碳纤维复合芯导线的研究和应用
碳纤维复合芯软铝导线技术在电力线路上应用的几点体会
碳纤维复合芯软铝导线技术在电力线路上应用的几点体会摘要：碳纤维复合芯软铝导线是一种节能型增容导线,其加强芯由特高强度碳纤维合成的芯棒替代传统的钢芯和钢绞线,外层铝采用拱形软铝绞合而成,与传统增容导线相比有较多优势,具有广泛的应用前景。
本文通过对碳纤维复合芯软铝导线的种类、特点及实际应用情况的分析，对其在电力线路上的应用提出了自己的看法。
关键词：碳纤维复合芯；软铝导线；应用；体会前言节能型复合导线是一种架空输电线路增容的特种导线,它是对在相同导体截面的情况下,相对于传统钢芯铝绞线(AluminumCon-ductorSteelReinforced,ACSR)能输送更多电能理想的一种新型导线的总称,是输电行业一项颠覆性技术。
一、增容导线的种类在电力工业发展史上,作为输电线路输送电能的主要载体,传统钢芯铝绞线占据统治地位的历史已有一个多世纪。
随着对电力需求的增长和材料科学技术的不断进步,各种增容导线应运而生。
目前增容导线包括耐热铝合金导线(TACSR)、殷钢芯耐热铝合金绞线(ZTACIR)、间隙型钢芯耐热铝合金(GTACSR)、铝基陶瓷纤维铝绞线(ACCR)、碳纤维芯复合材料合成芯软铝导线(JRLX/T)等种类。
碳纤维复合芯软铝导线是一种节能型增容导线,其加强芯由特高强度碳纤维合成的芯棒替代传统的钢芯和钢绞线,外层铝采用拱形软铝绞合而成。
在美国名命名为ACCC(ALUMINUMCONDUCTORCOMPOSITECORE),依据国家行业标准命名为JRLX/T(J-为绞线、RL-为软铝,X-为型线,T-为碳碳材料)。
二、碳纤维复合芯软铝导线的特点及其优点各种增容导线的特点虽然各不同,但均能不同程度上提高载流量,提高线路输送能力。
耐热铝合金导线、铝基陶瓷纤维芯铝绞线是从材料和结构的总体上更新,如碳纤维芯软铝绞线JRLX/T、间隙型钢芯耐热铝合金绞线(GTACSR)和间隙型钢芯超耐热铝合金绞线(GZTACSR)等。
碳纤维导线在增容输电线路工程中的应用
碳纤维导线通过更换导线可以使容量翻倍，具有低弧垂特性。这样，可以充分利用原有的走廊、塔楼、部分硬件，只需更换电线和部分硬件即可实现增容。而要实现线路的增容，需要满足以下两个条件：首先，更换碳纤维导线后，必须满足原杆塔的工作条件，如：水平荷载、垂直荷载、摇摆角等等。结合实际工程来说，工程是西气东输管线三线——220kV达风变——乌鲁木齐压气站的110kV线路。具体见表1。
二、碳纤维导线的应用范围
（一）旧线改造
由于受到陆地、塔台、凹陷、放电等条件的限制，常规导线或其它导线不能满足要求，而碳纤维导线由于具有许多优点，可以满足老线路的容量要求。
（二）新建线路
现有的碳纤维导线技术成熟，容量足够，已经具备了在新生产线上大规模使用的条件。随着使用的增加，产品的成本和销售价格将进一步降低，从而使综合经济效益高于传统导体。
4、新线位于冰雪覆盖严重的灾区，外缘光滑，结构紧凑，不易冰雪，拉重比大。
三、碳纤维导线施工时的注意事项
（一）机具准备
1、张牵设备的选择必须满足相应规格导线展放张牵力要求。
2、张力架线特种受力工器具，专用网套连接器、复合芯专用卡盘和预绞丝张紧钳应满足线材特性的要求，并与线材规格、复合芯规格和主机床规格相匹配。
结语
总之，在线路走廊日益紧张、路径协调越来越困难的情况下，不更换塔架和基础，将越来越普遍地改变局部导线的承载能力，碳纤维丝具有耐高温、荷载大、抗拉强度高、重量轻、垂度小、节约杆塔成本、减少占用面积等一系列优点。近几年在重建旧线路方面发展得更快。
其次，在线路正常运行和系统过载时间短的情况下，碳纤维导线的垂度不应大于原导线，满足与地面的距离和跨越跨度的要求：当系统正常运行时，根据经济电流密度计算线路的电流密度；当系统短路时，线路在短期过载下运行。因此，碳纤维导线JRLX/T-240/28的弧垂满足要求。
资料-碳纤维复合材料在电线电缆中的应用
一、碳纤维复合材料的发展和战略地位碳纤维的出现是材料史上的一次革命。
碳纤维是目前世界首选的高性能材料，具有高强度、高模量、耐高温、抗疲劳、导电、质轻、易加工等多种优异性能，正逐步征服和取代传统材料。
现已广泛应用于航天、航空和军事领域。
世界各国均把发展高性能碳纤维产业放在极其重要的位置。
碳纤维除了在军事领域上的重要应用外，在民品的发展上有着更加广阔的空间，并已经开始深入到国计民生的各个领域。
在机械电子、建筑材料、文体、化工、医疗等各个领域碳纤维有着无可比拟的应用优势。
碳纤维是50年代初应火箭、宇航及航空等尖端科学技术的需要而产生的。
8 0年代初期，高性能及超高性能的碳纤维相继出现，这在技术上是又一次飞跃，同时也标志着碳纤维的研究和生产已进入一个高级阶段。
经过二十多年的发展，碳纤维及其复合材料已从初创期转入增长发展期，其工业地位已基本确立，美、日、英、法、德等国的碳纤维产量已经占世界产量的绝大部分，并已逐步形成垄断优势。
我国对碳纤维的研究由于起步较晚，技术力量薄弱，虽然碳纤维及其复合材料在我国已被纳入国家“863”和“973”计划，但总体情况不尽理想，我国仍不具备成熟的碳纤维工业化生产技术，国防和民用碳纤维产品基本依赖进口。
