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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
中图分类号：F406文献标识码： A 文章编号：
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。从各种增容导线发展的历史来看,既有传统习惯上的影响,也有互相借鉴、优势互补的作用。碳纤维复合芯软铝导线具有较多的优势。
1.强度高：一般钢丝的抗拉强度为1240Mpa,高强钢丝为1410Mpa,而JR-LX/T导线的碳纤维和玻璃纤维混合芯棒,其抗拉强度可达到2399Mpa,分别为前两者的1.93倍和1.7倍。
2.导电率高,载流量大：由于JRLX/T导线不存在钢丝材料引起的磁损和热效应,而且在输送相同负荷的条件下,具有更低的运行温度,因此可以减少输电损失约6%。相同直径(28.14mm)时JRLX/T导线的铝材截面为常规ACSR导线的1.29倍,因此可以提高载流量29%。在180°C条件下运行,其载流量为常规导线的两倍。
3.线膨胀系数小,弛度小：JRLX/T导线与ACSR导线相比具有显著的低弛度特性,在相同的实验条件下,温度从26.10C上升到183°C时,常规ACSR导线的弛度从236mm增加到1422mm,提高了5倍;而JRLX/T导线的弛度仅从198mm增加到312mm,提高仅0.57倍。JRLX/T导线弛度的变化量仅为常规ACSR导线的9.6%.在高温下弧垂不到钢芯铝绞线的1/10.能有效减少架空线的绝缘空间走廊,提高了导线运行的安全性和可靠性。
4.重量轻：碳纤维复合芯材料的比重约为钢的1/4.在相同的外径下,JRLX/T的铝截面积为常规ACSR导线的1.29倍.JRLX/T导线单位长度重量约为常规ACSR导线的60~80%,显了JRLX/T导线重量轻的优点。常规ACSR导线(LGJ240/55)单位长度重量为1.108kg/m(其中铝材部分为0.651kg/m,钢芯部分为0.439kg/m).而JRLX/T导线(Lin-net431kcmil)为0.653kg/m(其中复合材料芯仅为0.051kg/m)。
5.耐腐蚀,使用寿命长：碳纤维复合材料与环境亲和,避免了导体在通电时铝线与镀锌钢线之间的电化腐蚀问题，较好地解决铝导线长期运行的老化问题JRLX/T能使用常规的技术和设备进行安装。
6.降低线路成本：FCI/Burndy公司依具CTC技术规范制造耐张金具、中间结头、端子和其它零件。插在铝套管内的契形夹将张力从复合芯传送到终端上。每个终端均经过广泛的试验确保符合ASTM和IEEE标准。振动、循环温度和最终拉力试验是JRLX/T的典型试验。值得注意的是相同等级或规格的常规ACSR的抗拉强度值为31500磅、JRLX/T侧达到45632磅。抗拉强度的明显提高允许设计工程师增加杆、塔之间的跨距,因而降低工程成本。
三、碳纤维复合芯导线在实际应用的施工情况
借鉴ACCC在南通的首次架设的实际施工情况来说明。由于导线本身的材质与特殊性给施工带来相当的难度,主要表现在导线表层为退火铝线,较软易磨损及松股,中间为光滑的高强度复合芯,比钢芯更脆而容易损坏。施工技术人员经多次深入现场调研和各种材料的试组装和性能测试,顺利解决了张力牵放线、过滑车、接续管与耐张线夹压接、附件安装等问题,圆满完成施工任务。施工过程中,施工单位制定了一系列技术措施确保导线安装的安全和质量。
