碳纤维复合芯导线在天津电网应用

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1、第一章绪论第一章绪论1.1研究背景及意义2000年以来，天津市国民经济保持平稳快速增长，带来了电力需求的持续增长，电力建设规模也在不断扩大。由于空间和土地等资源都是有限的，城市及周边地区的电力架空线路走廊越来越紧张，对于一些现有电力架空线路的增容改造工程，如果重新开辟走廊，十分困难，甚至不可行；如果维持原线路路径进行改造，原有的铁塔设计条件有时无法满足更换大截面导线的需要，按照常规设计，必须更换全部铁塔，这样不仅延长停电时间，给系统运行带来极大的压力，更困难的是施工条件复杂，外协难度大，赔偿费用多，工程造价高。在这种情况下，利用现有条件，使用碳纤维复合

2、芯铝绞线实现增容目的，成为解决这种矛盾的一个新途径，因而开展本课题的研究对天津电网非常重要。由于碳纤维复合芯铝绞线全线使用节能金具，可以更加环保节能、节约投资，这也更加有利于“资源节约型、环境友好型”电网的建设。1.2国内外研究现状碳纤维材料出现于20世纪50年代初，最早源于航空航天等尖端科技领域的需要。碳纤维的主要组成元素是碳，复合以其它材料，但经过了一系列物理化学处理，在保留碳元素耐腐蚀、耐高温特性的同时，提高其抗拉强度。碳纤维的出现是材料发展史上的一个新纪元。经过几十年的发展，碳纤维及其复合材料已进入蓬勃阶段，已广泛应用于关系国计民生的各个领域。

3、目前，欧美和日本等发达国家的碳纤维产量已经占据垄断地位，我国对碳纤维的研究起步较晚，尚不具备成熟的工业化生产技术，碳纤维基本依赖进口。碳纤维材料的电力行业的应用可以追溯到二十世纪末。一直以来，传统的钢1万方数据第一章绪论芯铝绞线（ACSR）一直在架空输电线路导线选型中占据主流位置。ACSR的芯线为单股或多股镀锌钢绞线，主要承担张力；外层为单层或多层硬铝绞线，为导电[18]部分。随着电力工业的不断发展，适应不同要求和需要的新型导线也不断出现，如防腐导线、耐热导线、高强度导线等。这其中的变化也是有规律可追溯的，都是体现在导线的“导电”和“受力”两个部分，改

4、变这两个部分，相应的改变导线的导电特性和物理特性。改变的方式或者是传统ACSR简单的附加一些特殊材料，或者是钢芯和铝绞线的形状排布发生变化，或者是钢芯和铝绞线材质的改变。如铝合金导线，是以铝、镁、硅合金拉制的圆单线或多股绞线，其抗拉强度接近于铜线，导电率及重量接近于铝线；耐热铝合金是由EC级铝、少量锆和其它元素组成，具有较高的重结晶温度，其连续工作温度可达150℃，载流量可提高1.4～1.6倍；超耐热铝合金导线钢芯采用铝包殷钢线，允许温度可达230℃，载流量提高约2倍，并可以显著地减小导线弧垂。近两年国家电网公司大力推行的几种节能导线：钢芯高导电率铝绞

5、线、铝合金芯铝绞线、铝合金芯高导电率铝绞线、全铝合金导线也是通过改变导线的导电部分，来提高导电能力，从而实现节能的目的。对于导线“受力”部分的性能也在不断探索和改进中，随着材料技术的发展进步，导线的“受力”部分开始尝试有机复合材料。不论是敷设于空气中还是深埋于地下，除了导电能力，耐腐蚀、耐高温、抗拉强度高都是导线材料选择时需要考虑的重要因素，碳纤维材料以其无与伦比的优越性能首当其冲被应用于新型导线。二十世纪90年代，日本和美国相继开发出了复合材料芯导线，日本开发的产品有两种，分别为碳纤维芯铝绞线（ACFR）和耐热碳纤维芯耐热铝合金绞线（TACFR），日

6、本昭和电线电缆株式会社等3家公司共同开发了碳纤维芯铝绞线（ACFR），这种导线以相同直径的碳纤维复合材料（CFRP）代替ACSR中的钢芯[1][2]，与ACSR相比，二者的外径和强度相同，但ACFR重量更轻，并且线膨胀系[3][4][5]数小，弛度特性优越。美国开发的产品是碳纤维芯铝绞线和铝基陶瓷纤维芯铝绞线。在新型复合材料合成芯导线开发方面，商业化运营较为成功的是美国[2]CompositeTechnologyCorporation（以下简称CTC）公司，2003年该公司推出了一种碳纤维复合芯铝绞线，型号为ACCC，后续完成的各项常规试验显示，该导线

7、具有良好的机械特性和电气特性。该种导线很快投入商业运行并取得了相2万方数据第一章绪论[3]当的应用业绩。从2005年开始，我国国内多家单位开始了碳纤维复合芯导线的研究工作，主要包括：远东电缆有限公司、中国电力科学研究院、华北电科院与河北硅谷、辽宁省电力公司与哈玻院、常州鸿泽澜线缆有限公司等。目前商业化的只有美国[4]CTC公司授权远东电缆有限公司开发的碳纤维复合芯导线。2004年8月，ACCC导线在美国首次被安装于230kV线路上，该线路位于德克萨斯州，长约3.2km，此后在密歇根州和兰萨斯州的配电线路上，ACCC导线也[5][6][7]得到了应用，2

8、005年之后，美国有多条新建和改造线路使用ACCC导线。我[6]国是继美国之后世界上第二个应用