二、碳纤维复合材料的性能和用途碳纤维主要是由碳元素组成的一种特种纤维，是由含碳量较高、在热处理过程中不熔融的人造化学纤维经热稳定氧化处理、碳化处理及石墨化等工艺制成的。
其含碳量随种类不同而异，一般在90%以上。
碳纤维具有一般碳素材料的特性，如耐高温、耐磨擦、导电、导热及耐腐蚀等，但与一般碳素材料不同的是，其外形有显著的各向异性、柔软、可加工性好，沿纤维轴方向表现出很高的强度，且碳纤维比重小。
1、碳纤维的化学性能碳纤维是一种纤维状的碳素材料。
我们知道碳素材料是化学性能稳定性极好的物质之一。
这是历史上最早就被人类认识的碳素材料的特征之一。
除强氧化性酸等特殊物质外，在常温常压附近，几乎为化学惰性。
碳纤维复合芯导线的性能与应用研究
碳纤维复合芯导线的性能与应用研究作者：詹恒富詹克明张宇时法智来源：《中国科技博览》2014年第06期摘要：阐述碳纤维复合芯导线（ACCC）的基本结构，将ACCC与传统钢芯铝绞线（ACSR）在结构、材料性能、弧垂—温升曲线、安装曲线方面进行对比。
结果表明，ACCC 铝线截面积、最高工作温度、载流量均高于ACSR，在工程中应用ACCC可有效提高线路的送电能力。
关键词：碳纤维复合芯导线；钢芯铝绞线；结构；中图分类号：TQ342+.741 碳纤维复合芯导线的性能与结构输电工程用架空导线由承力芯和铝单丝构成。
理想的承力芯应具有抗拉强度高、弧垂低、密度小等特点，理想的铝单丝应具有高导电性能。
碳纤维复合芯具有高比强度、高比模量等特点，且耐高温、耐腐蚀、耐疲劳、抗蠕变，还有导电、传热和热膨胀系数小等优异性能，其在输电线路中应用为导线的承力芯；高导电率（63% IACS）的软铝单丝是未来理想的导电材料。
碳纤维复合芯导线（Aluminum Conductor Composite Core，ACCC）是一种新型导线，最早由美国、日本等国家开发，主要用于航天设备及空间站。
ACCC的芯线是以碳纤维为中心层、外包覆玻璃纤维制成的单根芯棒，其外层与邻外层铝线股为梯形截面，是一种性能优越的新型导线。
碳纤维导线分为碳纤维棒芯铝绞线和耐热碳纤维棒芯铝合金绞线，结构与常规钢芯铝绞线相同。
碳纤维复合芯导线内部结构如图1所示。
图1 ACCC内部结构图Figure 1 Internal structure diagram of ACCC一般钢丝的抗拉强度为1 240 MPa，高强钢丝的抗拉强度为1 410 MPa，而碳纤维复合芯导线的抗拉强度可达到2 399 MPa，分别为前两者的1.93倍和1.70倍。
2 碳纤维复合芯导线与传统导线的比较2.1 结构对比1） ACCC导线将传统钢芯铝绞线（Aluminum Conductor Steel Reinforced，ACSR）的钢芯用碳纤维和玻璃纤维复合芯取代，减轻了导线的质量，增加了导线的强度。
碳纤维复合芯软铝导线在输电线路上的应用
能较好的满足目前国内对输电线路提出的增容的要求，且新型碳纤维复合芯导线相对于传统导线，提 高了导体的导电率（即降低了导体电阻），在长距离输电线路上应用，能起到较好的节能效果同时由于 碳纤维材料替代传统的铜芯作为加强件，诲导线具有了更好的耐腐蚀性能，可提高导线的运行寿命。
２复合芯软铝导线特点
１强度高。
ｆＯ．０２６）
１）
ｒＯ．０３７）
ｒ０．０３７）
０．１１８（０．０３６）
０．０９５（０．０２９）
载流量
７５０Ｃ １０００ｃ ２００ａＣ ９０８ １１２３ ８９６ １１０３ １６６２ ９９２ １２２ｌ １７９８ １０２５ １２６５ １８６３
各种增容导线的特点虽然各不同，但均能不同程度上提高载流量，提高线路输送能力。耐热铝 合金导线、铝基陶瓷纤维芯铝绞线是从材料和结构的总体上更新，如碳纤维芯软铝绞线ＪＲＬＸ／Ｔ、间 隙型钢芯耐热铝合金绞线（ＧＴＡＣＳＲ）和间隙型钢芯超耐热铝合金绞线（ＧＺＴＡＣＳＲ）等。从各种增
殷钢芯铝合金导线
２８．３８ｍｍ
铝基陶瓷复合芯导线
２８．１９
ｎｌｌｎ
直径 导电铝面
４０３ｒａｍ２
４８６。４
ｒａｍ２
４０３ｒａｍ２
５１７ｒａｍ２
积 结构 钢绞线 铝 承拉芯直 径承拉芯 面积 抗拉 强度 弹性 模量 密度 线膨胀系 数温度迁 移点以上 线膨胀系 数 １１．５ｘ１０．６／＊Ｃ以上
一１３００
形软铝绞台而成。
堆早期２００２年美国ＣＴＣ公司开发了先期复合芯Ｔ形绞线并在美围几条线路上试用，黄围在２００４ 年开始挂网商业运行。远东复合技术有限公司和美同ＣＴＣ公司在２００２年下半年就该项目开始合作。 碳纤维复合芯软铝导线具有５００ＫＶ及以Ｐ输电线路运行能力，抗拉强度较高，单位长度重最鞍轻 的特点．使得应用该种导线的线路能够降低杆塔间的导线下垂弧度，可提高线路运行的安牟件和可靠 性，同时可减少输电线路中支撑杆塔数量，降低工程建遗成奉，减少了工程占地，节约了我国的土地资 源。碳纤维复合芯导线相对于传统导线，在相同外径尺、Ｊ下．增加了导电截面，增Ａ了线路的输送客量，
碳纤维复合芯导线节能配套金具的研制和应用
