（四川电力送变电建设有限公司 四川成都 610000）
摘要：伴随着社会经济的高速发展和工业、居民用电量的急剧增加，国土资源及林地资源日趋紧张，构建清洁能源的需求迫在眉睫，眼前为了留住青山绿水的良好生态环境，架空输电线路新建通道的审批和立项成为电网建设的突出难题。碳纤维复合芯导线是一种新型架空输电线路导线，自身重量轻、耐拉伸及热稳定性好、弛度小、单位面积通流能力强和抗腐蚀是其突出特点。碳纤维复合芯导线具有的节能降耗、重量轻等优点能够满足建设资源节约型、环境友好型电网的要求，在各电压级电网输电线路中具有良好的应用前景。碳纤维复合导线是目前全世界电力输变电系统理想的取代传统钢芯铝铰导线、铝包钢导线、铝合金导线及进口殷钢导线的新产品，同样容量线路投资成本低于普通导线。经过多种型式试验，碳纤维复合芯导线表现出了良好的机械性能和电气性能，碳纤维复合芯导线自进入我国以来逐步得到广泛应用，近年来已有规模化应用的趋势，近年国网公司确定了多条新建线路工程试点及技改工程应用了该导线，同时国内一大批投运线路已开始或计划进行碳纤维复合芯导线更换，这一切标志着碳纤维导线逐渐开始了大规模应用的新时代。
正文
根据国家电网公司推广实施“两型三新”（资源节约型、环境友好型，新技术、新材料、新工艺）线路建设，在确保输电线路功能可靠的前提下，节约走廊资源，提高线路输送容量，降低建设和运行总体成本，目前多条已投运碳纤维复合芯铝绞线均取得很好的经济效益，在与传统钢芯铝绞线对比中均体现出各方面性能的优势。
一、碳纤维复合芯铝绞线与传统钢芯铝绞线导线张力架线工法对比
碳纤维复合芯导线的技术关键是碳纤维为中心层和玻璃纤维包覆形成的单根芯棒，由多根耐热铝合金圆线与碳纤维复合材料芯同心绞制而成的架空输电线路绞线。碳纤维复合芯导线与同规格同截面积传统导线相比有重量更轻、导电率更高、线损更低、载流量更大的优势，特别是其重量轻的特点可以满足不新建通道、不更换基础、不需新建铁塔的优势，只需对旧导线进行技改换线即可满足增容的要求，但碳纤维复合芯导线存在抗挤压、抗弯、抗扭性能差等缺点，在架线过程中其对弯曲半径要求较高，由于碳芯导线的外层软铝强度低，施工过程中极易受磕碰、磨擦等原因造成损坏，考虑导线通过滑车的数量及转角滑车角度大小等关键因素，比较制约架线张牵场地的选择性，特别是高山峻岭地区交通运输不便的地区很难满足导线运输及大型张牵设备进场，因此碳纤维复合芯导线的张力架设施工方案必须围绕着能克服其缺点的原则去考虑。
图一 碳纤维复合芯导线结构图 图二 钢芯铝导线结构图
碳纤维复合芯铝绞线导线进行张力展放前需掌握导线的节径比大小、碳芯棒的直径偏差情况，该导线在生产过程中如有轻微翻转在施工过程中较难发现，该情况在经过多个滑车展放后这种翻转效应不断放大，最后将呈现“抛股”现象，故施工展放前及展放过程中必须加强碳芯导线的质量检查及观察。出现抛股后一般很难恢复原状，多数均需进行返厂更换，影响工期及成本。因碳纤维复合芯铝绞线要求弯折半径较大，弯折半径不得小于30D，架线施工中一般不得小于1m且张力架线中要求放线区段不允许超过15个放线滑车，在张力放线过程中导线盘与张力机的距离应不小于15m，导线进张力机的水平夹角不应大于10°，若大于10°应在导线盘和张力机之间需安装一个最小工作直径（导线直径 25 倍）的滑车，将导线引入张力机导向轮。张力机应布置于顺线路方向，不允许使用落地滑车等方式转向，张力机进出口与邻塔悬点的高差角不宜超过 12.5°，水平角控制在6°内。在目前碳纤维导线规模化应用处于初期，对导线在放线滑车上的包络角必须从严要求，碳芯导线张力展放过程中，必须控制导线与放线滑车的包络角不超过25°，包络角大于25°时应加挂放线滑车。张力放线过程的工器具使用传统的放线滑车及升空滑车将不能满足导线弯折半径要求，传统小轮径滑车会对导线造成不可逆转的损伤，所以在张力放线及在升空过程中需设置一套松紧系统，两套系统同时向升空档内收紧导线，碳纤维复合芯铝绞线在开线过程中，应用专用卡线器进行临锚和对收开线，同时用普通卡线器将碳芯导线尾线提住，由于普通导线开线钳无法开断高强度的碳棒芯故断线作业必须选用专用工器具。碳纤维复合芯铝绞线本身具有空散的质量隐患，在经过多个滑车展放后，碳芯导线外部的梯型铝线处于疲劳状态，放线滑车不正常转动使碳芯导线外部的型线弯挤压受力分布不均匀，造成铝线抛股受损，相比传统钢芯铝绞线施工工艺要求更高，张牵场选择困难，使用专用工器具更多，但施工作业工效更高，有效减少工期及人力成本。
二、碳纤维复合芯铝绞线连接施工工艺研究
