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，是新一代增強纖維。與傳統的玻璃纖維(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，而且在有機溶劑、酸、堿中不溶不脹，耐蝕性出類拔萃。有學者在1981年將PAN基CF浸泡在強堿NaOH 溶液中，時間已過去30多年，它至今仍保持纖維形態。

　　本文描寫了碳纖維在電網施工中的應用，選自省級期刊《民營科技》。《民營科技》雜志是經國家新聞出版署批準，云南省科學技術廳主管，云南省民辦科技機構管委會主辦的自然科學類期刊。本刊國際標準刊號：ISSN：1673-4033國內統一刊號：CN：53-1125/N郵發代號：24-75。

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　　摘要：隨著經濟的飛速發展，工業用電和生活用電激增，電網增容改造的需求逐漸增大。碳纖維導線代替原有桿塔上的導線既能達到增容的目的，又可避免由于容量增加使得架空輸電線路導線弧垂過大、對地距離不足的問題，提高輸電線路的安全穩定性。因此，碳纖維導線在改擴建電網線路中逐漸被廣泛應用。本文介紹了碳纖維的結構與應用技術原理，以具體的實例介紹了碳纖維導線在改擴建電網線路施工中的應用。

　　關鍵詞：碳纖維導線,電網,增容改建

　　前言：

　　隨著我國電力需求的不斷增長，許多電力線路面臨增容的壓力。線路增容最經濟的辦法之一是利用原有桿塔只更換導線。而利用原有桿塔的前提條件是:更換的導線荷載不能超過原有桿塔的設計條件。為此，新更換的導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線。碳纖維復合導線就是一種全新結構的節能型增容導線。與常規導線相比，它具有重量輕、抗拉強度大、耐熱性能好、熱膨脹系數小、高溫弧垂小、導電率高、線損低、載流量大、耐腐蝕性能好、不易覆冰等一系列優點，綜合解決了架空輸電領域存在的各項技術瓶頸，代表了未來架空導線的技術發展趨勢，有助于構造安全、環保、高效節約型輸電網絡，可廣泛用于老線路和電站母線增容改造、新線路建設，并可用于大跨越、大落差、重冰區、高污染等特殊氣候和地理場合的線路。應用在新建線路中，可提高線路的單位輸送容量，確保電網的堅強性，長遠經濟性更好。應用在大跨越線路中，可以大幅降低跨越塔的高度，從而有效減少桿塔和基礎的材料用量，達到降低工程造價的目的。應用在重覆冰區線路中，可以提高抗冰能力，提升線路的安全性。應用在電網輸電線路的改造和增容擴建項目中，能夠利用現有桿塔等設施，既成倍地大幅度提高傳輸容量，同時又可以節省通道資源，減少土地占用面積，節約投資，而且線路停電時間短、停電損失小。綜合來看，這是一種“環境友好型輸電線路用導線”，從保護環境、降低工程造價、節能減排方面來說，具有劃時代的現實意義。

　　一、碳纖維復合導線

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

　　二、技術原理

　　(一)強度高

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

　　(二)線膨脹系數小，弧垂小

　　復合材料芯線膨脹系數僅為鋼芯的1/8。在相同的實驗條件下，隨著溫度的上升，導線弧垂變化量僅為常規鋼芯鋁絞線的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

　　復合材料芯比重為傳統鋼芯的1/4，ACCC導線單位長度重量約為常規鋼芯鋁絞線的60～80%，自重的減輕可使導線荷載減少約25%。重量輕和低弧垂的特性可以降低桿塔高度，減輕鐵塔結構強度要求，節省線路綜合造價。

　　(四)導電率高，載流量大，運行溫度高

　　ACCC導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，復合芯鋁絞線允許纏繞超過28%截面積的鋁線。ACCC導線外層采用導電率不小于63%IACS的鋁線，鋁導體為耐高溫退火鋁，200℃下能有效運行，常規鋼芯鋁絞線使用溫度極限達100℃。

　　由于鋁截面增大和提高導線工作溫度，導線的綜合載流量理論上可提高至2倍。

　　(五)耐腐蝕性能好

　　ACCC導線的復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題，可以解決長期運行中的腐蝕問題。

　　（六）減少電磁輻射和電暈損失

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

　　（七）便于導線展放和施工

　　ACC導線的放線安裝完全可按安裝常規ACSR的方法進行，現有的桿塔等構件不必改造。ACCC導線有較大的韌性，繞在內筒徑符合標準彎曲半徑的線盤上，架線施工和安裝時不必擔心折斷復合芯。用于導線連接的線夾和接續管，具有結構簡單、可靠以及現場施工方便等特點。ACCC導線的外層導電線路部分與常規的ACSR導線有相同直徑和螺旋狀結構，采用標準安裝技術和設備，即可施工安裝。

　　施工工藝流程如圖

　　三、質量控制措施

　　（一）由于碳纖維復合芯導線外層鋁股為軟鋁，導線在張力放線全過程，應注意保護碳纖維導線，避免接觸硬物，可以在地面上鋪彩條布或其他軟物，防止導線受損。

　　（二）碳纖維導線在同一處損傷、強度損失不超過總拉斷力的17%時，應用專用預絞絲全張力補修條進行補修，超過鋸斷接頭。

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

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

　　（五）出線安裝的操作臺應使用不會刮傷導線的鋼管制作，導輪亦要用尼龍輪或其他軟制輪。

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

　　（七）斷線壓接應嚴格按廠家提供的工藝要求進行，壓接過程碳纖維芯必須保持干燥狀態，故雨天及大霧天氣不得進行壓接作業。

　　（八）壓后對邊距不應超過0.866*0.993*D+0.2(mm)標準，彎曲度不得大于2%；壓接時導線及壓接管等配件不得與地面直接接觸。

　　四、碳纖維擴建增容的應用實例

　　要求增容的輸電線路是常州地區常牛機械有限公司110kV線路工程。本工程將110kv運奔線05#～29#老導線LGJ-185／25更換為相當于LGJ-400／35導線通流容量的倍容量耐熱導線，僅局部更換桿塔。在此條件下，通過計算，當環境溫度為40℃，LGJ-400／35導線達到允許溫度70℃時，線路通流量為660A，該數據為線路要求增容的指標。

　　倍容量導線選擇：為匹配原導線LGJ-185／25鋼芯鋁絞線并滿足輸送容量要求，經計算，選用碳纖維-185型。具體比較參數如下表所示：

　　當環境溫度為40℃，碳纖維-185型導線運行達到120℃時，線路通流量可達到為692A。即選用該導線增容后使線路的載流量提高到692A＞660A，滿足要求。

　　該工程總計更換碳纖維-185型導線9.9噸。竣工后已投入運行。運行狀態良好。

　　結論：

　　碳纖維復合導線比相同規格的普通鋼芯鋁絞線的載流量高約一倍，在經濟電流密度輸送下，導電率有顯助提高，可有效減少電力損耗，在輸變電線路中批量使用復合芯導線，節約電能相當可觀。碳纖維導線應用到改擴建電網線路施工中對節約電能、改善環境有著非常重要的意義。隨著碳纖維復合導線施工實踐的增多，施工工藝也不斷的改進，未來碳纖維導線在電網中的使用必然會大范圍的推廣。

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