１ ）正 在 使 用 的 耐 张 线 夹 和接 续 管 两 种 金 具 基 本 结 构 形 式 。 国 外 的美 国Ｃ Ｃ 司 、 Ｔ公 Ｆ Ｉ 司 、 日本东北 电力公 司均 有类 似 产 品 ，耐 张线 夹 和接 续管 两种 产 品其结 构 基本 类似 ， Ｃ公 均 由线 夹本 体 、套 管 和楔 形 自锁 结构３ 分组 成 ，而 导线 握力 主要 靠 楔形 自锁 结 构 的正压 力 部 产 生摩擦 力 而达 到握力 要求 。其 缺点 ：长度长 、施 工不 方便 、节 能效 果差 。
２ １国 内研发 复合材 料 的节能 电力金 具进展 情况 ．
中 国电力 科学 研究 院 、南 京 电力金 具设 计研 究 院和 江苏 宇 飞 电力 科 技有 限公 司共 同合 作 研 制成功一 种取 名为Ｐ — — 一 ０ 型 改性复合 材料 ，其特 点 ：采用 了新 型 的非金 属 、非 导 Ａ Ｇ Ｆ２０ 磁 、高强 度 、高分 子 的复 合轻 质材 料 ，其材 料新 颖 、节 能 降耗 、重 量轻 便 、稳 定性 好 、机 械强 度高 、抗 老化 时 间长 ，耐 高温 、耐 磨损 ，耐 腐 蚀 ，使用 寿命 长 ，节 能环 保 效果 显著 。 Ｃ Ｆ４ Ｃ Ｆ５ Ｇ 一 Ｔ（ Ｇ 一 Ｘ）已在２ ０ Ｖ ｋ 挂 网试运 行 。 ２ ｋ 和１ Ｏ Ｖ ｌ 利用Ｐ — — 一 ０ 改性 复合 材料 成功 研发 的主要 系列 产 品 ： （ ）高 节能 系 列悬 垂线 夹 Ａ Ｇ Ｆ ２０ １ （ 图３） （ ）高分 子轻质 系列 间隔棒 （ 见 ２ 四分裂 见 图４ ，双分 裂见 图５）
６ ）耐 张线夹 和接续 管钢 制件 ，采 用无 磁 （ 磁 ）不锈 钢材 料制造 ，达 到降低 电能 损耗 低
碳纤维复合芯导线应用
2014年，全球碳纤维区域理论产能达到118000吨，而且各大碳纤维制造商还陆续宣布了大幅扩产计划。
国际碳纤维应用市场需求量为53500吨，继续以6%〜8%的年增速不断扩大，应用领域进一步拓展，其主要应用领域比例如下：航空航天29%、体育休闲14%、汽车13%、叶片11%、压力容器5%。
国际碳纤维产业及下游应用市场均呈现欣欣向荣的景象。
国碳纤维应用水平差距近10年，国产高性能碳纤维及其复合材料在关键技术、装备及应用等方面取得了突破性进展。
我国T300级规模化碳纤维产品性能已经达到国际水平，并在航空航天领域得到了应用；低成本干喷湿纺T700级碳纤维已建成千吨级生产线，产品进入初步应用阶段;T800级碳纤维吨级线建成，并已实现批量生产。
但高模、高模高强碳纤维的丄程化制备技术以及更高等级碳纤维的制备关键技术还有待攻关。
截至2014年底，我国大小碳纤维生产企业有近40家，理论产能19, 600吨, 实际产量3700吨，主要产品为12K及以下规格小丝束PAN基碳纤维。
2014年, 国碳纤维总需求量约1.23万吨，其中，60%应用于体育休闲领域，15%应用于建筑领域，8%应用于电力（电缆）领域，3%应用于航空航天。
但国碳纤维应用水平与国外存在较大的差距，尤其国产碳纤维在以下领域的应用比例偏低。
山于低成本、稳定化、规模化生产技术的欠缺，绝大多数国碳纤维产品的成本与市场售价倒挂，我国碳纤维企业面临着国企业间竞争和国外企业恶意压价的忧外患，生存状况不容乐观。
为改善我国碳纤维研发、生产与应用相互脱节，市场应用技术开发滞后，产业牵引力不足的不利局面，中国碳纤维及复合材料产业发展联盟以碳纤维在电力方面的应用为突破口，协调组织产业企业和应用单位，联合推进碳纤维复合芯导线在新建线路中的应用，以期聚焦、突破产业关键和共性技术难题，提高产业创新能力和竞争能力，扩大我国碳纤维及复合材料产业在丄业领域的应用。
碳纤维复合芯导线的应用优势碳纤维复合芯导线是一种采用环氧树脂浸润碳纤维、玻璃纤维后，固化形成碳纤维复合芯并在其外层绞合梯形铝线的架空裸导线。
浅析炭纤维复合导线在输电线路的应用领域及施工工艺要求
浅析炭纤维复合导线在输电线路的应用领域及施工工艺要求摘要：碳纤维复合芯导线，具有重量轻、强度高、容量大、耐高温、耐腐蚀、低线损等特点，是一种可替代传统的钢芯铝绞线、铝合金绞线、铝包钢绞线和殷钢导线的全新产品。
关键词：碳纤维复合导线；输电线路；施工工艺一、碳纤维复合芯导线主要应用领域（1）全寿命周期经济性最优的线路工程。
如特高压交直流工程，风电、光伏核电等清洁能源输送工程。
（2）通过腐蚀较严重区域的线路工程。
如化工区域、沿海地区。
（3）有短时大负荷转移以及电力输送波动较大的线路，或需要输送容量储备的线路。
如冶炼、煤矿或其他矿厂供电线路；风能、光伏能源输出线路；火力发电厂电站输出线路。
（4）需增容改造的旧线改造线路。
（5）大跨越、低弧垂等特殊线路等。
二、碳纤维复合芯导线施工要求1、施工准备（1）牵引场布置张力机必须布置在线路中心线上，不允许采用落地滑车转向；张力放线施工区段不宜超过15个滑车的长度。
（2）做好导线防护工作架设需要升空的导线应避免被地面或其他坚硬、尖锐部件磨损，导线盘起重应符合安装工艺要求。
（3）导线金具由于导线的特殊结构，因此，导线金具必须采用专用配套金具。
（4）施工机具的准备准备的机具应具有：接续管保护装置、放线滑车、提线器、网套连接器、装配式牵引装置、卡线器等。
2、张力放线在导线线盘和张力机之间需安装一个最小工作直径的滑车组，以将导线引入张力机导向滑车的中心位置，避免导线在任何导向滑车的滚轴上发生急剧转弯。
