碳纤维（carbon fiber），顾名思义，它不仅具有碳材料的固有本征特性，又兼具纺织纤维的柔软可加工性，是新一代增强纤维。与传统的玻璃纤维(GF)相比，杨氏模量是其3 倍多；它与凯芙拉纤维(KF-49)相比，不仅杨氏模量是其2倍左右，而且在有机溶剂、酸、碱中不溶不胀，耐蚀性出类拔萃。有学者在1981年将PAN基CF浸泡在强碱NaOH 溶液中，时间已过去30多年，它至今仍保持纤维形态。
本文描写了碳纤维在电网施工中的应用，选自省级期刊《民营科技》。《民营科技》杂志是经国家新闻出版署批准，云南省科学技术厅主管，云南省民办科技机构管委会主办的自然科学类期刊。本刊国际标准刊号：ISSN：1673-4033国内统一刊号：CN：53-1125/N邮发代号：24-75。
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摘要：随着经济的飞速发展，工业用电和生活用电激增，电网增容改造的需求逐渐增大。碳纤维导线代替原有杆塔上的导线既能达到增容的目的，又可避免由于容量增加使得架空输电线路导线弧垂过大、对地距离不足的问题，提高输电线路的安全稳定性。因此，碳纤维导线在改扩建电网线路中逐渐被广泛应用。本文介绍了碳纤维的结构与应用技术原理，以具体的实例介绍了碳纤维导线在改扩建电网线路施工中的应用。
关键词：碳纤维导线,电网,增容改建
前言：
随着我国电力需求的不断增长，许多电力线路面临增容的压力。线路增容最经济的办法之一是利用原有杆塔只更换导线。而利用原有杆塔的前提条件是:更换的导线荷载不能超过原有杆塔的设计条件。为此，新更换的导线一般不能采用普通的钢芯铝绞线ACSR(AluminumConductorSteelReinforced),而需采用新型的增容导线。碳纤维复合导线就是一种全新结构的节能型增容导线。与常规导线相比，它具有重量轻、抗拉强度大、耐热性能好、热膨胀系数小、高温弧垂小、导电率高、线损低、载流量大、耐腐蚀性能好、不易覆冰等一系列优点，综合解决了架空输电领域存在的各项技术瓶颈，代表了未来架空导线的技术发展趋势，有助于构造安全、环保、高效节约型输电网络，可广泛用于老线路和电站母线增容改造、新线路建设，并可用于大跨越、大落差、重冰区、高污染等特殊气候和地理场合的线路。应用在新建线路中，可提高线路的单位输送容量，确保电网的坚强性，长远经济性更好。应用在大跨越线路中，可以大幅降低跨越塔的高度，从而有效减少杆塔和基础的材料用量，达到降低工程造价的目的。应用在重覆冰区线路中，可以提高抗冰能力，提升线路的安全性。应用在电网输电线路的改造和增容扩建项目中，能够利用现有杆塔等设施，既成倍地大幅度提高传输容量，同时又可以节省通道资源，减少土地占用面积，节约投资，而且线路停电时间短、停电损失小。综合来看，这是一种“环境友好型输电线路用导线”，从保护环境、降低工程造价、节能减排方面来说，具有划时代的现实意义。
一、碳纤维复合导线
碳纤维复合导线是（ACCC—AluminumConductorCompositeCore)最早由美国、日本等国家开发的一种新型导线，主要用于航天设备及空间站。它是一种高强度碳纤维复合输电导线，芯体和包裹在芯体外围的环形导电层，芯体为碳纤维组成的导电芯体，还有以碳纤维为基组成的复合导电芯体，即由碳纤维与铝或铜线绞合构成。环形导电层由为铜、铝、铝合金线紧密包绕在芯体外围构成，还可在环形导电层外围包覆绝缘层。
二、技术原理
(一)强度高
一般钢丝的抗拉强度为1240Mpa，高强钢丝为1410Mpa，而ACCC导线的抗拉强度可达到2399Mpa，分别为前者1.93倍和1.7倍。抗拉强度大，能够使杆塔之间的跨距变大，从而降低工程成本。
(二)线膨胀系数小，弧垂小
复合材料芯线膨胀系数仅为钢芯的1/8。在相同的实验条件下，随着温度的上升，导线弧垂变化量仅为常规钢芯铝绞线的9.6%，高温下弧垂增量不到钢芯铝绞线的1/10，减少架空线交跨距离。
(三)重量轻
