碳纤维导线在增容输电线路工程中的应用

谢金华

【摘 要】随着电力系统的发展，电力负荷的快速增长，出现了制约电力输送容量的诸多因素。如电网网架结构不尽合理、电网电源和负荷分布不均匀、过载问题比较突出。随着国民经济的发展和负荷的增大，上述情况有趋于严重的可能。本项目将对这些问题作出研究，最大限度地提高电网输送能力。

【关键词】碳纤维导线；增容输电线路工程

通过本课题的探讨研究，可以使已建线路在只需做少量改造的情况下，使线路的输送能力得到大幅的提高，减少了国家电网的重复建设；对于新建线路可以根据负荷预测来选择导线截面，进而做到减少线路的投资造价，节约资源。

采用碳纤维导线，仅通过更换导线即可达到增容一倍的效果，并且拥有低弧垂的特性。这样就可以充分利用原有的线路走廊、杆塔、部分金具，仅仅更换导线和部分金具就可以实现增容。

而要实现线路的增容，需要满足以下两个条件：

1、更换碳纤维导线后，需满足原有杆塔的使用条件，如：水平荷载、垂直荷载、摇摆角等等。

具体实例结合实际工程来说明，工程为西气东输管线三线—220kV达风变–?乌鲁木齐压气站的110kV线路。

由导线参数可知，碳纤维导线JRLX/T-240/28用于旧新路后，满足使用条件；碳纤维导线JRLX/T-310/40稍微改变导线外径和拉断力，用于旧新路后，也是满足使用条件。并且在最高允许温度下，碳纤维导线JRLX/T-240/28的载流量为钢芯铝绞线LGJ-240/30载流量的1.59倍。JRLX/T-310/40的载流量为钢芯铝绞线LGJ-240/30载流量的1.88倍。下图为各个导线在不同允许温度下的载流量。

2、在线路正常运行及因系统短期过载时，碳纤维导线的弧垂不应大于原导线的弧垂，满足对地距离和交叉跨越的距离。

（1）系统正常运行时，线路载流量按照经济电流密度取值。

（2）系统短路时，线路短期过载运行。

本期建设220kV达风变–?乌鲁木齐压气站的110kV线路，线路最大输送容量为89.17MW。其载流量为524A，原有的钢芯铝绞线LGJ-240/30载流量已不能满足要求，而新架设碳纤维导线JRLX/T-240/28在524A载流量的条件下，其运行温度为70℃。低于碳纤维导线的拐点温度80℃。经过计算，碳纤维导线在70℃，甚至80℃的弧垂比钢芯铝绞线LGJ-240/30的弧垂小，因此，碳纤维导线JRLX/T-240/28的弧垂满足要求。

虽然，碳纤维导线能在不更换杆塔、基础及金具、地线的条件下，仅更换导线和部分金具就可以大大提高线路的输送容量。但是，随着输送容量的提高，其电能损失也在大幅增加。且电能损失的幅度大于输送容量提高的幅度，见下表。碳纤维导线的电能损失与普通钢芯铝绞线的电能损失之比最高可达5倍，但碳纤维导线的输送容量与普通钢芯铝绞线的输送容量之比却不到2倍。

70℃允许温度时，普通钢芯铝绞线的损耗占经济输送容量的3.3%；碳纤维在70℃时的损耗占经济输送容量的5.32%，在120℃时的损耗占经济输送容量的13.12%，在180℃时的损耗占经济输送容量的24%。可见碳纤维导线导线温度由70℃提高到180℃时，电能损失翻了2番多，但输送容量却不到1番。

从以上计算可以看出，如果片面地通过提高导线允许温度来达到增大输送容量的目的，线路的线损、线损所占经济输送容量的比例大幅度增加，运行成本也将大幅增加。

因此，可以看出，对于线路廊道清理费用、征地费用等重建费用较高的线路；线路较短，电能损失较小的线路使用碳纤维导线比较经济。对于线路路径较长、廊道清理费用、征地费用较低的线路则得不偿失。