具体要求如下：（1）要求导线盘与张力机的最小距离为15m；（2）放线施工时包络角应不超过25°，超过时应加挂滑车；（3）放线张力不超过25%RTS（RTS：额定拉断力）；（4）牵引绳、旋转连接器、连接牵引装置和碳纤维导线的连接部位是张力放线受力系统的薄弱环节，每次使用前均应严格检查，按规定方式安装和使用；（5）张力放线的过程不应对导线造成损伤。
3、导线接续3.1耐张线夹压接当导线股线小于或等于三层时宜采用正向压接，当导线股线大于三层时，应按照要求执行。
碳纤维复合芯软铝(耐热铝合金)绞线在电网输电线路的应用
10
三 架线施工和安装的特殊工艺
One
由于碳纤维应用的是软铝，所以要着重说明的是， 储运和吊装过程中，导线的表面绝对要避免接触地面。可 以在地面上铺上纸，或者其他材料来避免铝线着地。导线 表面不能被磕损，导线应该能够通畅地从滑轮槽通过。
8
二 碳纤维复合芯导线技术特性
表1 各种导线力学特性
导线型号
LGJQ-400
2XLGJ300/25
JRLX/T310
ห้องสมุดไป่ตู้
JRLX/T -361
NRLH60/LB14400/35
计算拉断力（N）
105110
2X79230
103130
122245
113340
安全系数
2.5
2.5
2.5
2.9
2.7
最大使用应力 （N ）
JRLX/T-360 碳纤维复合芯导线和NRLH60/LB14-400/35 在60℃左右时，即可达到2XLGJ-300/25导线经济输送容量； JRLX/T-310 碳纤维复合芯导线在70℃时可达到2XLGJ300/25导线经济输送容量。对JRLX/T-361和NRLH60/LB14400/35导线而言，分别在180℃和150℃运行时，既可达到 2XLGJ-300/25导线极限输送容量；对JRLX/T-310在150℃和 180℃运行时，可以达到2XLGJ-300/25导线极限输送容量的 82%和90%。
线路名 称
大青甲 大青乙 大青丙
电压等级 （千伏）
碳纤维复合芯导线自主研发及施工技术研究
碳纤维复合芯导线自主研发及施工技术研究1 前言中国土地资源有限，输电走廊的选择受到制约，提高单位走廊传输功率的需求日益迫切，对于输电能力取决于导线热稳定性的架空输电线路，更换高性能导线能够显著提高线路输送能力；近年来，随着大风、覆冰等恶劣气候的增多和加剧，导线风偏、舞动引发的线路故障频繁发生，严重影响电网安全稳定运行，更换低弧垂、高强度导线可有效抑制相地、相间放电及导线损伤。
碳纤维复合芯导线因具有重量轻、高强度、高弹性模量、低线胀系数、耐高温、耐疲劳、耐腐蚀等技术优势，既能够用于提高输送能力，又可有效提高线路安全运行水平，将成为最具发展潜力的新型导线品种，国家电网公司于2006年将其列入重点推广技术目录。
碳纤维导线的核心是高性能碳纤维材料，我国T700及以上高性能碳纤维基本依赖进口，国家科技部将T-700碳纤维攻关列入十五、十一五规划。
目前仅有美国、日本等少数发达国家掌握碳纤维及碳纤维导线技术，国内仅有与国外合作生产碳纤维导线的形式，但原材料及配方、工艺等核心技术完全掌握于外方，不具备自主知识产权。
发达国家垄断高性能碳纤维及碳纤维导线核心技术与价格的局面已成为制约国内发展、应用碳纤维复合芯导线的瓶颈。
此外，不能连续张力放线是长久以来制约碳纤维导线应用的瓶颈。
如不能有效解决，碳纤维导线将难以广泛推广应用。
2 碳纤维复合芯导线研发华北电网面对碳纤维复合芯导线的发展机遇与挑战，提出在国内高性能碳纤维实验室研究取得重大突破后，实施第一个具有完全国内自主知识产权的碳纤维复合芯导线的研发与应用。
碳纤维复合芯导线的生产过程主要包括以下三部分：①碳纤维原丝及碳纤维丝的制备。
②碳纤维复合芯的生产。
③碳纤维复合芯铝绞线的生产。
2.1 碳纤维丝研发碳纤维复合芯铝绞线的核心是高强度碳纤维丝。
碳纤维丝的强度、等级越高，则相同规格导线的芯径越小，重量越轻，导线的卷绕性能、施工性能越佳。
目前，华北电网研发的碳纤维复合芯导线采用T-700型碳纤维丝。
碳纤维复合芯导线在线路增容工程中的应用
碳纤维复合芯导线在线路增容工程中的应用摘要本文通过一条220kV线路增容改造的实际案例,阐述了碳纤维复合芯导线的基本特性、配套金具选用、施工中的注意事项、运行中的难点讨论等,希望能让大家对这种新型导线实际应用的各个方面有一定的客观了解。
关键词碳纤维复合芯;导线;线路增容1 引入碳纤维复合芯导线解决线路增容问题1.1问题提出220kV汾湖-嘉善同塔双回线路作为嘉兴地区220kV电网网架的主要线路,连接着500kV汾湖变和220kV嘉善变,导线采用LGJ-400/35,建成投运于1997年。
随着嘉善地区供电需求的增长,尤其在迎峰渡夏和冬季用电高峰期,这两条线路的输送容量已不能满足需求。
为保证安全可靠供电,经测算,220kV汾湖-嘉善单回输电线路的输送容量需达到475MV A左右,即相当于2*LGJ-400/35导线93.87%的输送容量(环境温度35℃,最高允许温度70℃)。
因此,220kV汾湖-嘉善同塔双回线路需要进行增容改造。
