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摘要：随着经济的飞速发展，工业用电和生活用电激增，电网增容改造的需求逐渐增大。碳纤维导线代替原有杆塔上的导线既能达到增容的目的，又可避免由于容量增加使得架空输电线路导线弧垂过大、对地距离不足的问题，提高输电线路的安全稳定性。因此，碳纤维导线在改扩建电网线路中逐渐被广泛应用。本文介绍了碳纤维的结构与应用技术原理，以具体的实例介绍了碳纤维导线在改扩建电网线路施工中的应用。
关键词：碳纤维导线；电网；增容改建
Abstract: with the rapid development of economy, industrial power and life power surge, network capacity and improvement needs increase. Carbon fiber wire instead of the original tower on the conductor can achieve the purpose of growth, and can avoid the capacity to the overhead transmission line wire HuChui too big, the problem of insufficient of distance and improve the safety of the transmission line stability. Therefore, carbon fiber wire in the reconstruction of power line has been widely used. This paper introduces the structure of the carbon fiber and application technology principle, with specific example this paper introduces carbon fiber wire in the reconstruction of the application of the grid line construction.
Keywords: carbon fiber wire; Grid; Capacity reconstruction
中图分类号：文献标识码：A文章编号：2095-2104（2012）
前言：
随着我国电力需求的不断增长，许多电力线路面临增容的压力。线路增容最经济的办法之一是利用原有杆塔只更换导线。而利用原有杆塔的前提条件是:更换的导线荷载不能超过原有杆塔的设计条件。为此，新更换的导线一般不能采用普通的钢芯铝绞线ACSR(Aluminum Conductor Steel Reinforced),而需采用新型的增容导线。碳纤维复合导线就是一种全新结构的节能型增容导线。与常规导线相比，它具有重量轻、抗拉强度大、耐热性能好、热膨胀系数小、高温弧垂小、导电率高、线损低、载流量大、耐腐蚀性能好、不易覆冰等一系列优点，综合解决了架空输电领域存在的各项技术瓶颈，代表了未来架空导线的技术发展趋势，有助于构造安全、环保、高效节约型输电网络，可广泛用于老线路和电站母线增容改造、新线路建设，并可用于大跨越、大落差、重冰区、高污染等特殊气候和地理场合的线路。应用在新建线路中，可提高线路的单位输送容量，確保电网的坚强性，长远经济性更好。应用在大跨越线路中，可以大幅降低跨越塔的高度，从而有效减少杆塔和基础的材料用量，达到降低工程造价的目的。应用在重覆冰区线路中，可以提高抗冰能力，提升线路的安全性。应用在电网输电线路的改造和增容扩建项目中，能够利用现有杆塔等设施，既成倍地大幅度提高传输容量，同时又可以节省通道资源，减少土地占用面积，节约投资，而且线路停电时间短、停电损失小。综合来看，这是一种“环境友好型输电线路用导线”，从保护环境、降低工程造价、节能减排方面来说，具有划时代的现实意义。
