碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線的研究和應(yīng)用

1、碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線的研究和應(yīng)用導(dǎo)線作為輸電線路最主要的部件之一，承擔(dān)著線路最主要的電能傳輸 功能。目前電力需求不斷增長，電網(wǎng)中部分老舊線路導(dǎo)線線徑過細(xì)、輸送 能力不足，需要更換導(dǎo)線進(jìn)行線路增容改造。為有效利用現(xiàn)有桿塔等設(shè)施, 大幅度提高輸送容量，減少輸送中電力的損耗，應(yīng)用碳纖維導(dǎo)線，來提高 電網(wǎng)的輸送能力，同時(shí)可以減少土地資源、有色金屬資源等消耗，避免更 換桿塔帶來的民事協(xié)調(diào)和占地補(bǔ)償，節(jié)約建設(shè)和運(yùn)行總成本。根據(jù)國網(wǎng)公司提出的輸電線路“兩型三新”要求，即“資源節(jié)約型、 環(huán)境友好型、新材料、新技術(shù)、新工藝”，采用新型導(dǎo)線、節(jié)能金具等新 材料，有利于統(tǒng)一建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范材料選擇、降低鋼材耗量和工程造價(jià)

2、、 提高輸電線路建設(shè)效率和效益。碳纖維導(dǎo)線就是一種新型導(dǎo)線，可以滿足 輸電線路節(jié)能環(huán)保、減少走廊占地、提高輸送容量、降低建設(shè)運(yùn)行總成本 的要求。近年來，在多條線路改造中嘗試使用碳纖維導(dǎo)線，從線路后期運(yùn) 行看，均達(dá)到了理想的效果。一碳纖維導(dǎo)線與常規(guī)導(dǎo)線對比碳纖維導(dǎo)線與常規(guī)鋼芯鋁絞線相比，具有重量輕、強(qiáng)度大、熱膨脹系 數(shù)小、導(dǎo)電率高、線損低、載流量大、耐腐蝕性能好等優(yōu)點(diǎn)。碳纖維導(dǎo)線截面鋼芯鋁絞線截面碳纖維導(dǎo)線是一種新型導(dǎo)線，內(nèi)部 是一根由碳纖維為中心層和玻璃纖維包 覆制成的復(fù)合芯，外層由一系列呈梯形 截面的軟鋁線絞合而成。碳纖維導(dǎo)線在 機(jī)械性能和電氣性能方面均優(yōu)于鋼芯鋁 絞線。使用碳纖維替代鋼芯可

3、以大量減少鋼材等有色金屬資源消耗，有利于實(shí)現(xiàn)生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。而且碳纖維導(dǎo)線比普通鋼芯鋁絞線線損低， 降低了電能在傳輸過程中的損耗，減少了資源消耗和能源損失，屬于節(jié)能 環(huán)保型導(dǎo)線。二碳纖維導(dǎo)線的應(yīng)用由于碳纖維導(dǎo)線價(jià)格過高，新架線路中應(yīng)用造價(jià)優(yōu)勢不明顯，故碳纖 維導(dǎo)線主要應(yīng)用在35kV及以上線路增容改造中。線路增容通常采取異地重 建或者在原線路上更換大線徑導(dǎo)線，在無新建通道、原線路又不能長時(shí)間 停電改造的條件限制下，利用原線路通道和現(xiàn)有桿塔，選擇合適的輕質(zhì)大 容量導(dǎo)線，確保安全可靠。在輸電線路工程中，走廊占地以及后期的維護(hù)、改造臨時(shí)占地問題， 一直是困擾著電力行業(yè)的難題。電力法權(quán)威性差，當(dāng)出