1.2客观环境1)嘉善地区属于经济发达地区,地方较小,线路走廊资源极其有限,新开线路走廊将占用新的土地资源,而且原路径走廊资源也得不到很好利用;2)采用原线路路径进行大规模改造,即原塔拆除、新立杆塔并架设2×LGJ-400/35导线,则原线路停电时间较长,会大大增加嘉善地区电网网架的运行压力和安全风险;3)原路径大规模新立杆塔改造,原单根导线需更换为架设双分裂导线,塔基占用的土地面积会有所增加;4)嘉善地区杆塔基础施工的政策处理难度大。
1.3解决措施利用原线路杆塔,采用碳纤维复合芯导线更换原LGJ-400/35导线。
通过计算匹配,可采用型号为ACCC/TW-413的碳纤维复合芯导线进行更换。
该导线与普通钢芯铝绞线相比,具有以下优点:1)极高的载流能力:相同截面下输送容量提高了近1倍,为普通钢芯铝绞线的1.97倍,可以满足线路增容要求;2)良好的张力特性:由于碳纤维芯的温度膨胀系数为钢绞线芯的1/7,故导线的伸长随温度的变化很小,经验算,同样条件下导线弧垂小于原LGJ-400/35导线弧垂;3)热稳定性好:可以在线温150℃时长期运行;4)施工安装方法与普通钢芯铝绞线基本相同。
碳纤维复合芯导线的研究和应用
碳纤维复合芯导线的研究和应用导线作为输电线路最主要的部件之一，承担着线路最主要的电能传输功能。
目前电力需求不断增长，电网中部分老旧线路导线线径过细、输送能力不足，需要更换导线进行线路增容改造。
为有效利用现有杆塔等设施，大幅度提高输送容量，减少输送中电力的损耗，应用碳纤维导线，来提高电网的输送能力，同时可以减少土地资源、有色金属资源等消耗，避免更换杆塔带来的民事协调和占地补偿，节约建设和运行总成本。
根据国网公司提出的输电线路“两型三新”要求，即“资源节约型、环境友好型、新材料、新技术、新工艺”，采用新型导线、节能金具等新材料，有利于统一建设标准和规范材料选择、降低钢材耗量和工程造价、提高输电线路建设效率和效益。
碳纤维导线就是一种新型导线，可以满足输电线路节能环保、减少走廊占地、提高输送容量、降低建设运行总成本的要求。
近年来，在多条线路改造中尝试使用碳纤维导线，从线路后期运行看，均达到了理想的效果。
一碳纤维导线与常规导线对比碳纤维导线与常规钢芯铝绞线相比，具有重量轻、强度大、热膨胀系数小、导电率高、线损低、载流量大、耐腐蚀性能好等优点。
碳纤维导线截面钢芯铝绞线截面碳纤维导线是一种新型导线，内部是一根由碳纤维为中心层和玻璃纤维包覆制成的复合芯，外层由一系列呈梯形截面的软铝线绞合而成。
碳纤维导线在机械性能和电气性能方面均优于钢芯铝绞线。
使用碳纤维替代钢芯可以大量减少钢材等有色金属资源消耗，有利于实现生态环境的可持续发展。
而且碳纤维导线比普通钢芯铝绞线线损低，降低了电能在传输过程中的损耗，减少了资源消耗和能源损失，属于节能环保型导线。
二碳纤维导线的应用由于碳纤维导线价格过高，新架线路中应用造价优势不明显，故碳纤维导线主要应用在35kV及以上线路增容改造中。
线路增容通常采取异地重建或者在原线路上更换大线径导线，在无新建通道、原线路又不能长时间停电改造的条件限制下，利用原线路通道和现有杆塔，选择合适的轻质大容量导线，确保安全可靠。
碳纤维复合芯导线在输电线路重冰区域上应用
碳纤维复合芯导线在输电线路重冰区域上的应用摘要：介绍了碳纤维复合芯导线发展状况、趋势和特点，重点阐述了碳纤维复合芯导线的优点，以及国内碳纤维复合芯导线应用情况。
关键词：电力碳纤维导线架空输电线路应用0 引言2008年初，我国南方雪灾给国计民生带来重大灾难和经济损失，有些地方由于输电线路覆冰，铁塔扭曲变形甚至倒塌伤人。
2009年，山西电网所辖曲朔ⅱ线由于覆冰，地线断线，造成重大经济损失。
有鉴于此，电网输电线路需要一种重量轻、强度高、弛度低、耐腐蚀、低线损的新型架空导线，碳纤维复合芯导线是最好的选择。
名词解释：accc—碳纤维复合芯导线acsr—钢芯铝绞线1 碳纤维复合芯导线简介中国土地资源有限，输电走廊的选择受到制约，提高单位走廊传输功率的需求日益迫切，对于输电能力取决于导线热稳定性的架空输电线路，更换高性能导线能够显著提高线路输送能力。
近年来，随着大风、覆冰等恶劣气候的增多和加剧，导线风偏、舞动引发的线路故障频繁发生，严重影响电网安全稳定运行，更换低弧垂、高强度导线可有效抑制相地、相间放电及导线损伤。
碳纤维复合芯导线因具有重量轻、高强度、高弹性模量、低线膨胀系数、耐高温、耐疲劳、耐腐蚀等技术优势，既能够用于提高输送能力，又可有效提高线路安全运行水平，将成为最具发展潜力的新型导线品种。
目前，已有国内厂商可以生产这种导线。
■2 碳纤维复合芯导线的特点2.1 运行温度高。
碳纤维复合芯耐热导线可使迁移点温度提升，如accc/lh-300/50导线的迁移点温度在100～110℃范围内，长时间正常运行温度可达160℃，短时间正常运行温度可达200℃，能轻松满足增容后的弧垂等要求。
2.2 强度高。
一般钢丝的抗拉强度为1240mpa，高强钢丝为1410mpa，而碳纤维复合芯导线芯棒，其抗拉强度可达到2600mpa，分别为前两者的2.1倍和1.85倍。
2.3 重量轻。
碳纤维复合芯材料的比重约为钢的1/5。
在相同的外径下，碳纤维复合芯导线的重量比常规钢芯铝绞线acsr轻20-40％。
碳纤维复合芯导线
碳纤维复合芯导线简介碳纤维复合芯导线是一种新型的导线材料，由碳纤维和复合芯材料组成。