一、碳纤维复合导线
碳纤维复合导线是（ACCC — AluminumConductorCompositeCo re )最早由美国、日本等国家开发的一种新型导线，主要用于航天设备及空间站。它是一种高强度碳纤维复合输电导线，芯体和包裹在芯体外围的环形导电层，芯体为碳纤维组成的导电芯体，还有以碳纤维为基组成的复合导电芯体，即由碳纤维与铝或铜线绞合构成。环形导电层由为铜、铝、铝合金线紧密包绕在芯体外围构成，还可在环形导电层外围包覆绝缘层。
二、技术原理
(一)强度高
一般钢丝的抗拉强度为1240Mpa，高强钢丝为1410Mpa，而ACCC导线的抗拉强度可达到2399Mpa，分别为前者1.93倍和1.7倍。抗拉强度大，能够使杆塔之间的跨距变大，从而降低工程成本。
(二)线膨胀系数小，弧垂小
复合材料芯线膨胀系数仅为钢芯的 1/8。在相同的实验条件下，随着温度的上升，导线弧垂变化量仅为常规钢芯铝绞线的 9.6%，高温下弧垂增量不到钢芯铝绞线的 1/10，减少架空线交跨距离。
(三)重量轻
复合材料芯比重为传统钢芯的 1/4，ACCC 导线单位长度重量约为常规钢芯铝绞线的 60～80%，自重的减轻可使导线荷载减少约25%。重量轻和低弧垂的特性可以降低杆塔高度，减轻铁塔结构强度要求，节省线路综合造价。
(四)导电率高，载流量大，运行温度高
ACCC 导线的合成碳纤维芯是非铁磁性材料，不存在磁损和涡流损耗。与钢芯铝绞线相比，在相同外径时，复合芯铝绞线允许缠绕超过28%截面积的铝线。ACCC 导线外层采用导电率不小于 63%IACS 的铝线，铝导体为耐高温退火铝，200℃下能有效运行，常规钢芯铝绞线使用温度极限达100℃。
由于铝截面增大和提高导线工作温度，导线的综合载流量理论上可提高至 2 倍。
(五)耐腐蚀性能好
ACCC 导线的复合芯由玻璃纤维绝缘材料制成，具有较高的耐腐蚀性能，与铝线之间接触也不存在电腐蚀问题，可以解决长期运行中的腐蚀问题。
（六）减少电磁辐射和电晕损失
ACCC导线的梯形截面形成的外表面远比ACS导线表面光滑有利于提高导线的电晕起始电压，能够减少电晕损失。
（七）便于导线展放和施工
ACC导线的放线安装完全可按安装常规ACSR的方法进行，现有的杆塔等构件不必改造。ACCC导线有较大的韧性，绕在内筒径符合标准弯曲半径的线盘上，架线施工和安装时不必担心折断复合芯。用于导线连接的线夹和接续管，具有结构简单、可靠以及现场施工方便等特点。ACC C导线的外层导电线路部分与常规的ACSR导线有相同直径和螺旋状结构， 采用标准 安装技术和设备，即可施工安装。
施工工艺流程如图
三、质量控制措施
（一）由于碳纤维复合芯导线外层铝股为软铝，导线在张力放线全过程，应注意保护碳纤维导线，避免接触硬物，可以在地面上铺彩条布或其他软物，防止导线受损。
（二）碳纤维导线在同一处损伤、强度损失不超过总拉断力的17%时，应用专用预绞丝全张力补修条进行补修，超过锯断接头。
（三）为解决用普通导线的提线钩容易造成碳纤维导线软铝层损伤，故在附件安装时应使用配套悬垂线夹代替提线钩进行附件安装。
（四）碳纤维导线的碳纤维芯连接是采用装配式连接方式，楔形线夹对碳纤维芯的握紧力
（五）出线安装的操作台应使用不会刮伤导线的钢管制作，导轮亦要用尼龙轮或其他软制轮。
（六）切割导线铝股严禁伤及碳纤维，导线的连接部分不得有线股绞制不良、断股、缺股等缺陷。
（七）断线压接应严格按厂家提供的工艺要求进行，压接过程碳纤维芯必须保持干燥状态，故雨天及大雾天气不得进行压接作业。
（八）压后对边距不应超过0.866*0.993*D+0.2(mm)标准，弯曲度不得大于2%；压接时导线及压接管等配件不得与地面直接接触。
四、碳纤维扩建增容的应用实例
