碳纤维复合芯铝绞线在线路改造中的应用分析.pdf

1 4 8 电力 与能 源 第 3 4 卷第 2 期 2 0 1 3年 4月 碳纤维复合芯铝绞线在线路改造中的应用分析 顾俊 杰 ， 袁奇 ( 上海市电力公司 检修公 司输 电检修 中心 ， 上海 2 0 0 0 6 3 ) 摘要 ： 以碳纤维 复合芯铝绞 线( AC C C ) 在上海输 电线路改 造工程 中 的应 用为 背景 ， 分析 了线路增 容改 造 中 出现 的一些技术问题 ， 提 出了相应 的改进措施 。AC C C运行 4年多 ， 对于环境敏感 区域 、 人 口密集区域 以及大 跨越地区的线路增容改造或新建线路来说 ， 具有较大优势 。但是 ， 在实际应用 中发现 ， A C C C在大负荷下 的弧 垂控制并未达到理想效果 ， 倘 若线路走廊 发生较 大变化 、 安 全距离 不足 时 ， 仍 需要对 杆塔进 行升 高处 理 。而 AC C C单价远 高于普通 钢芯铝绞线数倍 ， 因此在选择使用 A C C C时 ， 需要 进行技术评估和综合考虑 。 关键词 ： 碳 纤维复合芯铝绞线 ； 增容改 造 ； 弧垂控制 ； 施工工艺 ； 线路 运行 中图分类 号： TM7 2 6 文献标志码 ： A 文章编 号： 2 0 9 5 1 2 5 6 ( 2 0 1 3 ) 0 2 0 1 4 8 0 4 An a l y s is o f t h e ACCC Ap pl ic a t io n in Tr a ns m is s io n Lin e Tr a ns f o r m a t io n Gu J u n j ie 。 a n Qi ( P o we r Gr id I n s p e c t io n a n d M a in t e n a n c e Co mp a n y ，S M E PC，S h a n g h a i 2 0 0 0 6 3 ，Ch in a ) Ab s t r a c t ：B a s e d o n ACCC a p p l ic a t i o n in p r o j e c t s o f S h a n g h a i t r a n s mis s i o n l in e t r a n s f o r ma t i o n ， a n a l y z e a n d d i s c u s s s o me t e c hnic a l p r o bl e ms in t he r e f o r ma t ion a s we l l a s r a is e t h e c o r r e s p ond ing impr o ve me n t me a s ur e Af t e r ha v in g r un f or mo r e t h a n 4 y e a r s ， AC CC h a s g r e a t a d v a n t a g e in t h e t r a n s mis s io n l in e r e f o r ma t io n a n d n e wl y b u il t l in e in t h e s e n s it iv e e nv ir o nme nt r e gion，a r e a s wit h d e ns e po pu l a t ion a nd l a r g e s p a nH o we ve r ，in pr a c t ic a l a pp l ic a t ion，ACCC s a g c o nt r o l did n ot a c hie ve t h e de s ir e d e f f e c t in big l o a d I f t he l ine c o r r id or c ha n ge s dr a m a t ic a l l y or t he s a f e dis t a nc e is ins u f f ic ie n t， t o we r s s t il l n e e d t O b e in c r e a s e d W h il e t h e AC CC u n it p r ic e is mu c h h ig h e r t