该导线具有轻质、高强度、耐腐蚀等优点，适用于高温、高压等苛刻的工作环境。
本文将介绍碳纤维复合芯导线的特点、制造工艺以及应用领域。
特点1.轻质: 碳纤维是一种轻质材料，比重约为1.6g/cm³，相比传统金属导线更轻便。
2.高强度: 碳纤维具有高强度特点，比强度甚至可达到钢的几倍，能够承受更大的拉力。
3.耐腐蚀: 碳纤维具有良好的耐腐蚀性能，能够在酸碱、高温等恶劣环境下工作。
4.导电性能: 碳纤维复合芯导线具有良好的导电性能，比铜导线略逊，但仍能满足大部分应用要求。
5.热膨胀系数低: 碳纤维的热膨胀系数远低于金属材料，能够保持较好的稳定性。
制造工艺碳纤维复合芯导线的制造工艺通常包括以下几个步骤：1.碳纤维制备: 首先需要制备碳纤维材料，通常采用化学气相沉积或炭化等方法，得到具有一定强度和导电性能的碳纤维。
2.芯材制备: 芯材可以选择不同的复合材料，如高分子材料、钢丝等，根据导线要求进行优化配比，制备具有一定强度和耐腐蚀性的芯材。
3.复合制备: 将碳纤维与芯材进行复合，通常采用层叠、编织等方式，形成复合芯导线的基本结构。
4.预处理: 对复合芯导线进行预处理，如去除表面杂质、调整导线外径等，以便后续工艺处理。
5.涂覆保护层: 在复合芯导线表面涂覆一层保护层，增加导线的耐腐蚀性，提高使用寿命。
6.测试和质量控制: 进行导线的性能测试和质量控制，确保导线符合规定的标准和要求。
应用领域碳纤维复合芯导线具有多种优点，在以下领域得到了广泛应用：1.航空航天: 由于碳纤维复合芯导线具有轻质和高强度的特点，可以显著减轻飞机等航空器的重量，提高整体性能。
2.汽车制造: 碳纤维复合芯导线可以用于汽车的电气系统，提高系统效率并降低能耗。
3.电力传输: 碳纤维复合芯导线由于耐腐蚀和轻质的特点，适用于电力传输线路，能够减少能源损耗。
4.海洋工程: 碳纤维复合芯导线在海洋环境中具有一定的耐腐蚀性能，适用于海洋工程领域，如海底电缆等。
碳纤维复合芯导线在220 kV风电送出线路工程中的应用分析
- 58 -工 业 技 术０ 引言目前，我国已建的风电站多以110 kV~330 kV 升压站并入主网，少量分布式电站以35 kV 开关站接入当地电网，就地消纳。
风电具有波动性、随机性和不确定性等特性，如何在有限的输电通道内尽量提高导线利用率，在全寿命周期内进行导线技术经济比选尤为重要，因此研究碳纤维复合芯导线契合220 kV 风电送出工程的应用具有重要意义。
１ 碳纤维复合芯导线碳纤维复合芯导线是采用高强度复合材料芯替代传统钢芯制成的新型输电导线。
其承力部分主要为高强度复合材料芯，分为单芯芯棒和绞合型芯线2种，由外层玻璃纤维、内层碳纤维及树脂复合而成。
载流部分为外层包覆的多层软（硬）铝或铝合金绞线。
碳纤维复合芯导线具有强度高、耐腐蚀、耐高温、载流量大、线膨胀系数小、弧垂小、重量轻、采用压接型配套金具安装方便安全等特点，是一种性能优越的新型节能导线。
随着我国国民经济的迅猛发展，电力需求不断攀升，电网发展对输送容量大、弧垂特性优良、抗腐蚀性强、架线方便的增容导线需求强劲，碳纤维复合芯导线具有较好的技术经济优势，对其的推广应用具有重要的现实意义[1]。
结合风能等新能源送出工程，结合其利用小时数较低的特点，研究通过采用碳纤维复合芯导线以减小导线总截面，从而降低本体投资，以期达到全寿命周期内年费用最优的目的[2]。
２ 风力发电送出特点由于风能具有间歇性、波动性以及随机性的特点。
这决定了风电场出力无论在月内还是日内均有可能出现大幅变化。
年最大负荷利用小时数较低（平均在2 000 h 以下）、接入电网电压等级以110 kV~220 kV 为主、对输电线路储备容量要求较高，分布区域以西北和沿海为主是风电送出工程的主要特点[3]。
３ ２２０ ｋＶ风电送出线路系统参数选择笔者结合调研收资，发现220 kV 风电送出线路输送功率为200 MW~400 MW。
该文主要线路参数设定为最大风速27 m/s（10 m 高）和最大覆冰10 mm，平丘地形，年最大负荷利用小时数分别为1 600 h、2 000 h，对应年损耗小时数分别为500 h、700 h，上网电价按0.3元/kW ·h 、0.4元/kW ·h、0.5元/kW·h、0.6元/kW·h 比选。
ACCC碳纤维复合芯导线技术在县级电网的应用前景分析
ACCC碳纤维复合芯导线技术在县级电网的应用前景分析摘要：碳纤维复合芯导线（ACCC）是一种新型架空输电线路用导线，重量轻、耐拉伸、热稳定性好、弛度小、单位面积通流能力强和抗腐蚀是其突出特点。
特别适合于公司驻地滨海、矿山地区腐蚀强度大、污秽强度高、导线易舞动的使用环境。
满足建设资源节约型、环境友好型电网的要求，在县级电网中输电线路中具有良好的应用前景。
关键词：碳纤维复合芯导线分析应用前景利用架空导线输送电能是电力输送的主要手段。
伴随着社会经济的高速发展，土地资源日趋紧张，架空输电线路新通道的审批和新建成为电网建设的突出难题。
部分地区由于经济高速发展，用电负荷呈几何级数增长，原有输电线路输送能力已不能满足负荷的快速增长，更换导线、加粗导线、新出专线势在必行。