要求增容的输电线路是常州地区常牛机械有限公司110kV 线路工程。本工程将110kv运奔线05#～29#老导线LGJ-185／25更换为相当于LGJ-400／35导线通流容量的倍容量耐热导线，仅局部更换杆塔。在此条件下，通过计算，当环境温度为40℃，LGJ-400／35导线达到允许温度70℃时，线路通流量为660A，该数据为线路要求增容的指标。
倍容量导线选择：为匹配原导线LGJ-185／25钢芯铝绞线并满足输送容量要求，经计算，选用碳纤维-185型。具体比较参数如下表所示：
碳纤维导线和普通钢芯铝绞线参数表
当环境温度为40℃，碳纤维-185型导线运行达到120℃時，线路通流量可达到为692A。即选用该导线增容后使线路的载流量提高到692A＞660A，满足要求。
该工程总计更换碳纤维-185型导线9.9吨。竣工后已投入运行。运行状态良好。
结论：
碳纤维复合导线比相同规格的普通钢芯铝绞线的载流量高约一倍，在经济电流密度输送下，导电率有显助提高，可有效减少电力损耗，在输变电线路中批量使用复合芯导线，节约电能相当可观。碳纤维导线应用到改扩建电网线路施工中对节约电能、改善环境有着非常重要的意义。随着碳纤维复合导线施工实践的增多，施工工艺也不断的改进，未来碳纤维导线在电网中的使用必然会大范围的推广。
参考文献：
【1】董国伦，龚坚刚，余虹云，等，碳纤维复合芯软铝绞线设计施工运行与检修[M].北京:中国电力出版社，2009年.
【2】JRLX/T(ACCC)碳纤维导线产品样本，远东复合技术有限公司[z],2009.
【3】马国栋，电线电缆载流量[M].北京:中国电力出版社，2003年.
朱爱钧,尤志巍,张锦秀.碳纤维复合导线在上海电网应用前景初探[J].华东电力,2007,35(10).
【4】魏晗兴.碳纤维复合材料导线芯的制备及其特性研究[M].济南:山东大学,2010,7.
【5】尤传永.架空输电线路新型复合材料合成导线的开发研究[J].电力建设,2004,25(11).
【6】熊织明,钮永华,邵丽东.500kV江阴长江大桥大跨越工程施工关键技术[J].电网技术,2006,30(1).
【7】何州文,陈新,王秋玲,等.国内碳纤维复合芯导线的研究和应用综述[J].电力建设,2010,31(4).
【8】杨小平,黄志彬,张志勇,等.实现节能减排的碳纤维复合材料应用进展[J].材料导报:综述篇,2010,24(2).
关键词：碳纤维导线；电网；增容改建
Abstract: with the rapid development of economy, industrial power and life power surge, network capacity and improvement needs increase. Carbon fiber wire instead of the original tower on the conductor can achieve the purpose of growth, and can avoid the capacity to the overhead transmission line wire HuChui too big, the problem of insufficient of distance and improve the safety of the transmission line stability. Therefore, carbon fiber wire in the reconstruction of power line has been widely used. This paper introduces the structure of the carbon fiber and application technology principle, with specific example this paper introduces carbon fiber wire in the reconstruction of the application of the grid line construction.
