從2005年開始，國內多家單位開始了碳纖維復合材料芯導線的研究工作。主要包括：遠東電纜有限公司、中國電力科學研究院(以下簡稱中國電科院)、航天四院43所、遼寧省電力公司與哈玻院、華北電力科學研究院和河北硅谷化工有限公司等。

國內多家科研單位的研究成果進入了掛網試運行的階段。2009年1月華北電力科學研究院和河北硅谷化工有限公司合作開發的300/50在500kV萬順Ⅲ線470-473號段掛網運行。2009年11月浙江省金華電力局將中國電科院研制的JLRX/T/TW-430/60碳纖維復合芯 梯形軟鋁導線和配套金具安裝在220kV金仙線7+1～8#檔掛網運行。

[5]目前商業化運行最多的是遠東電纜有限公司開發的碳纖維復合材料芯導線，自2006年6月第一條碳纖維復合芯軟鋁導線開始在福建省220kV線路工程中使用算起，至2009年底已有41條使用該種導線的線路(電站)投運，還有8條線路正在施工或馬上開工。在這49條線路(電站)當中，主要以增容改造或擴建為主，電壓等級有110kV和220kV兩種，單線總長度為1812km。

綜上所述，可見具備研制碳纖維復合材料芯導線能力的只有美國、日本和中國;碳纖維復合材料芯導線在國外應用的線路數量和單線公里數都遠少于在中國的應用數量。

3 碳纖維芯導線的分類及應用中應關注的參數

3.1 碳纖維芯導線的分類

目前已研制出來的碳纖維復合材料芯導線的種類很多，可以按以下三種方式分類。按碳纖維復合材料芯的形狀可以分為兩類，第一類是多股碳纖維復合材料芯絞合而成，如圖2-1所示;第二類是單股芯棒，如圖2-2所示;按導體材料可分為三類，第一類是硬鋁，第二類是軟鋁，第三類是耐熱鋁合金;按導體的形狀可分為兩類，第一類為圓線，第二類為型線。

3.2 應用中應關注的參數

       碳纖維復合材料芯是導線的重要原材料，某些性能通過控制特定參數方可達標，經過大量實踐及理論分析后，筆者認為碳纖維復合材料芯應符合但不限于以下的規定。

3.2.1 表面質量

碳纖維復合材料芯應圓整、光潔、無裂紋，無纖維裸露等與良好工業商品不一致的缺陷。

3.2.2 抗拉強度

碳纖維復合材料芯的抗拉強度應符合表3-1的規定。根據抗拉強度計算碳纖維復合材料芯拉斷力時，應使用碳纖維復合材料芯的實測直徑。

表3-1 碳纖維復合材料芯的抗拉強度

3.2.3 斷裂伸長率

碳纖維復合材料芯在標距為2000mm時，拉斷時的伸長率應不小于1.5%。

3.2.4 直徑和直徑偏差

碳纖維復合材料芯直徑偏差、不圓度應符合表3-2的規定。

表3-2 碳纖維復合材料芯直徑偏差和不圓度

3.2.5 線膨脹系數和彈性模量

纖維復合材料芯的線膨脹系數和彈性模量應符合表3-3的規定。

表3-3 碳纖維復合材料芯的線膨脹系數和彈性模量

3.2.6密度

計算標稱重量，碳纖維復合材料芯的密度≤2.00 g/cm3。

3.2.7 接頭

碳纖維復合材料芯不允許有接頭。

3.2.8 環境性能

3.2.8.1 高溫性能

碳纖維復合材料芯在180℃的高溫環境下靜置3小時后，其抗拉強度損失率應不大于常溫時抗拉強度的10%。

3.2.8.2低溫性能

碳纖維復合材料芯在-40℃的低溫環境下靜置3小時后，其沖擊強度的損失率應不大于常溫時沖擊強度的10%。

3.2.8.3抗紫外線

GB/T 14522-2008，《機械工業產品用塑料、涂料、橡膠材料人工氣候老化試驗方法　熒光紫外燈》，碳纖維復合材料芯應通過波長小于400nm的熒光紫外燈，輻照度為1.55W/m2*nm暴露1000h后，其表面不發黏、無起皮和龜裂現象，且抗拉強度不低于表3-1所列最小抗拉強度。