拆除旧有线路、改造杆塔再架设新导线的传统方法成本高，工期长，一旦线路架设不及时，原有线路通道将被政府规划部门收回，新架线路将无法使用原有线路通道，给电网规划和建设带来极大困难，一定程度的提高了工程造价并延长了建设周期；线路架设过程中的长时间停电，也极大影响了电网的供电可靠性和设备可用系数。
为解决上述矛盾，寻找一种既能利用原有线路通道又能最大程度减少杆塔改造，同时还能大幅提高线路输送能力的工程施工方法成为唯一出路，工程人员将着力点放在了架空输电导线的革新上，寻找一种新型的架空输电导线材料成为关键。
1 碳纤维复合芯导线介绍自从输电线路投运以来，输电架空导线的主要类型就是钢芯铝绞线（ACSR）。
伴随着新材料技术的发展，20世纪末外国材料公司对有机复合材料代替金属材料制作导线芯材进行了研发和实验，经过探索和攻关，开发出了新型复合材料合成芯导线。
复合材料合成芯导线使用碳纤维等新型复合材料代替传统的导线中的钢芯，形成一种全新的架空输电线路导线，该技术的研发成功是架空输电线路一个里程碑式的标志。
目前，应用较多并取得一定成果的新型复合材料合成芯导线中，以美国CTC公司生产的碳纤维复合芯导线（ACCC）最为典型，已投入商业运行并取得了一系列的成功案例。
ACCC(碳纤维复合芯铝绞线)导线的应用和金具的研制
试验方法：温度 35±2℃腐蚀气氛 5%Nale 溶液喷雾
方法：截取芯 10 根，每根长 250mm， 称重，36.8792g，按盐酸腐败蚀法要求程序 进行，整个周期共 360h。结束后，拍照称重， 重量为 36.8792g，无见腐蚀凝点，重量无变 化。
ACCC（碳纤维复合芯铝绞线）导线的应用和金具 的研制
严行健 范正满
（江苏省电机工程学会 江苏南京 210024）
THE APPLICATION OF ACCC(ALUMINUM
CONDUCTOR COMPOSITE
CORE/TRAPEZOIDE WIRE) AND THE STUDY
OF METAL MODEL
0 引言
随着我国国民经济不断增长，对电力需 求也不断攀升，要求输电线路的传输容量越 来越大。为了解决在提高同条电力线路输送 容量的同时又能利用己有铁塔，不增加线路 走廊用地，探索我国电网改造，提高原有线 路利用率的途径，构建安全、环保、高效节 能、节约型输电网络的最有效办法即采用碳 纤 维 复 合 铝 芯 绞 线 ， 美 国 名 ACCC ： （ Aluminum Conductor Composite Core/Trapezoide Wire，本文简称 ACCC 导
0.01522 0.05394
200C 交流 电阻
0.02155 0.00951
75℃
598 1251
200℃
1098 2067
拉断力
（KN）
72.45 182. 8
注：1、截流量环境温度为 20℃时测得导体 所在温度截流量。
检测的数据、试验结果和美国 CTC 公司 提供的参数基本一致，略有差异，完全可以 应用国内输变电工程。 1.2 主要试验
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碳纤维复合芯导线的研究和应用
导线作为输电线路最主要的部件之一，承担着线路最主要的电能传输功能。
目前电力需求不断增长，电网中部分老旧线路导线线径过细、输送能力不足，需要更换导线进行线路增容改造。
为有效利用现有杆塔等设施，大幅度提高输送容量，减少输送中电力的损耗，应用碳纤维导线，来提高电网的输送能力，同时可以减少土地资源、有色金属资源等消耗，避免更换杆塔带来的民事协调和占地补偿，节约建设和运行总成本。
根据国网公司提出的输电线路“两型三新”要求，即“资源节约型、环境友好型、新材料、新技术、新工艺”，采用新型导线、节能金具等新材料，有利于统一建设标准和规范材料选择、降低钢材耗量和工程造价、提高输电线路建设效率和效益。
碳纤维导线就是一种新型导线，可以满足输电线路节能环保、减少走廊占地、提高输送容量、降低建设运行总成本的要求。
近年来，在多条线路改造中尝试使用碳纤维导线，从线路后期运行看，均达到了理想的效果。
一碳纤维导线与常规导线对比
碳纤维导线与常规钢芯铝绞线相比，具有重量轻、强度大、热膨胀系数小、导电率高、线损低、载流量大、耐腐蚀性能好等优点。
碳纤维导线截面钢芯铝绞线截面
碳纤维导线是一种新型导线，内部
是一根由碳纤维为中心层和玻璃纤维包
覆制成的复合芯，外层由一系列呈梯形
截面的软铝线绞合而成。
碳纤维导线在
机械性能和电气性能方面均优于钢芯铝
绞线。
使用碳纤维替代钢芯可以大量减少钢材等有色金属资源消耗，有利于实现生态环境的可持续发展。
而且碳纤维导线比普通钢芯铝绞线线损低，降低了电能在传输过程中的损耗，减少了资源消耗和能源损失，属于节能环保型导线。
二碳纤维导线的应用
由于碳纤维导线价格过高，新架线路中应用造价优势不明显，故碳纤维导线主要应用在35kV及以上线路增容改造中。
线路增容通常采取异地重建或者在原线路上更换大线径导线，在无新建通道、原线路又不能长时间停电改造的条件限制下，利用原线路通道和现有杆塔，选择合适的轻质大容量导线，确保安全可靠。
在输电线路工程中，走廊占地以及后期的维护、改造临时占地问题，一直是困扰着电力行业的难题。
