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摘要：根据国内近年来碳纤维复合材料芯导线的应用情况，分析提出了取代常规钢芯铝绞线的碳纤维复合芯导线的推荐线型，通过对220kV改造线路和500kV新建线路模型的计算分析，得出在改造线路和新建线路工程中，应用碳纤维复合芯铝绞线与常规钢芯铝绞线的技术经济比较，并进一步对碳纤维复合芯导线价格构成及未来推广应用条件进行了分析。
关键词：碳纤维复合材料芯导线；工程；应用；费用；价格
0 引言
上世纪90年代，日本昭和电线电缆株式会社、东京制纲株式会社和东北电力株式会社共同开发出ACFR导线。主要用于解决既有架空输电线路导线弧垂过大、对地净空距离不足的问题。ACFR导线已在日本东北电力公司宫城支店的66kV输电线路上试用，但是由于日本的新建线路极少，碳纤维复合芯导线在日本没有得到大规模应用。
碳纤维复合材料芯导线在国外应用的线路数量和公里数都远少于在国内的应用数量。然而，在国内推广应用碳纤维复合材料芯导线的技术经济性究竟如何，在何种情况下采用该导线占优，本文就该问题进行了分析研究，提出了在改造工程和新建工程中应用碳纤维复合芯导线的建议，并对导线的价格进行了分析。
1 碳纤维复合材料芯导线概述
1.1 碳纤维复合材料芯导线分类
目前已研制出来的碳纤维复合材料芯导线的种类很多，可以按以下三种方式分类。第一种是按碳纤维复合材料芯的形状分类，可以分为两类。一类是多股碳纤维复合材料芯绞合而成。第二种是按导体材料分类，可分为三类。一是硬铝，二是软铝，三是耐热铝合金。第三种是按导体的形状分类，可分为两类。
碳纤维复合材料芯可以按其强度分为三个等级，这三种（T1级、T2级、T3级）碳纤维复合材料芯强度均高于特强钢线。硬铝的导电率低于软铝，且不能耐受高温，与碳纤维复合材料芯的组合不能使碳纤维复合材料芯的强度充分发挥作用，不能用于改造线路。而软铝的导电率最高，可充分体现节能降耗的作用，强度低，可以耐受高温，软铝型线与碳纤维复合材料芯的组合可以在高温下运行，使碳纤维复合材料芯的强度充分发挥作用。因此下面重点对“碳纤维复合芯＋软铝＋型线”的碳纤维复合芯导线进行分析，如不特殊说明均指该种导线。
1.2 碳纤维复合芯导线特点
相比于同规格的钢芯铝绞线，碳纤维复合芯导线具有质量轻、抗拉强度大、线膨胀系数小、弧垂小、载流量大、线损小、耐高温、耐腐蚀等特点[1]。但是在工程应用中最看重的特点：一是弧垂小；二是线损小。
由于碳纤维的抗拉强度大、密度小、线膨胀系数低，所以直接导致碳纤维复合芯导线在同样档距下的弧垂较小。以碳纤维复合芯导线与常规钢芯铝绞线的对比为例说明碳纤维复合芯导线能否在扩容改造工程和新建线路中应用，不仅要在技术上可行还要在经济上合理，因此要结合具体工程进行技术经济比较。
2 改造线路工程的技术经济分析
由于我国经济发展较快，用电负荷激增，线路增容改造的需求较大，但由于走廊资源有限，选择在旧有线路上改造的比例较大。一般有两种方案：一是采用推倒重建（换塔换线）的方式；二是采用不换塔只换线的方式，在原有杆塔上通过将原有导线更换为碳纤维复合芯导线而达到增容的目的。为对比采用钢芯铝绞线与碳纤维复合芯导线的技术经济性，以华北地区某220kV线路工程为例，建立了一个改造线路计算模型。
改造线路模型：220kV电压等级，单回，线路长度20 km，原线路导线为2×LGJ-400/35。为了达到增容的目的，若推倒重建（换塔换线）可选择的导线为4×LGJ-400/35，若不换塔只换线则可选择的导线为2×JRLX/T3-415/50。分别计算两种方案的工程造价，结果详见表2-1。
计算时LGJ-400/35和JRLX/T3-415/50的价格均取当前市场均价。LGJ-400/35的价格按23元/米（16800元/吨）计算，JRLX/T3-415/50的价格按100元/米计算。在此前提下，采用碳纤维复合芯导线（不换塔只换线方案）比采用普通导线（换杆塔换线方案）的方式仅在本体造价方面，每公里就可节约30%。所以在改造线路工程上采用碳纤维复合芯导线不仅技术可行，而且节约工程费用。
3 新建线路工程的技术经济分析
碳纤维复合芯导线在国内目前仅在220kV以下增容改造输电线路上有所应用，而在500kV及以上电压等级线路的应用尚属空白。为分析研究碳纤维复合芯导线在新建线路工程中应用的可行性，特建立一个500kV新建线路计算模型。
通过比较可以得出，碳纤维复合芯导线方案的单公里本体投资要比常规钢芯铝绞线高出许多，在造价增加部分中，主要是由于导线价格较高所致。碳纤维复合芯导线方案折为现值的全寿命周期成本比常规钢芯铝绞线高出28%，主要原因是由于初建成本较高，归根到底也即碳纤维复合芯导线价格较高所致。
4 碳纤维复合芯导线价格分析
碳纤维复合芯导线价格高昂，主因是由于碳纤维芯价格较高。生产碳纤维芯的两大主要原材料是碳纤维和环氧树脂，影响碳纤维芯价格的主要因素是碳纤维价格和复合芯直径两个参数。
4.1 复合芯直径影响分析
近年来，随着国产碳纤维生产技术不断进步，国外碳纤维产品价格逐渐趋于理性，同时随着国产碳纤维产量不断上升，价格也有降价的趋势。碳纤维价格的逐步降低也将带动碳纤维复合芯导线价格进一步下降。从目前情况看，碳纤维复合芯导线的价格虽略有下降，但仍然是同截面常规钢芯铝绞线的3～4倍。在不换杆塔只换线的改造线路工程中，因避免了新建杆塔及基础的本体费用，所以采用碳纤维复合芯导线的技术经济性较优，但是在新建线路工程中采用碳纤维复合芯导线就没有经济优势。只有当碳纤维复合芯导线价格降至同截面常规钢芯铝绞线的2倍以下时，在新建线路工程中采用碳纤维复合芯导线才具有经济优势。
5 结论
1）在目前众多的碳纤维复合材料芯导线类型中，碳纤维复合芯软铝型线是一种较理想的推荐线型。
2）在改造线路中使用碳纤维复合芯导线实现倍容，不仅技术可行，而且节约工程费用。在新建线路工程中，只有当碳纤维复合芯导线价格降至同截面常规钢芯铝绞线的2倍以下时，才具有经济优势。
参考文献：
[1] 何州文，陈新，王秋玲，张卓.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)：90-93.
[2] 亢晓峰，程景春.碳纤维复合芯( ACCC) 导线在天津电网的应用设计[J].天津电力技术，2009，4：25-29.
论文作者:王新欣1,门吉光2
论文发表刊物:《电力设备》2017年第2期
论文发表时间:2017/3/28
标签：碳纤维论文; 导线论文; 线路论文; 复合材料论文; 价格论文; 工程论文; 绞线论文; 《电力设备》2017年第2期论文;