碳纤维复合芯铝绞线连接需专用连接金具及配套专用压模，碳芯不能采用压接的方式进行连接，接续管配套产品包括（外压接管、内衬管、楔型夹座、楔型夹、连接器）。为保证压接过程不损坏碳芯，压接机达60Mpa-70Mpa的压力保压 1-2 秒即可，及时把换向阀手柄扳到中间位置停顿，相比传统导线液压压力更小，对导线液压机要求较低，使用100t液压机即可满足施工要求，相比传统钢芯铝绞线主要液压受力部位为钢芯线，而碳纤维复合芯铝绞线连接主要受力为碳芯受力，受力安全性能更可靠。碳纤维复合芯铝绞线导线直线接续管外加蛇节型保护套管后直接通过放线滑车，导线与牵引走板的连接采用专用网套或牵引头进行连接。
图四 碳纤维复合芯铝绞线连接图例及工序
碳纤维复合芯铝绞线液压施工工艺与传统钢芯铝导线施工工艺对比优势突出，安全可靠性高，液压施工时间短、需液压面积少、其机械连接使用专用线夹受力更好、施工工序更简化，施工中仅需将复合芯从楔型夹座小内径一端穿入，然后将复合芯从楔型夹较窄一端穿入，并夹住芯棒，复合芯露出楔型夹5mm，回拉楔形夹座，将楔形夹连同芯棒整体滑进楔形夹座内将钢锚拧入楔型夹座，用扳手拧紧即可。钢锚安装过程仅需一名操作人员使用扳手卡紧楔形夹座扁平端并握住扳手，另一名操作人员使用扳手将钢锚拧入楔形夹座内即完成。碳纤维复合芯铝绞线液压施工外层铝管压后最大对边距“推荐值”与传统导线液压计算方式基本一致是以标准管径计算的，作为参考值，钢芯铝绞线计算方法按照S=0.866×0.993D+0.2（mm）其中D为管实测外径、S为管压后对边距。而碳纤维导线压接后六角形对边尺寸推荐值为0.866D+0.2mm（D为压接管外径），当任何一个对边尺寸超过推荐值时需更换压模重新施压，由于液压仅需60Mpa-70Mpa的压力，在施工过程中除非机械故障和操作不当，其压后对边距数据均能满足要求。通过对JLRX1/F1B-400/45型碳纤维复合芯铝绞线进行试验送检，待碳芯机械接续完好后施压达60Mpa压接铝管，对一组（六个耐张线夹、三个直线接续）进行握力试验，其数据表明其握力值完全满足要求，当握力值达到145kN时导线对金具未见滑移且未对导线产生破坏。
三.碳纤维复合芯导线优势
碳纤维复合芯铝绞线中的铝导线截面积比钢芯铝绞线多26-32%，导线载流量大大高于常规钢芯铝绞线，有效运行温度达到200℃高温以上，该导线达到一定温度时，其机械张力全部转移至由碳纤维芯来承担，而常规钢芯铝绞线的运行温度仅达120℃左右，以目前高压线路国内常用的JLRX1/F1B-400/45型碳纤维复合芯铝绞线为例其导线最高长期允许运行温度允许达到160℃，抗拉力大于115.8kN，每公里重量大大低于钢芯铝绞线仅1192kg，在不进行改造杆（塔）情况下可以直接重新架设新线，大大降低了技改工程的成本。由于碳芯强度高新建线路工程可以通过减少的杆（塔）数量，加大杆（塔）之间的跨度，可以减少20%以上的杆塔量及征地面积，最终大大降低建造成本。碳纤维复合芯导线耐环境恶化性能好，不生锈、不腐蚀、不与铝导线或其它部件产生电解反应，可以循环利用。较高的运行效率有助于降低运行成本，还能满足载流要求。通过运行经验及研究数据表明在相同传输容量下，线损减少主要由于该导线载容量高且没有钢芯，故不存在钢芯的损耗，大大减少发电容量，有利节约能源成本，通过大量在运行工程的研究及统计，均体现了碳纤维复合芯导线运维成本更低的优势。碳纤维复合芯导线优势较多但仍存在不足，根据握着力实验测试数据、现场相关数据分析表明碳芯和外层铝股因附着力较小的原因，在施工过程中碳芯和铝股容易产生相对较大位移及碳纤维导线易损伤情况，导致施工难度加大，在运行二年内的线路中也发现因未知情况受损导致铝层起“灯笼”的情况发生。
四.经济效益分析
使用碳纤维复合芯导线进行线路技改升级非常具备优势，可利旧基础及杆塔，大大节约新建成本，可减少或不破坏沿线农作物，特别是减少或不砍伐树木。但目前国产碳纤维复合芯导线质量稳定性不高，铝层容易在受力后“抛股”难以修复，施工过程中架线难度较大，但在提高运行质量，减少电晕、噪声影响方面具有突出优势。该导线提高了电能的输送能力，对电网长期稳定运行起保障作用，同时在施工中减轻了施工作业人员的劳动强度，解决了过去繁重的劳动强度和笨重的工具，合理实现了机械作业，可流水作业，减少了工器具的数量和劳动强度，大大提高了施工作业工效及输电能力。使用碳纤维复合芯导线应用于输电线路工程既节约了线路投资成本又满足了社会日益增加的用电需求。
参考文献：
[1]DL/T5285-2013输变电工程架空导线及地线液压压接工艺规程[S]付晶晶 碳纤维复合芯导线在输电线路工程中的应用
作者简介：
罗意（1984、09），男，本科，四川电力送变电建设有限公司，主要从事输电线路施工工作。
论文作者:罗意
论文发表刊物:《河南电力》2018年13期
论文发表时间:2018/12/26
标签：导线论文; 碳纤维论文; 滑车论文; 绞线论文; 线路论文; 过程中论文; 成本论文; 《河南电力》2018年13期论文;