电力法权威性差，当出现与林业法、道路交通法等相关法律法规冲突的时候，往往是电力法让位。
而且随着老百姓维权意识的逐年提高和获取赔偿经验的逐年丰富，使得协调工作难度逐年加大、赔偿费用逐年攀升。
而在线路增容改造中使用碳纤维导线，可利用原有杆塔结构，还有线路走廊等资源，可大幅节省改造成本和协调赔偿。
所以碳纤维导线在线路增容改造中的应用前景良好。
对于现有老旧线路增容改造，只需要把原线路上的钢芯铝绞线更换成铝截面基本相同的碳纤维导线，即可达到增容60-100%、缩短建设周期、提高安全系数、节约造价的目的。
其次，在线路运行维护方面，尤其是线路高峰负荷期间的运行，碳纤维导线弧垂变化较小、允许工作温度高、载流量大的特点，比钢芯铝绞线具有明显的优势。
碳纤维导线的构造与钢芯铝绞线类似，但其机械性能和电气性能与钢芯铝绞线有差别。
碳纤维导线梯形软铝层光滑易划伤、碳纤维复合芯抗弯曲性能差，所使用工器具要求与钢芯铝绞线有很大差别。
需要厂家对施工
单位及运行单位进行碳纤维导线技术参数、检修工艺、运行管理等内容的培训，让相关人员更快的熟悉碳纤维导线。
三碳纤维导线的优势
1 节省输电线路的建设成本。
在新架线路中使用碳纤维导线，允许增加杆塔之间的跨距，降低其设计强度，减少杆塔、基础的数量和设计强度可降低输电线路的建设成本。
在线路改造中使用碳纤维导线，可利用现有的杆塔、基础及大部分绝缘子，还有线路走廊等资源，节省了改造成本。
2 节省输电线路的运行维护成本。
碳纤维导线的力学、热学、电学特性均优于钢芯铝绞线，线路投运后各类机械、电气事故很少发生，节省了维护成本。
3 提高输电线路的输送能力，降低电能损耗。
碳纤维导线比常规钢芯铝绞线载流量大，线损低，有助于构造环保、高效、节约型输电网络。
4 避免繁琐的民事协调。
碳纤维导线可满足原线路结构，利用原有走廊等资源，不存在重建基础的占地问题，避免了不必要的民事协调工作和赔偿费用。
四效益分析
1 节省了输电线路的建设成本。
老旧线路的增容，通常采用在原线路上更换更大线径导线或异地重建的方法进行改造。
原有杆塔无法承受更重的负载，使用更大线径导线需要更换强度更高的杆塔、基础。
使用碳纤维导线，可利用现有的杆塔、基础及大部分绝缘子，缩短了停电改造工期，节省了大部分改造成本。
相比拆除重建钢芯铝绞线线路方案，使用碳纤维导线节约造价约45%。
在新架线路中使用碳纤维导线，允许增加杆塔之间的跨距，降低其设计强度。
杆塔工程的费用约占整个工程的30%～40%，土方基础费用约占整个工程的20%～35%，而且在占地、施工、运输、工期和运行安全等方面均占有很大比重。
因此减少杆塔、基础的数量和设计强度可大幅降低输电线路的总成本，抵消了碳纤维导线本身价格高的影响。
2 节省了输电线路的运行维护成本。
碳纤维导线的力学、热学、电学特性均优于碳纤维导线，线路投运后
各类机械、电气事故很少发生，减少了维修次数，节省了维护成本。
而且更换碳纤维导线可提高线路的输送能力，达到增容目的，适当提高了售电能力。
3 降低了线损带来的经济损失。
碳纤维导线电阻小，导电能力强，线损比同线径钢芯铝绞线低0.5%左右。
按照每条线路每年1000万千瓦时计算，每年节电5万千瓦时。
按电价每度约0.8元计算，每条线路每年节约40余万元电量损失。
五碳纤维导线的施工
采用张力展放碳纤维导线。
架线前检查各施工段的平断面图、明细表等，重新调查沿线的交叉跨越等障碍物，进行线路通道清理，合理布置张力场和牵引场的位置。
采用一台牵引机、一台张力机进行导线展放施工，一个耐张段设置一个张力场、一个牵力场。
根据现场情况搭设跨越架，安装防磨滚筒。
碳纤维导线专用牵引网套碳纤维导线芯棒固定线夹使用编织防扭钢丝绳和碳纤维导线专用牵引网套进线张力放线施工。
先撤下旧导线，然后展放碳纤维导线。
使用厂家定制的牵引网套和芯棒固定线夹。
使用芯棒固定线夹将碳纤维芯固定，并用胶带包缠夹具，再将蛇皮套套进，防止碳纤维芯在牵引过程中相对收缩，发生跑线事故。
按放线段计算出牵引机的牵引力、张力机的张力值，调整好牵引机的牵引力机张力机张力的整定值。
开始慢速牵引机导线，牵引机逐步增大牵引力及速度。
在放线过程中，所有跨越档的监护人员应随时报告导线对地及跨与物的距离，现场指挥要根据要求调整放线张力，以确保导线不被磨损。
当牵引头距离放线滑车30-50米时，应适当减慢牵引速度，使牵引头平缓通过放线滑车，减少冲击力。
当导线盘的导线剩下最后一层时，减慢牵引速度；当盘上剩下6-7圈时，停止牵引。
为了不损伤外层铝合金导线，临时锚线采用预绞丝，预绞丝安装位置综合考虑临时锚线及紧线安装方便。
碳纤维导线导线所用金具，均为碳纤
维导线专用配套金具，内层不锈钢，外层铝合金。
压接工艺严格按照厂家提供的指导手册进行。
碳纤维导线专用接续金具组件碳纤维导线专用耐张金具组件
导线展放完毕如立即进行弧垂观测，需考虑初伸长问题，通常采用降温补偿法，如果放完导线24小时后进行驰度观测则不考虑初伸长。
六结语
使用碳纤维导线，不仅取得了输电线路全寿命周期的效益最大化，还产生巨大的经济效益、社会效益和环境效益，符合国家“节能降耗”、“两型三新”的政策要求。
采用新材料、新技术、新工艺，又好又快建设“资源节约型、环境友好型”输电线路，实现输电线路可持续发展。