h a n t h a t o f o r d in a r y s t e e l c o r e a l u min u m s t r a n de d wir e s e v e r al t ime s， t h us whe n u s ing ACCC， we n e e d t O ma ke t e c h nol o gy a s s e s s m e nt an d c o mpr e he n s ive c o n s id e r a t io n Ke y wor ds ：ACCC；Re f o r ma t ion；Sa g Co nt r o l ；Co ns t r uc t io n Te c hno l ogy；Lin e Op er a t ion 随着我国经济的快速发展 ， 上海电能的需求 量也 在迅 速增 长 。为 了充 分利 用现 有输 电线 路走 廊和 线路设 施 ， 尽 可 能 地 提 高输 电线 路 的 输 送容 量， 自 2 0 0 8年 2月起 ， 上海首次在 2 2 0 k V吴都 2 2 9 4 2 2 9 5 线 和 闵都 2 2 8 5 2 2 8 7线 路 增 容 改造 工 程中， 使用碳纤维复合芯铝绞线( AC C C ) ， 有效缓 解了闵行南部地区电网载流量的瓶颈问题。 l 碳纤维复合芯铝绞线概况 1 1 主要技术参数 AC C C的结构较为新颖 ， 有利于提高直线管、 耐张线夹与导线 的压接强度 ； 芯棒 与铝股之 间不 存在接触电位差 ， 能够保护铝导体免受电腐蚀 ； 由 梯 形截 面形 成 的外 表 面 ， 远 比钢 芯 铝 绞线 表 面光 滑， 有利于提高导线的电晕起始电压， 减少电晕损 失 、 降低电晕噪声和无线电干扰水平。 1 )导 线 结 构 AC C C 的 芯 线 是 由碳 纤 维 为 中心 层 和玻璃 纤 维 包 覆 制 成 的 单 根 芯棒 ， 外 层 与 邻外 层 铝线 股为 梯形 截 面 。 2 )技 术参 数采用 AC C C线路 输 送 大 负 荷 时 ， 由于 承受 绝 大 部分 张力 的芯 线 采 用 碳 纤 维 材 料 ， 在温 度快 速上 升 时 ， 芯 线不 会 随着 温度 的上 升 而 伸长 ， 弧垂 几乎 不会 发 生变 化 ， 确 保 了交叉 跨 越 线路 的安全距 离 口 。例 如 ： 碳 纤 维 复合 芯 铝 绞 线 ( AC C C T W一 1 0 2 0 ) 的截 面 为 5 1 6 7 mm ， 外 径 为 2 8 1 4 mm， 计算拉断力为 1 8 2 2 4 5 N， 碳芯直径为 9 5 0 mm， 单位重量为 1 5 5 6 k g k m， 综合 弹性系 数拐点 温度前为 4 0 3 3 8 N mm ， 拐点温度 后为 1 2 9 3 2 N mm ， 最大 使用 应 力 为 3 6 4 5 0 N， 在 2 0 下直 流 电阻不 大 于 0 0 5 4 0 Q k m_ 2 j 。 1 2 主 要技 术特 点 1 )导电率高 AC C C不 存在类似钢丝导 线 顾俊杰 ， 等 ： 碳纤维复合芯铝绞线在 线路 改造中的应用分析 1 4 9 引起 的磁 损和 热效应 ， 在输 送相 同负荷 的条件 下 ， 运行 温度 低 ， 可 以减少 输 电损失 约 6 。 2 )抗拉 性 好 AC C C 的碳 纤 维 混 合 固化 芯 棒 ， 是 普通 钢丝 抗拉 强度 的 2 倍 。 3 )重量轻AC C C的 比重是 钢丝 导线 的 1 4 ， 在等同外径下的铝截面积是常规导线的 1 2 9倍 ， 单位长度重 量要 比常规导线 轻 1 0 2 0 。 4 )耐腐蚀 AC C C与 环境 亲 和 ， 避 免 了运 行 时铝 线与镀 锌 钢线 间 的电 腐蚀 现 象 ， 有 效 延 缓 了 导线的老化 ， 使用寿命高于普通导线 2倍。 5 )弧垂低AC C C与 普通 钢 芯铝 绞 线 相 比， 具有明显的弧垂控制特性 。在高温条件下弧垂不 到钢 芯铝绞 线 的 J 2 ， 可 以有 效 减 少 架 空 线 的 空 间走廊 ， 提高线路运行的安全性和可靠性。 6 )价 格偏 高 AC C C 的价 格 大 约是 普 通 钢 芯铝 绞线 的 5倍 ， 同样 容 量 的线 路 成 本 高 于 普通 钢 芯铝 绞线 。 