架空输电线路碳纤维芯铝绞线的开发研究.pdf

第五届输配电技术国际会议2005 架空输电线路碳纤维芯铝绞线的开发研究 尤传永 摘要I新型复合材料合成芯导线是一种全新概念的架空输电线路用导线。它具有重量轻、强度大、热稳定性好、弛度低、耐 腐蚀等优点。具有推广应用的价值和可能。本文对日本和美国在该领域取得的成果作了介绍和分析研究。并对其今后发展的前 景作了评估。 关键词：架空输电线路复合材料合成芯导线低弛度导线碳纤维芯铝绞线 I．前言 现代经济的飞速发展加速了电力工业的发展，也大大推动了输电线路的技术进步。架空输电导线作为输 送电力的载体，在输电线路中占有极为重要的地位。为了安全可靠地多送电力，各国有关科技工作者一直不 断地努力寻求理想的架空输电线路用导线，以取代传统的各种导线。为此，各类特种导线应运而生。长期以 来，传统的架空输电导线主要使用钢芯铝绞线。为了提高防腐性能，开发了铝包钢芯铝绞线等；为了提高强 度，开发了钢芯铝合金绞线、全铝合金绞线、铝包钢芯铝合金绞线等：为了提高导线耐热性能和输送容量， 开发了各种耐热铝合金导线；为了降低导线弛度，开发了用殷钢芯代替普通钢芯的低弛度导线等。 高分子有机复合材料是国际上于上世纪70年代后期开发出来的新型材料，比重约为钢的l，4，强度为钢的2倍， 硬度为钢的5倍。由于它具有重量轻、强度大、热稳定性好、绝缘性能好、耐腐蚀等优点，很快就应用到建材、 化工、宇航、汽车、体育用品(滑雪板、冲浪板)、游艇、医疗器材、家庭用品、像俱等各个领域。 随着材料科学的不断进步，在上世纪90年代，人们尝试用有机复合材料代替金属材料来制作导线的芯 材，并取得了一定的成果，已开发出几种复合材料合成芯导线。这种新型复合材料合成芯导线充分发挥了有 机复合材料的特长，与现有的各种架空导线相比，具有重量轻、强度大、耐高温、耐腐蚀、线损低、弛度低 等优点。可以说，新型复合材料合成芯导线是一种全新概念的架空输电线路用导线，如果进一步研究取得成 功，将会是架空输电导线的一场革命。在已经取得一定成果的新型复合材料合成芯导线中，日本的碳纤维芯 铝绞线和美国的碳纤维和玻璃纤维混合芯铝绞线较为典型。前者已在实际线路试验了4年多，后者在2004 年8月开始在实际线路运行。以下分别介绍有关研究开发和试验的情况。 2．日本新型复合材料合成芯导线的开发 日本是开发架空线路特种导线品种较多的国家。在新型复合材料合成芯导线方面，最早是作为一种改进 型低弛度导线而提出的；而实际上新型复合材料合成芯导线的优点，远不止低弛度一个方面。在架空输电线 路中，由于周边环境的变化，有时会发生输电导线与线下被跨越物之间电气隔离距离不够的情况．为了确保 隔离距离，通常需要迁移铁塔、改建或改造铁塔。但是，由于用地的制约以及铁塔造价等原因，解决电气隔 离距离不够问题的最好的办法是更换导线。早在20世纪70年代，在城网改造中，为了增加输电容量，对于 架空送电旧线路导线对地距离和相间距离不够的问题，根据殷钢的线膨胀系数比普通钢小得多的特点，用殷 ConductorSteel 用，它能在铁塔不变的情况下，仅更换导线就行。到了20世纪90年代，日本学者研究用碳纤维芯代替钢芯， 开发出了一种新型复合材料合成芯导线，即碳纤维芯铝绞线。这种导线与通常的ACSR钢芯铝绞线具有相同 的外径和较高的强度，架线施工中不需要特殊的机具和方法。在这种导线中，通常的ACSR钢芯铝绞线的钢 芯被用碳纤维制成的复合材料芯线所代替，这是一种重量轻、线膨胀系数小，具有良好弛度特性的划时代的 新型导线。 2．1新型复合材料合成芯导线的结构 如表1所示， Conductor 新开发的复合材料合成芯导线分为碳纤维芯铝绞线：ACFR(AluminumCarbon Fiber Alumin吼 Alloy 要，导线的结构和外径均和通常的ACSR钢芯铝绞线相同。 005