Keywords: carbon fiber wire; Grid; Capacity reconstruction
中图分类号：文献标识码：A文章编号：2095-2104（2012）
前言：
随着我国电力需求的不断增长，许多电力线路面临增容的压力。线路增容最经济的办法之一是利用原有杆塔只更换导线。而利用原有杆塔的前提条件是:更换的导线荷载不能超过原有杆塔的设计条件。为此，新更换的导线一般不能采用普通的钢芯铝绞线ACSR(Aluminum Conductor Steel Reinforced),而需采用新型的增容导线。碳纤维复合导线就是一种全新结构的节能型增容导线。与常规导线相比，它具有重量轻、抗拉强度大、耐热性能好、热膨胀系数小、高温弧垂小、导电率高、线损低、载流量大、耐腐蚀性能好、不易覆冰等一系列优点，综合解决了架空输电领域存在的各项技术瓶颈，代表了未来架空导线的技术发展趋势，有助于构造安全、环保、高效节约型输电网络，可广泛用于老线路和电站母线增容改造、新线路建设，并可用于大跨越、大落差、重冰区、高污染等特殊气候和地理场合的线路。应用在新建线路中，可提高线路的单位输送容量，確保电网的坚强性，长远经济性更好。应用在大跨越线路中，可以大幅降低跨越塔的高度，从而有效减少杆塔和基础的材料用量，达到降低工程造价的目的。应用在重覆冰区线路中，可以提高抗冰能力，提升线路的安全性。应用在电网输电线路的改造和增容扩建项目中，能够利用现有杆塔等设施，既成倍地大幅度提高传输容量，同时又可以节省通道资源，减少土地占用面积，节约投资，而且线路停电时间短、停电损失小。综合来看，这是一种“环境友好型输电线路用导线”，从保护环境、降低工程造价、节能减排方面来说，具有划时代的现实意义。
一、碳纤维复合导线
碳纤维复合导线是（ACCC — AluminumConductorCompositeCo re )最早由美国、日本等国家开发的一种新型导线，主要用于航天设备及空间站。它是一种高强度碳纤维复合输电导线，芯体和包裹在芯体外围的环形导电层，芯体为碳纤维组成的导电芯体，还有以碳纤维为基组成的复合导电芯体，即由碳纤维与铝或铜线绞合构成。环形导电层由为铜、铝、铝合金线紧密包绕在芯体外围构成，还可在环形导电层外围包覆绝缘层。
二、技术原理
(一)强度高
一般钢丝的抗拉强度为1240Mpa，高强钢丝为1410Mpa，而ACCC导线的抗拉强度可达到2399Mpa，分别为前者1.93倍和1.7倍。抗拉强度大，能够使杆塔之间的跨距变大，从而降低工程成本。
(二)线膨胀系数小，弧垂小
复合材料芯线膨胀系数仅为钢芯的 1/8。在相同的实验条件下，随着温度的上升，导线弧垂变化量仅为常规钢芯铝绞线的 9.6%，高温下弧垂增量不到钢芯铝绞线的 1/10，减少架空线交跨距离。
(三)重量轻
复合材料芯比重为传统钢芯的 1/4，ACCC 导线单位长度重量约为常规钢芯铝绞线的 60～80%，自重的减轻可使导线荷载减少约25%。重量轻和低弧垂的特性可以降低杆塔高度，减轻铁塔结构强度要求，节省线路综合造价。
(四)导电率高，载流量大，运行温度高
ACCC 导线的合成碳纤维芯是非铁磁性材料，不存在磁损和涡流损耗。与钢芯铝绞线相比，在相同外径时，复合芯铝绞线允许缠绕超过28%截面积的铝线。ACCC 导线外层采用导电率不小于 63%IACS 的铝线，铝导体为耐高温退火铝，200℃下能有效运行，常规钢芯铝绞线使用温度极限达100℃。
由于铝截面增大和提高导线工作温度，导线的综合载流量理论上可提高至 2 倍。
(五)耐腐蚀性能好
ACCC 导线的复合芯由玻璃纤维绝缘材料制成，具有较高的耐腐蚀性能，与铝线之间接触也不存在电腐蚀问题，可以解决长期运行中的腐蚀问题。
（六）减少电磁辐射和电晕损失
ACCC导线的梯形截面形成的外表面远比ACS导线表面光滑有利于提高导线的电晕起始电压，能够减少电晕损失。
（七）便于导线展放和施工