3.2.8.4耐腐蝕性能

碳纖維復合材料芯在室溫下應能分別通過3%硫酸或3%氯化鈉溶液中浸泡至少100小時，其表面應光潔無可見腐蝕現象。

3.2. 8.5 濕熱老化

碳纖維復合材料芯應在150℃環境中置放1h，然后室溫水噴淋冷卻1h，如此反復循環100次試驗，其抗拉強度不低于表3-1所列最小抗拉強度。

3.2.9 卷繞性能

碳纖維復合材料芯應在60倍自身直徑的筒體上以不大于5r/min的卷繞速度卷繞2圈試驗，其表層不開裂、不起皮;其抗拉強度不低于表3-1所列最小抗拉強度。

3.2.10 扭轉性能

碳纖維復合材料芯應以200倍自身直徑的長度試樣以不大于2r/min的扭轉速度扭轉720°試驗，其表層不開裂，其抗拉強度不低于表3-1所列最小抗拉強度。

3.2.11 側壓性能

碳纖維復合材料芯至少應能承受自身額定拉斷力的25%大小的壓力平穩加載接觸長度為100mm芯棒上受壓試驗，其表層不開裂、不脫皮。

3.2.12玻璃化轉變溫度Tg

纖維增強樹脂基復合材料芯棒玻璃化轉變溫度Tg應不小于180℃。

3.2.13 熱老化壽命

碳纖維復合材料芯的熱壽命評定，選取180℃、195℃、210℃三點老化溫度，以抗拉強度的70%作為壽命終止參數，其最低熱老化溫度點應不短于5000h，最高溫度點應不短于100h(如果可能應小于500h)。

3.2.14長期耐熱性能

纖維增強樹脂基復合材料芯棒應在150℃的溫度下靜置400小時后，其抗拉強度與常溫時抗拉強度相比的損失率不大于5%。

4 220kV改造線路應用分析

在我國由于經濟發展較快，東部沿海地區的用電負荷激增，增容改造的需求比較大，由于時間和經費的約束，選擇在舊有線路改造的比重較大，在原有桿塔上通過將原有導線更換為碳纖維復合材料芯導線而達到倍容的例子很多。這樣的改造線路若按電壓等級來劃分，220kV線路所占比重最大。[4]

若想達到改造后倍容的目的，可以有兩種方案：一是采用推倒重建(換塔換線)的方式，二是采用不換塔只換線的方式，下面對這兩種方案進行技術經濟比較。

4.1 線路模型

實際的線路工程十分復雜，為了對比方便，建立了一個線路模型，對比采用鋼芯鋁絞線與碳纖維復合材料芯導線的技術經濟性。

電壓等級：220kV ，單回，線路長度為20km。

以福建某改造工程為例,根據原有線路的設計氣象條件與運行經驗，改造工程設計氣象條件仍取原有線路在此段的設計氣象條件，其氣象條件組合見表4-1。

表4-1 氣象條件

4.2容量對比

原有線路的導線為2×LGJ-400/35，若想達到倍容的目標，若推倒重建則可選擇的導線為4×LGJ-400/35。

若不換塔只換線則可選擇的導線為2×JRLX/T2-415/50，兩種導線的主要參數見下表。

表4-2 導線參數對比

改造前后輸送容量的詳細數據見下表。

表4-3 改造前后輸送容量對比

4.3導線機械性能對比

對這兩種導線方案的機械性能進行對比，詳細數據見下表。

表4-4 導線參數對比

通過上述比較，可知在滿足鐵塔受力情況下，由于碳纖維復合材料芯導線重量較輕、拉重比大，在滿足系統輸送容量要求時(約120℃)，弧垂可滿足現有鐵塔高度要求，不用更換鐵塔。