減少架空線交跨距離。

　　(三)重量輕

　　復(fù)合材料芯比重為傳統(tǒng)鋼芯的1/4，ACCC導(dǎo)線單位長(zhǎng)度重量約為常規(guī)鋼芯鋁絞線的60～80%，自重的減輕可使導(dǎo)線荷載減少約25%。重量輕和低弧垂的特性可以降低桿塔高度，減輕鐵塔結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求，節(jié)省線路綜合造價(jià)。

　　(四)導(dǎo)電率高，載流量大，運(yùn)行溫度高

　　ACCC導(dǎo)線的合成碳纖維芯是非鐵磁性材料，不存在磁損和渦流損耗。與鋼芯鋁絞線相比，在相同外徑時(shí)，復(fù)合芯鋁絞線允許纏繞超過(guò)28%截面積的鋁線。ACCC導(dǎo)線外層采用導(dǎo)電率不小于63%IACS的鋁線，鋁導(dǎo)體為耐高溫退火鋁，200℃下能有效運(yùn)行，常規(guī)鋼芯鋁絞線使用溫度極限達(dá)100℃。

　　由于鋁截面增大和提高導(dǎo)線工作溫度，導(dǎo)線的綜合載流量理論上可提高至2倍。

　　(五)耐腐蝕性能好

　　ACCC導(dǎo)線的復(fù)合芯由玻璃纖維絕緣材料制成，具有較高的耐腐蝕性能，與鋁線之間接觸也不存在電腐蝕問(wèn)題，可以解決長(zhǎng)期運(yùn)行中的腐蝕問(wèn)題。

　　（六）減少電磁輻射和電暈損失

　　ACCC導(dǎo)線的梯形截面形成的外表面遠(yuǎn)比ACS導(dǎo)線表面光滑有利于提高導(dǎo)線的電暈起始電壓，能夠減少電暈損失。

　　（七）便于導(dǎo)線展放和施工

　　ACC導(dǎo)線的放線安裝完全可按安裝常規(guī)ACSR的方法進(jìn)行，現(xiàn)有的桿塔等構(gòu)件不必改造。ACCC導(dǎo)線有較大的韌性，繞在內(nèi)筒徑符合標(biāo)準(zhǔn)彎曲半徑的線盤上，架線施工和安裝時(shí)不必?fù)?dān)心折斷復(fù)合芯。用于導(dǎo)線連接的線夾和接續(xù)管，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠以及現(xiàn)場(chǎng)施工方便等特點(diǎn)。ACCC導(dǎo)線的外層導(dǎo)電線路部分與常規(guī)的ACSR導(dǎo)線有相同直徑和螺旋狀結(jié)構(gòu)，采用標(biāo)準(zhǔn)安裝技術(shù)和設(shè)備，即可施工安裝。

　　施工工藝流程如圖

　　三、質(zhì)量控制措施

　　（一）由于碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線外層鋁股為軟鋁，導(dǎo)線在張力放線全過(guò)程，應(yīng)注意保護(hù)碳纖維導(dǎo)線，避免接觸硬物，可以在地面上鋪彩條布或其他軟物，防止導(dǎo)線受損。

　　（二）碳纖維導(dǎo)線在同一處損傷、強(qiáng)度損失不超過(guò)總拉斷力的17%時(shí)，應(yīng)用專用預(yù)絞絲全張力補(bǔ)修條進(jìn)行補(bǔ)修，超過(guò)鋸斷接頭。

　　（三）為解決用普通導(dǎo)線的提線鉤容易造成碳纖維導(dǎo)線軟鋁層損傷，故在附件安裝時(shí)應(yīng)使用配套懸垂線夾代替提線鉤進(jìn)行附件安裝。

　　（四）碳纖維導(dǎo)線的碳纖維芯連接是采用裝配式連接方式，楔形線夾對(duì)碳纖維芯的握緊力

　　（五）出線安裝的操作臺(tái)應(yīng)使用不會(huì)刮傷導(dǎo)線的鋼管制作，導(dǎo)輪亦要用尼龍輪或其他軟制輪。

　　（六）切割導(dǎo)線鋁股嚴(yán)禁傷及碳纖維，導(dǎo)線的連接部分不得有線股絞制不良、斷股、缺股等缺陷。

　　（七）斷線壓接應(yīng)嚴(yán)格按廠家提供的工藝要求進(jìn)行，壓接過(guò)程碳纖維芯必須保持干燥狀態(tài)，故雨天及大霧天氣不得進(jìn)行壓接作業(yè)。

　　（八）壓后對(duì)邊距不應(yīng)超過(guò)0.866*0.993*D+0.2(mm)標(biāo)準(zhǔn)，彎曲度不得大于2%；壓接時(shí)導(dǎo)線及壓接管等配件不得與地面直接接觸。

　　四、碳纖維擴(kuò)建增容的應(yīng)用實(shí)例

　　要求增容的輸電線路是常州地區(qū)常牛機(jī)械有限公司110kV線路工程。本工程將110kv運(yùn)奔線05#～29#老導(dǎo)線LGJ-185／25更換為相當(dāng)于LGJ-400／35導(dǎo)線通流容量的倍容量耐熱導(dǎo)線，僅局部更換桿塔。在此條件下，通過(guò)計(jì)算，當(dāng)環(huán)境溫度為40℃，LGJ-400／35導(dǎo)線達(dá)到允許溫度70℃時(shí)，線路通流量為660A，該數(shù)據(jù)為線路要求增容的指標(biāo)。

　　倍容量導(dǎo)線選擇：為匹配原導(dǎo)線LGJ-185／25鋼芯鋁絞線并滿足輸送容量要求，經(jīng)計(jì)算，選用碳纖維-185型。具體比較參數(shù)如下表所示：

　　當(dāng)環(huán)境溫度為40℃，碳纖維-185型導(dǎo)線運(yùn)行達(dá)到120℃時(shí)，線路通流量可達(dá)到為692A。即選用該導(dǎo)線增容后使線路的載流量提高到692A＞660A，滿足要求。

　　該工程總計(jì)更換碳纖維-185型導(dǎo)線9.9噸。竣工后已投入運(yùn)行。運(yùn)行狀態(tài)良好。

　　結(jié)論：

　　碳纖維復(fù)合導(dǎo)線比相同規(guī)格的普通鋼芯鋁絞線的載流量高約一倍，在經(jīng)濟(jì)電流密度輸送下，導(dǎo)電率有顯助提高，可有效減少電力損耗，在輸變電線路中批量使用復(fù)合芯導(dǎo)線，節(jié)約電能相當(dāng)可觀。碳纖維導(dǎo)線應(yīng)用到改擴(kuò)建電網(wǎng)線路施工中對(duì)節(jié)約電能、改善環(huán)境有著非常重要的意義。隨著碳纖維復(fù)合導(dǎo)線施工實(shí)踐的增多，施工工藝也不斷的改進(jìn)，未來(lái)碳纖維導(dǎo)線在電網(wǎng)中的使用必然會(huì)大范圍的推廣。

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