ACC导线的放线安装完全可按安装常规ACSR的方法进行，现有的杆塔等构件不必改造。ACCC导线有较大的韧性，绕在内筒径符合标准弯曲半径的线盘上，架线施工和安装时不必担心折断复合芯。用于导线连接的线夹和接续管，具有结构简单、可靠以及现场施工方便等特点。ACC C导线的外层导电线路部分与常规的ACSR导线有相同直径和螺旋状结构， 采用标准 安装技术和设备，即可施工安装。
施工工艺流程如图
三、质量控制措施
（一）由于碳纤维复合芯导线外层铝股为软铝，导线在张力放线全过程，应注意保护碳纤维导线，避免接触硬物，可以在地面上铺彩条布或其他软物，防止导线受损。
（二）碳纤维导线在同一处损伤、强度损失不超过总拉断力的17%时，应用专用预绞丝全张力补修条进行补修，超过锯断接头。
（三）为解决用普通导线的提线钩容易造成碳纤维导线软铝层损伤，故在附件安装时应使用配套悬垂线夹代替提线钩进行附件安装。
（四）碳纤维导线的碳纤维芯连接是采用装配式连接方式，楔形线夹对碳纤维芯的握紧力
（五）出线安装的操作台应使用不会刮伤导线的钢管制作，导轮亦要用尼龙轮或其他软制轮。
（六）切割导线铝股严禁伤及碳纤维，导线的连接部分不得有线股绞制不良、断股、缺股等缺陷。
（七）断线压接应严格按厂家提供的工艺要求进行，压接过程碳纤维芯必须保持干燥状态，故雨天及大雾天气不得进行压接作业。
（八）压后对边距不应超过0.866*0.993*D+0.2(mm)标准，弯曲度不得大于2%；压接时导线及压接管等配件不得与地面直接接触。
四、碳纤维扩建增容的应用实例
要求增容的输电线路是常州地区常牛机械有限公司110kV 线路工程。本工程将110kv运奔线05#～29#老导线LGJ-185／25更换为相当于LGJ-400／35导线通流容量的倍容量耐热导线，仅局部更换杆塔。在此条件下，通过计算，当环境温度为40℃，LGJ-400／35导线达到允许温度70℃时，线路通流量为660A，该数据为线路要求增容的指标。
倍容量导线选择：为匹配原导线LGJ-185／25钢芯铝绞线并满足输送容量要求，经计算，选用碳纤维-185型。具体比较参数如下表所示：
碳纤维导线和普通钢芯铝绞线参数表
当环境温度为40℃，碳纤维-185型导线运行达到120℃時，线路通流量可达到为692A。即选用该导线增容后使线路的载流量提高到692A＞660A，满足要求。
该工程总计更换碳纤维-185型导线9.9吨。竣工后已投入运行。运行状态良好。
结论：
碳纤维复合导线比相同规格的普通钢芯铝绞线的载流量高约一倍，在经济电流密度输送下，导电率有显助提高，可有效减少电力损耗，在输变电线路中批量使用复合芯导线，节约电能相当可观。碳纤维导线应用到改扩建电网线路施工中对节约电能、改善环境有着非常重要的意义。随着碳纤维复合导线施工实践的增多，施工工艺也不断的改进，未来碳纤维导线在电网中的使用必然会大范围的推广。
参考文献：
【1】董国伦，龚坚刚，余虹云，等，碳纤维复合芯软铝绞线设计施工运行与检修[M].北京:中国电力出版社，2009年.
【2】JRLX/T(ACCC)碳纤维导线产品样本，远东复合技术有限公司[z],2009.
【3】马国栋，电线电缆载流量[M].北京:中国电力出版社，2003年.
朱爱钧,尤志巍,张锦秀.碳纤维复合导线在上海电网应用前景初探[J].华东电力,2007,35(10).
【4】魏晗兴.碳纤维复合材料导线芯的制备及其特性研究[M].济南:山东大学,2010,7.
【5】尤传永.架空输电线路新型复合材料合成导线的开发研究[J].电力建设,2004,25(11).
【6】熊织明,钮永华,邵丽东.500kV江阴长江大桥大跨越工程施工关键技术[J].电网技术,2006,30(1).
【7】何州文,陈新,王秋玲,等.国内碳纤维复合芯导线的研究和应用综述[J].电力建设,2010,31(4).
【8】杨小平,黄志彬,张志勇,等.实现节能减排的碳纤维复合材料应用进展[J].材料导报:综述篇,2010,24(2).