复合材料芯比重为传统钢芯的1/4，ACCC导线单位长度重量约为常规钢芯铝绞线的60～80%，自重的减轻可使导线荷载减少约25%。重量轻和低弧垂的特性可以降低杆塔高度，减轻铁塔结构强度要求，节省线路综合造价。
(四)导电率高，载流量大，运行温度高
ACCC导线的合成碳纤维芯是非铁磁性材料，不存在磁损和涡流损耗。与钢芯铝绞线相比，在相同外径时，复合芯铝绞线允许缠绕超过28%截面积的铝线。ACCC导线外层采用导电率不小于63%IACS的铝线，铝导体为耐高温退火铝，200℃下能有效运行，常规钢芯铝绞线使用温度极限达100℃。
由于铝截面增大和提高导线工作温度，导线的综合载流量理论上可提高至2倍。
(五)耐腐蚀性能好
ACCC导线的复合芯由玻璃纤维绝缘材料制成，具有较高的耐腐蚀性能，与铝线之间接触也不存在电腐蚀问题，可以解决长期运行中的腐蚀问题。
（六）减少电磁辐射和电晕损失
ACCC导线的梯形截面形成的外表面远比ACS导线表面光滑有利于提高导线的电晕起始电压，能够减少电晕损失。
（七）便于导线展放和施工
ACC导线的放线安装完全可按安装常规ACSR的方法进行，现有的杆塔等构件不必改造。ACCC导线有较大的韧性，绕在内筒径符合标准弯曲半径的线盘上，架线施工和安装时不必担心折断复合芯。用于导线连接的线夹和接续管，具有结构简单、可靠以及现场施工方便等特点。ACCC导线的外层导电线路部分与常规的ACSR导线有相同直径和螺旋状结构，采用标准安装技术和设备，即可施工安装。
施工工艺流程如图
三、质量控制措施
（一）由于碳纤维复合芯导线外层铝股为软铝，导线在张力放线全过程，应注意保护碳纤维导线，避免接触硬物，可以在地面上铺彩条布或其他软物，防止导线受损。
（二）碳纤维导线在同一处损伤、强度损失不超过总拉断力的17%时，应用专用预绞丝全张力补修条进行补修，超过锯断接头。
（三）为解决用普通导线的提线钩容易造成碳纤维导线软铝层损伤，故在附件安装时应使用配套悬垂线夹代替提线钩进行附件安装。
（四）碳纤维导线的碳纤维芯连接是采用装配式连接方式，楔形线夹对碳纤维芯的握紧力
（五）出线安装的操作台应使用不会刮伤导线的钢管制作，导轮亦要用尼龙轮或其他软制轮。
（六）切割导线铝股严禁伤及碳纤维，导线的连接部分不得有线股绞制不良、断股、缺股等缺陷。
（七）断线压接应严格按厂家提供的工艺要求进行，压接过程碳纤维芯必须保持干燥状态，故雨天及大雾天气不得进行压接作业。
（八）压后对边距不应超过0.866*0.993*D+0.2(mm)标准，弯曲度不得大于2%；压接时导线及压接管等配件不得与地面直接接触。
四、碳纤维扩建增容的应用实例
要求增容的输电线路是常州地区常牛机械有限公司110kV线路工程。本工程将110kv运奔线05#～29#老导线LGJ-185／25更换为相当于LGJ-400／35导线通流容量的倍容量耐热导线，仅局部更换杆塔。在此条件下，通过计算，当环境温度为40℃，LGJ-400／35导线达到允许温度70℃时，线路通流量为660A，该数据为线路要求增容的指标。
倍容量导线选择：为匹配原导线LGJ-185／25钢芯铝绞线并满足输送容量要求，经计算，选用碳纤维-185型。具体比较参数如下表所示：
当环境温度为40℃，碳纤维-185型导线运行达到120℃时，线路通流量可达到为692A。即选用该导线增容后使线路的载流量提高到692A＞660A，满足要求。
该工程总计更换碳纤维-185型导线9.9吨。竣工后已投入运行。运行状态良好。
结论：
碳纤维复合导线比相同规格的普通钢芯铝绞线的载流量高约一倍，在经济电流密度输送下，导电率有显助提高，可有效减少电力损耗，在输变电线路中批量使用复合芯导线，节约电能相当可观。碳纤维导线应用到改扩建电网线路施工中对节约电能、改善环境有着非常重要的意义。随着碳纤维复合导线施工实践的增多，施工工艺也不断的改进，未来碳纤维导线在电网中的使用必然会大范围的推广。
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