4、現(xiàn)與林業(yè)法、道路 交通法等相關(guān)法律法規(guī)沖突的時(shí)候，往往是電力法讓位。而且隨著老百姓 維權(quán)意識的逐年提高和獲取賠償經(jīng)驗(yàn)的逐年豐富，使得協(xié)調(diào)工作難度逐年 加大、賠償費(fèi)用逐年攀升。而在線路增容改造中使用碳纖維導(dǎo)線，可利用 原有桿塔結(jié)構(gòu)，還有線路走廊等資源，可大幅節(jié)省改造成本和協(xié)調(diào)賠償。 所以碳纖維導(dǎo)線在線路增容改造中的應(yīng)用前景良好。對于現(xiàn)有老舊線路增容改造，只需要把原線路上的鋼芯鋁絞線更換成 鋁截面基本相同的碳纖維導(dǎo)線，即可達(dá)到增容 60-100%縮短建設(shè)周期、提 高安全系數(shù)、節(jié)約造價(jià)的目的。其次，在線路運(yùn)行維護(hù)方面，尤其是線路 高峰負(fù)荷期間的運(yùn)行，碳纖維導(dǎo)線弧垂變化較小、允許工作溫度高、載流 量大

5、的特點(diǎn)，比鋼芯鋁絞線具有明顯的優(yōu)勢。碳纖維導(dǎo)線的構(gòu)造與鋼芯鋁絞線類似，但其機(jī)械性能和電氣性能與鋼 芯鋁絞線有差別。碳纖維導(dǎo)線梯形軟鋁層光滑易劃傷、碳纖維復(fù)合芯抗彎 曲性能差，所使用工器具要求與鋼芯鋁絞線有很大差別。需要廠家對施工單位及運(yùn)行單位進(jìn)行碳纖維導(dǎo)線技術(shù)參數(shù)、檢修工藝、運(yùn)行管理等內(nèi)容的 培訓(xùn)，讓相關(guān)人員更快的熟悉碳纖維導(dǎo)線。三碳纖維導(dǎo)線的優(yōu)勢1節(jié)省輸電線路的建設(shè)成本。在新架線路中使用碳纖維導(dǎo)線，允許增加桿塔之間的跨距，降低其設(shè) 計(jì)強(qiáng)度，減少桿塔、基礎(chǔ)的數(shù)量和設(shè)計(jì)強(qiáng)度可降低輸電線路的建設(shè)成本。在線路改造中使用碳纖維導(dǎo)線，可利用現(xiàn)有的桿塔、基礎(chǔ)及大部分絕 緣子，還有線路走廊等資源，節(jié)省了改造

6、成本。2節(jié)省輸電線路的運(yùn)行維護(hù)成本。碳纖維導(dǎo)線的力學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)特性均優(yōu)于鋼芯鋁絞線，線路投運(yùn)后 各類機(jī)械、電氣事故很少發(fā)生，節(jié)省了維護(hù)成本。3提高輸電線路的輸送能力，降低電能損耗。碳纖維導(dǎo)線比常規(guī)鋼芯鋁絞線載流量大，線損低，有助于構(gòu)造環(huán)保、 高效、節(jié)約型輸電網(wǎng)絡(luò)。4避免繁瑣的民事協(xié)調(diào)。碳纖維導(dǎo)線可滿足原線路結(jié)構(gòu)，利用原有走廊等資源，不存在重建基礎(chǔ)的占地問題，避免了不必要的民事協(xié)調(diào)工作和賠償費(fèi)用。四效益分析1節(jié)省了輸電線路的建設(shè)成本。老舊線路的增容，通常采用在原線路上更換更大線徑導(dǎo)線或異地重建 的方法進(jìn)行改造。原有桿塔無法承受更重的負(fù)載，使用更大線徑導(dǎo)線需要 更換強(qiáng)度更高的桿塔、基礎(chǔ)。使用碳纖

7、維導(dǎo)線，可利用現(xiàn)有的桿塔、基礎(chǔ) 及大部分絕緣子，縮短了停電改造工期，節(jié)省了大部分改造成本。相比拆 除重建鋼芯鋁絞線線路方案，使用碳纖維導(dǎo)線節(jié)約造價(jià)約 45%在新架線路中使用碳纖維導(dǎo)線，允許增加桿塔之間的跨距，降低其設(shè) 計(jì)強(qiáng)度。桿塔工程的費(fèi)用約占整個(gè)工程的 30%-40% 土方基礎(chǔ)費(fèi)用約占整 個(gè)工程的20%- 35%而且在占地、施工、運(yùn)輸、工期和運(yùn)行安全等方面均 占有很大比重。因此減少桿塔、基礎(chǔ)的數(shù)量和設(shè)計(jì)強(qiáng)度可大幅降低輸電線 路的總成本，抵消了碳纖維導(dǎo)線本身價(jià)格高的影響。2節(jié)省了輸電線路的運(yùn)行維護(hù)成本。碳纖維導(dǎo)線的力學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)特性均優(yōu)于碳纖維導(dǎo)線，線路投運(yùn)后各類機(jī)械、電氣事故很少發(fā)生，減少