2 增容 改造中的应 用 2 1工程 案例 利 用原 有输 电走廊 和 杆塔 ， 采 用 AC C C替代 原 有 4 0 0 mm。 普 通钢 芯铝 绞 线 ， 达 到改 造 后 的输 电容量 在原有 基 础 上 翻一 番 ， 避 免 前 期 线路 改 造 工作 的困难 和减少 对周 边环境 的影 响 。 1 )吴 都 2 2 9 4 2 2 9 5线 路 增 容 工 程 2 O 0 8 年 2月 至 3月期 间 ， 拟 将 当 时 的 2 2 0 k V 金 都 站 至 吴 泾 电 厂 2 2 9 4 2 2 9 5单 导 线 ( A2至 A2 1号 塔 ， 4 0 0 mm。 ) ， 更 换 为 单根 碳 纤 维 复 合 芯 铝 绞 线 ( AC C C T W一 1 0 2 0 ) 。该 两 条 线 路 为 同 杆 双 回合 杆 线 路 ， 全 长 为 6 9 9 2 k m， 有 2 3基 基 础 。 2 )闵都 2 2 8 5 2 2 8 7线路 增 容 工程 2 0 0 8年 3月至 4月期间， 拟将当时的 2 2 0 k V金都站至闵 行 电厂 2 2 8 5 2 2 8 7单 导 线 ( 4 0 0 mm ) ， 更 换 为单 根碳 纤 维 复 合 芯 导 线 ( AC C C TW一 1 0 2 0 ) 。该 两 条线路 为 同杆双 回合杆 线路 ， 全 长 为 1 6 4 0 3 k m， 有 5 2基基础 。 2 2施工 关键点 与传 统 输 电 导 线 相 比 ， 由 于 AC C C重 量 轻 、 强度高、 线损低、 弧垂小 、 耐高温 、 耐腐蚀等优点 ， 其特殊的材质与结构特点 ， 在线路增容改造 中， 更 换导线时要采取相配套 的特殊施工工艺 。 1 )导线展放采 用张 力放 线 在吴都 2 2 9 4 2 2 9 5线路和 闵都 2 2 8 5 2 2 8 7线路 增容改造工程 图 1 AC C C表面被磨损 中 ， 遇 到路 径 沿线 重 要 跨 越 多 ， 加 上AC C C TW一 1 0 2 0型 导 线 表 面 采 用 软 铝 材 质 ， 内 芯 较 脆 、 弯 曲 半径 不 能过 小 等 约 束 ， 因 此在 施 工 时 要 避 让 障 碍 物 ， 避 免 与 地 面 摩 擦 ， 防 止 AC C C表 面损伤 ， 如 图 1所 示 。现 场 施 工 时 采 用 旧导 线连 接 AC C C的 张 力 放 线 方 式 。采 用 该 方 式 ， 既 可 保 证 施 工 期 间 导 线 对 跨 越 物 的 安 全 距 离 ， 又 可 有 效 保 护 导 线 ， 并 能 提 高 放 线 效 率 ， 缩短工期 ， 减少停 电时间 ， 提高供电可靠性 。 在 牵张 场布 置 时 ， 要 尽 量 避免 新 线 展 放 过 程 中过 4 5 。 以上 转 角 ， 因 为 复合 芯 碳 棒 过 大转 角 时 极 易断 裂 ， 一 旦 断 裂 ， 重 新 压 接 ， 工 艺 较 为 复 杂 。 由此 可见 ， 张 力放 线 可 以消 除 展放 导 线 时 的一 些 隐 患 ， 但 是张 力放 线长 度受 到一定 限制 ， 影 响放 线 的效 率 ， 需要 在实 际施 工 中加 以提前考 虑 。 2 )张力机 主轮 的 选 型 及 布 置 由于 ACC C 内芯 采用 碳纤 维 复 合 材料 ， 造 成 内芯 的抗 弯 曲强 度较 弱 ， 弯 曲半 径 不能 过 小 ， 否 则极 易 开 裂 ， 所 以 张力 机 主轮 的 盘径 至 少 是导 线 直 径 的 4 0倍 。在 布置 张力 机 时 ， 主 轮到第 一个 铁塔 的距 离 ， 应该是 放线 滑 车高度 的 3倍 。另 外 ， 由于 AC C C外 层 铝 绞线 为右 向的 ， 在 张力机 和 线盘 的放线 过程 中 ， 导 线要 从 张力机 的左 边缠 人 ， 从 右边 放 出 ， 再 连接 到 第一 个放 线轮 上 。 3 )使 用特 制 滑轮 组 由于 AC C C 内芯 碳 棒 的特 殊性 ， 导 线 在放 线 滑 车 上 的包 络 角 不 能 大 于 2 5 。 ， 曲率 半 径 必 须 得 到有 效 控 制 ， 特 别 是 遇 到 大 转 角铁 塔时 ， 必须 使用 特制 的滑 轮组 。