1．由于ACCC铝线为软铝,硬度较普通导线铝软,倘若使用平时放线用的放线滑车,必将造成导线外层的摩擦损伤,所以特地使用尼龙滑车,槽底加垫橡胶,以减小牵引施工对导线的磨损,同时在平衡开线时,紧线器端钢丝绳要包橡皮套,防止磨损导线,并绝对避免接触地面,在可能要碰到的地方加垫油布和草袋。
2.由于ACCC弯曲度不能过小,以防止碳纤维复合芯损伤,牵引角度较大的耐张塔、直线塔均使用双滑车,在平衡开线时,用绳子将导线与钢丝绳捆扎,托住导线,防止尾线下垂角度过大。
3.紧线时速度放慢,避免导线受到外部冲击受损。
4.耐张金具、中间接续金具与普通导线不同,压接及安装方法较普通导线有所区别,必须确保碳纤维复合芯导线在安装时没有任何损伤。
总结在施工过程中遇到了一些问题,需在以后的施工过程中加以改进或实践。第一，该导线的直线接续管如何过滑车问题尚未经实践(直线管长度达到1.6m),现在要求是不允许过滑车,今后施工如采用过渡方法难度较大。第二，导线的卡线设备及紧线装置均采用预绞丝代替,成本高,重复使用率低。
四、关于碳纤维复合导线在应用中的几点体会
1.碳纤维复合导线是1种有良好性能和应用前景的导线,新型复合材料本身是1种较为成熟的技术,但要在输电线路中推广应用,特别在高压输电线路中应用,还需尽快不断积累经验和完善技术。
2.从节能、环保、降低成本、增加输送容量、提高电网安全运行等综合效益看,在输电线路中推广应用新型碳纤维复合导线具有非常大的经济效益和社会效益,随着技术上的不断进步和完善,可以期待新型碳纤维复合导线在输电线路会有良好的应用前景。
3.建议在110~220kV线路先尝试挂网试验,取得经验后再尽快推广应用于电网。
结 语 复合芯软铝导线技术对节约电能、改善环境有着非常重要的意义,具有广泛的应用前景。
参考文献
[1]尤传永.耐热铝合金导线的耐热机理及在输变电线路中的应用[J].电力建設. 2003.
[2]蒋华君毛龙生.节能型碳纤维复合芯软铝导线技术在电力线路上的应用[J].科技论坛.2011.
关键词：碳纤维复合芯；软铝导线；应用；体会
中图分类号：F406文献标识码： A 文章编号：
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。从各种增容导线发展的历史来看,既有传统习惯上的影响,也有互相借鉴、优势互补的作用。碳纤维复合芯软铝导线具有较多的优势。
1.强度高：一般钢丝的抗拉强度为1240Mpa,高强钢丝为1410Mpa,而JR-LX/T导线的碳纤维和玻璃纤维混合芯棒,其抗拉强度可达到2399Mpa,分别为前两者的1.93倍和1.7倍。
2.导电率高,载流量大：由于JRLX/T导线不存在钢丝材料引起的磁损和热效应,而且在输送相同负荷的条件下,具有更低的运行温度,因此可以减少输电损失约6%。相同直径(28.14mm)时JRLX/T导线的铝材截面为常规ACSR导线的1.29倍,因此可以提高载流量29%。在180°C条件下运行,其载流量为常规导线的两倍。
3.线膨胀系数小,弛度小：JRLX/T导线与ACSR导线相比具有显著的低弛度特性,在相同的实验条件下,温度从26.10C上升到183°C时,常规ACSR导线的弛度从236mm增加到1422mm,提高了5倍;而JRLX/T导线的弛度仅从198mm增加到312mm,提高仅0.57倍。JRLX/T导线弛度的变化量仅为常规ACSR导线的9.6%.在高温下弧垂不到钢芯铝绞线的1/10.能有效减少架空线的绝缘空间走廊,提高了导线运行的安全性和可靠性。
