盛尊华，王 炜，刘 哲

（河北省电力勘测设计研究院，石家庄 050031）

碳纤维复合芯 （Aluminum Conductor Composite Core，ACCC）导线与传统导线相比具有重量轻、强度大、低线损、弛度小、耐高温、耐腐蚀、与环境亲和等优点，实现了电力传输的节能、环保与安全。与同样直径的钢芯铝绞线相比，ACCC 导线可以提供双倍的载流容量。为进一步推动国家电网公司新技术的创新和应用，针对目前电网中部分输电线路输送能力不足等问题，考虑在500kV 输电线路中应用ACCC导线，以提高电网的输送能力。以下对某500kV 双回输电线路应用ACCC 导线方案的电气性能、机械性能、经济性进行分析，为ACCC 导线在线路工程中的推广应用积累经验。

1 概述

1.1 工程概况

西柏坡－石西500kV 双回线路全长71.7km，位于河北省石家庄市平山县、井陉县、鹿泉市、元氏县境内，全线地形为高山、一般山地、丘陵及平地，同塔双回路架设。主要设计气象条件分2种：高山和一般山地段的基本风速29m／s、覆冰10mm；平丘段的基本风速27m／s、覆冰5mm。常规导线方案为采用4×JL／G1A－400／35 钢芯铝绞线；全线架设双地线，其中一根为OPGW－150（36）光缆。全线按e级污区配置绝缘。西柏坡－石西双回线路正常情况下输送潮流2×927 MVA，N－1情况下输送潮流1 470.4 MVA，在相关其他线路严重故障方式下输送潮流2×1750 MVA。正常情况下线路输送潮流的功率因数可按0.95计算。河北省南部电网最大负荷利用小时数在6 000h左右。

1.2 ACCC导线方案

根据系统情况，西石线路的常规导线方案采用4×JL／G1A－400／35铜芯铝绞线。以下分别按照等截面原则、等输送容量原则选择相应型号的ACCC导线进行研究。

a.按等截面原则，采用4×JLRX／F1－450／50 ACCC导线，其重量、直径均接近（不大于）常规导线，可以采用与常规导线方案相同的铁塔塔型、基础、绝缘配置，除导线本身及个别相关金具外，其他技术方案与常规导线方案相同。按等截面原则，实际上所选ACCC 导线型号为以常规导线各技术方案为限制条件的最大型号。

b.按等输送容量原则，采用4×JLRX／F1－240／30ACCC 导线，其输送容量不小于常规4×JL／G1A－400／35钢芯铝绞线方案。按等输送容量原则，实际上所选ACCC导线型号为受该种导线最高长期运行线温、电晕等技术条件限制的最小型号。

c.为了研究的全面性，在2种方案之间再增加1种方案参与比较，选取4×JLRX／F1－300／40ACCC导线。各导线的主要参数见表1。

表1 导线型式及主要参数

针对以上3种ACCC 导线方案，计算分析载流量、电晕、线损等电气性能，强度、张力、弧垂、覆冰过载能力等机械性能，导线本身、铁塔塔材、基础工程量、绝缘配置等本体工程量和工程造价。

2 电气性能分析

碳纤维芯最高使用温度可以达到180 ℃，甚至更好，而硬铝线的长期运行温度仅为70～80 ℃，因此目前ACCC导线的碳纤维芯与更加耐受高温的软铝相配合，这样可以充分利用导线的耐高温特性、高导电率特性，使得导线输送功率大，同时降低电能损耗。导线在相同运行温度下对载流量及输送容量进行分析，结果见表2。

表2 导线载流量和输送容量分析

计算各导线方案在正常输送功率927 MW 与极限输送功率1 750 MW 下的导线运行温度（环境温度按40 ℃考虑），计算结果见表3。

表3 导线运行温度和载流量分析

从表2、表3可以看出，与钢芯铝绞线4×JL／G1A－400／35同单重的碳纤维导线4×JLRX／F1－450／50的最高线温为70 ℃时，载流量和输送容量略大于钢芯铝绞线方案。随着线温的升高，输送容量增加，线温达到120 ℃时输送容量实现“倍容”。与钢芯铝绞线4×JL／G1A－400／35同输送容量的其他2种四分裂碳纤维导线方案，运行线温在71～80℃之间，低于碳纤维导线拐点温度。相同输送容量下，各导线方案电能损失情况，见表4。其中，正常输送容量为927 MVA，单相导线电流为282A，环境温度为15 ℃，年最大负荷利用小时数为6 000h，年损耗小时数为4 350h。

表4 各导线方案电能损失情况

由于JLRX／F1－450／50的载流单元为导电率为63%的软铝，该导线比相同截面的钢芯铝绞线具有更小的交流电阻。导线截面越小，交流电阻越大，损耗越大［1］。

3 机械性能分析

ACCC导线采用软铝型线作为载流单元，相同截面的型线与圆线相比，直径小，水平荷载小，可降低塔材指标；ACCC导线的拉重比较大，弧垂特性与覆冰过载能力较好。

3.1 弧垂特性［2］

根据各导线的机械参数，计算其弧垂（杆塔距离按照500m 计算），结果见表5。

表5 各导线方案弧垂特性

3.2 荷载特性

为了方便应用典设塔型，与4×JL／G1A－400／35导线的荷载特性相匹配，碳纤维导线JLRX／F1－450／50的安全系数为3.1。

表6 各导线方案荷载特性与绝缘子串配置方案

由表6可知，碳纤维导线的荷载较小，耐张串与悬垂串的配置与钢芯铝绞线的要求相同或较低，可减少附件的相关费用。

4 经济性分析

4.1 初投资分析

根据西柏坡－石西500kV双回线路工程情况，按各导线方案对应的导地线、杆塔、基础、绝缘子金具及本体工程投资计算后，得到各导线方案初投资见表7。

表7 各导线方案初投资 万元／km

由表7可知，碳纤维导线市场价格较高，导致各碳纤维导线方案初投资均比4×JL／G1A－400／35方案高。

4.2 经济比较

根据最小年费用法，按碳纤维导线目前市场价格计算各导线方案年费用见表8。其中，年损耗小时数按4 350h计算，利率按10%计算。

表8 各导线方案经济比较

由表8可知，由于碳纤维导线价格较高，碳纤维导线初期投资较高。4×JLRX／F1－300／40、4×JLRX／F1－240／30小截面碳纤维导线方案由于导线电阻较大，电能损失较高，导线年费用均高于4×JLRX／F1－450／50导线方案。

5 结论

a.ACCC导线的电气性能优良，其高导电率特性，使得导线输送功率较大，可以满足西石线路的使用要求。

b.ACCC导线的机械性能优良，可以满足工程需要。其中，摇摆角问题可以通过调整塔位、塔高解决，不是重要的影响因素。

c.3种ACCC导线方案中，按等截面原则选择的4×JLRX／F1－450／50方案其全寿命经济性最优；按等输送容量原则选择的4×JLRX／F1－240／30方案其工程本体投资最省。

［1］尤传永.增容导线在架空输电线路上的应用研究［J］.电力设备，2006，7（10）：17－19.

［2］梁旭明，余 军，尤传永.新型复合材料合成芯导线技术综述［J］.电网技术，2006，30（19）：16－18.

［3］Alawar A，Bosze E J，Nuu S R，A composite core conductor for low sag at high temperatures［J］.IEEE Transactions on Power Delivery，2005，20（3）：193－199.