为此 ， 针 对 图 2 特制七 滑轮组 直线 杆及 耐 张 杆 的 施 工 要 求 ， 采 用 特 制 的 滑 轮 组 ， 放 线 时导 线 滑 车 采 用 单 排 7滑轮组 ， 如 图 2 所 示 。滑 轮 组 由 7 个 小 滑 轮 组 成 ， 各 滑轮按一大半 径的圆弧等距排列。新 型滑 轮很 好地控 制 了导 线 的弯 曲半 径 ， 使得 导线在 小滑 轮上的包 络角很 小 ， 有效 控制 了滑 车 的摩 阻 系 数 ， 而且提高了放线 的速度和质量。 顾俊杰 ， 等 ： 碳纤维复合芯 铝绞线在线路改造中的应用分析 1 5 1 著 ， 如 图 7所示 。 图 7 ACCC与 晋 通 导 线净 空 距 离 对 比 由 图 7可 知 ， 在 理 论 条 件 下 ， AC C C具 有 极 好的确保足 够交跨距离 的优势 。当使用 AC C C 对原 有 线 路 进 行 增 容 升 级 时 ， 比 同 等 直 径 的普 通钢 芯 铝 绞线 的载流 量 要 约 2倍 ， 并 且 可 沿用 原 有 线 路 的 杆 塔 和 基 础 ， 不 需 要 增 建 新 的 电力 杆塔 ， 从而大大节省土地 等资源成本 ， 而且安装 简单 、 快 速 ， 对 环 境 几 乎 没 有 影 响 。可 见 AC C C 的这 些 特 点 对 于 环 境 敏 感 区 域 、 人 口密 集 区 域 以及 大 跨 越地 区 的线 路 增 容 升 级 或 线 路 新 建 来 说尤 为 重 要 。 3 3 ACCC大 负荷运 行 2 0 0 9年 l 1月 1 日， 因 两 栋 民 房 位 于 闵 都 2 2 8 5 2 2 8 7线 2 3档弧垂 中心 ， 为判断净空距离 是否满 足安 全运 行要求 ， 对 其进行 测量 ， 该 档档 距 为 3 3 9 m， 代 表 档 距 为 3 7 0 m， 环境 温 度 为 2 4 C。 第一栋 民宅处， 实测导线对地为 1 3 9 5 m， 换算到 4 0 ， 导线 对地 为 l 3 7 2 m， 房 屋 高 8 6 0 m， 房 屋 对导 线距 离 为 5 1 2 m； 第 二 栋 民宅 处 ， 导 线 对 地 距离为 1 4 6 7 m， 换算 到 4 0 ， 导线对地距 离为 1 4 4 8 r f l ， 房屋 高也 为 8 6 0 r n ， 房 屋对 导线 距 离 为 5 8 8 r n 。根据 两处 实 测结 果 ， 线路 虽 然 仍 可 安 全 运并对 下方 房屋 不 造 成 影 响 ， 但 已小 于 运 行 规 程 规定 的 6 r n最 小垂 直距离 要求 。 2 0 1 0年 8月 1 0 日再 次 复 测 ， 环 境 温 度 为 3 6 ， 第一 栋 民宅 处 ， 导 线 对 地 距 离 为 1 3 5 6 m， 换算到 4 O ， 导线对地距离为 1 3 5 0 m； 房屋高为 8 6 0 m， 房屋对导线距离为 4 9 0 m； 第二栋 民宅 处 ， 导线对地距离为 1 4 4 3 m， 换算到 4 0 C， 导线 对地距离为 1 4 3 8 m； 房屋高为 8 6 0 m， 房屋对导 线距离为 5 7 8 m。实测结果仍小于运行规程规 定的 6 m最小垂直距离要求 。 表 3导线跨越 民宅实测距 离比较 导线对房屋距离 m 民 宅 钢芯铝绞线 AC C C 第 一 栋 4 2 2 5 1 2 第二栋 4 7 0 5 8 8 第一栋 3 9 8 4 9 0 第二栋 4 5 2 5 7 8 由表 3可知 ， 使用 AC C C后 ， 相 比原来普 通 钢芯铝绞线的跨越距离确实有一定的提高 ， 但是 碳 纤维 导线 的特优 效 果 并 非 十 分 明 显 ； 跨 越 高度 虽 然不 影 响线路 的安全运 行并 对下 方 房屋不 造成 影 响 ， 但 是仍 小 于标 准 的规定 值 6 m。 4 结 语 AC C C 的载 流 量 约 是 普 通 钢 芯 铝 绞 线 的 2 倍 ， 因其 自身 的工 艺 结构 和物 理特性 ， 能 在一定 程 度 上提 高载 流量 ， 提 高线路 输送 能力 ， 加 之可 以沿 用 原有线 路 的杆 塔 和 基 础 ， 不 需 要 增 建新 的 电力 杆 塔 ， 从 而 大大节 省 了土地 等 资源成 本 ， 而