4.重量轻：碳纤维复合芯材料的比重约为钢的1/4.在相同的外径下,JRLX/T的铝截面积为常规ACSR导线的1.29倍.JRLX/T导线单位长度重量约为常规ACSR导线的60~80%,显了JRLX/T导线重量轻的优点。常规ACSR导线(LGJ240/55)单位长度重量为1.108kg/m(其中铝材部分为0.651kg/m,钢芯部分为0.439kg/m).而JRLX/T导线(Lin-net431kcmil)为0.653kg/m(其中复合材料芯仅为0.051kg/m)。
5.耐腐蚀,使用寿命长：碳纤维复合材料与环境亲和,避免了导体在通电时铝线与镀锌钢线之间的电化腐蚀问题，较好地解决铝导线长期运行的老化问题JRLX/T能使用常规的技术和设备进行安装。
6.降低线路成本：FCI/Burndy公司依具CTC技术规范制造耐张金具、中间结头、端子和其它零件。插在铝套管内的契形夹将张力从复合芯传送到终端上。每个终端均经过广泛的试验确保符合ASTM和IEEE标准。振动、循环温度和最终拉力试验是JRLX/T的典型试验。值得注意的是相同等级或规格的常规ACSR的抗拉强度值为31500磅、JRLX/T侧达到45632磅。抗拉强度的明显提高允许设计工程师增加杆、塔之间的跨距,因而降低工程成本。
三、碳纤维复合芯导线在实际应用的施工情况
借鉴ACCC在南通的首次架设的实际施工情况来说明。由于导线本身的材质与特殊性给施工带来相当的难度,主要表现在导线表层为退火铝线,较软易磨损及松股,中间为光滑的高强度复合芯,比钢芯更脆而容易损坏。施工技术人员经多次深入现场调研和各种材料的试组装和性能测试,顺利解决了张力牵放线、过滑车、接续管与耐张线夹压接、附件安装等问题,圆满完成施工任务。施工过程中,施工单位制定了一系列技术措施确保导线安装的安全和质量。
1．由于ACCC铝线为软铝,硬度较普通导线铝软,倘若使用平时放线用的放线滑车,必将造成导线外层的摩擦损伤,所以特地使用尼龙滑车,槽底加垫橡胶,以减小牵引施工对导线的磨损,同时在平衡开线时,紧线器端钢丝绳要包橡皮套,防止磨损导线,并绝对避免接触地面,在可能要碰到的地方加垫油布和草袋。
2.由于ACCC弯曲度不能过小,以防止碳纤维复合芯损伤,牵引角度较大的耐张塔、直线塔均使用双滑车,在平衡开线时,用绳子将导线与钢丝绳捆扎,托住导线,防止尾线下垂角度过大。
3.紧线时速度放慢,避免导线受到外部冲击受损。
4.耐张金具、中间接续金具与普通导线不同,压接及安装方法较普通导线有所区别,必须确保碳纤维复合芯导线在安装时没有任何损伤。
总结在施工过程中遇到了一些问题,需在以后的施工过程中加以改进或实践。第一，该导线的直线接续管如何过滑车问题尚未经实践(直线管长度达到1.6m),现在要求是不允许过滑车,今后施工如采用过渡方法难度较大。第二，导线的卡线设备及紧线装置均采用预绞丝代替,成本高,重复使用率低。
四、关于碳纤维复合导线在应用中的几点体会
1.碳纤维复合导线是1种有良好性能和应用前景的导线,新型复合材料本身是1种较为成熟的技术,但要在输电线路中推广应用,特别在高压输电线路中应用,还需尽快不断积累经验和完善技术。
2.从节能、环保、降低成本、增加输送容量、提高电网安全运行等综合效益看,在输电线路中推广应用新型碳纤维复合导线具有非常大的经济效益和社会效益,随着技术上的不断进步和完善,可以期待新型碳纤维复合导线在输电线路会有良好的应用前景。
3.建议在110~220kV线路先尝试挂网试验,取得经验后再尽快推广应用于电网。
结 语 复合芯软铝导线技术对节约电能、改善环境有着非常重要的意义,具有广泛的应用前景。
参考文献
[1]尤传永.耐热铝合金导线的耐热机理及在输变电线路中的应用[J].电力建設. 2003.
[2]蒋华君毛龙生.节能型碳纤维复合芯软铝导线技术在电力线路上的应用[J].科技论坛.2011.