8、了維修次數(shù)，節(jié)省了維護(hù)成本。而且 更換碳纖維導(dǎo)線可提高線路的輸送能力，達(dá)到增容目的，適當(dāng)提高了售電 能力。3降低了線損帶來的經(jīng)濟(jì)損失。碳纖維導(dǎo)線電阻小，導(dǎo)電能力強(qiáng)，線損比同線徑鋼芯鋁絞線低 0.5%左 右。按照每條線路每年1000萬千瓦時(shí)計(jì)算，每年節(jié)電5萬千瓦時(shí)。按電價(jià) 每度約0.8元計(jì)算，每條線路每年節(jié)約40余萬元電量損失。五 碳纖維導(dǎo)線的施工采用張力展放碳纖維導(dǎo)線。架線前檢查各施工段的平斷面圖、明細(xì)表 等，重新調(diào)查沿線的交叉跨越等障礙物，進(jìn)行線路通道清理，合理布置張 力場和牽引場的位置。采用一臺牽引機(jī)、一臺張力機(jī)進(jìn)行導(dǎo)線展放施工， 一個(gè)耐張段設(shè)置一個(gè)張力場、一個(gè)牽力場。根據(jù)現(xiàn)場情況搭設(shè)跨越

9、架，安 裝防磨滾筒。碳纖維導(dǎo)線專用牽引網(wǎng)套碳纖維導(dǎo)線芯棒固定線夾使用編織防扭鋼絲繩和碳纖維導(dǎo)線專用牽引網(wǎng)套進(jìn)線張力放線施工。先撤下舊導(dǎo)線，然后展放碳纖維導(dǎo)線。使用廠家定制的牽引網(wǎng)套和芯棒固 定線夾。使用芯棒固定線夾將碳纖維芯固定，并用膠帶包纏夾具，再將蛇 皮套套進(jìn)，防止碳纖維芯在牽引過程中相對收縮，發(fā)生跑線事故。按放線 段計(jì)算出牽引機(jī)的牽引力、張力機(jī)的張力值，調(diào)整好牽引機(jī)的牽引力機(jī)張 力機(jī)張力的整定值。開始慢速牽引機(jī)導(dǎo)線，牽引機(jī)逐步增大牽引力及速度。 在放線過程中，所有跨越檔的監(jiān)護(hù)人員應(yīng)隨時(shí)報(bào)告導(dǎo)線對地及跨與物的距 離，現(xiàn)場指揮要根據(jù)要求調(diào)整放線張力，以確保導(dǎo)線不被磨損。當(dāng)牽引頭距離放線滑車30-50米時(shí)，應(yīng)適當(dāng)減慢牽引速度，使?fàn)恳^平緩?fù)ㄟ^放線 滑車，減少沖擊力。當(dāng)導(dǎo)線盤的導(dǎo)線剩下最后一層時(shí)，減慢牽引速度；當(dāng) 盤上剩下6-7圈時(shí)，停止?fàn)恳?。為了不損傷外層鋁合金導(dǎo)線，臨時(shí)錨線采用預(yù)絞絲，預(yù)絞絲安裝位置 綜合考慮臨時(shí)錨線及緊線安裝方便。碳纖維導(dǎo)線導(dǎo)線所用金具，均為碳纖維導(dǎo)線專用配套金具，內(nèi)層不銹鋼，外層鋁合金。壓接工藝嚴(yán)格按照廠家 提供的指導(dǎo)手冊進(jìn)行。碳纖維導(dǎo)線專用接續(xù)金具組件碳纖維導(dǎo)線專用耐張金具組件導(dǎo)線展放完畢如立即進(jìn)行弧垂觀測，需考慮初伸長問題，通常采用降 溫補(bǔ)償法，如