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论述碳纤维复合材料芯导线的施工技术要点

2020-06-09 294 上传者：管理员

摘要：碳纤维复合芯导线具有导电率高、强度大、重量轻、弧垂低等特点，广泛应用于架空输电线路。针对碳纤维复合芯导线施工放线过程中容易伤线、伤碳纤维复合芯以及导线容易发生“灯笼”现象，对施工过程中，放线盘具、放线张力机、牵引机、滑轮的技术要求以及接续管的压接要点进行了探讨，避免上述不利现象的发生，可为碳纤维复合芯导线的施工人员提供一定的技术参考。

关键词：
导电性能
导线
放线
施工
碳纤维复合芯
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碳纤维复合芯导线使用了完全退火的铝线，完全退火的铝线导电性更好，电阻低、节约能源、有利于环境的保护，但相较于硬铝、铝合金而言，完全退火的铝线更软[1]，这也就意味着与普通导线相比，碳纤维复合芯导线更容易划伤、产生凹陷与受损。所以，碳纤维复合芯导线在搬运和放线过程中必须采取保护措施来避免导线表面受到损伤。其次，碳纤维复合芯导线采用采用梯形铝线绞合会更加紧密，铝股之间间隙更小，填充系数更大，因而，很难像圆形单线之间一样来回滑动，更容易在施工时因操作不当使导线局部散股，即为“灯笼”现象。因此，施工过程中，应采用科学、合理的碳纤维复合芯施工工艺，避免上述“灯笼”现象的发生，确保施工安全保质保量完成。

1、碳纤维复合芯导线概述

碳纤维复合芯导线是传统钢芯铝绞线更新换代的新产品，主要由碳纤维，玻璃纤维、增韧环氧树脂以及包裹在复合芯外围的环形导电层组成[2]，如图1所示，可广泛用于老线路和电站母线增容改造[3]、新线路建设，可用于大跨越、大落差、重冰区、高污染等特殊气候和地理场合的线路。与常规钢芯铝绞线相比，具有重量轻、强度大、耐热性能好，热膨胀系数小、导电率高线损低、载流量大、耐腐蚀性能好、不易覆冰等一系列优点，是一种全新结构的节能型增容导线。

图1 碳纤维复合芯示意图

2018年开始施工的某500 kV线路工程JLRX1/F1A-710/55碳纤维复合芯导线，现已经施工完毕，顺利通电运行。2019年，施工的某500 kV线路工程JLRX1/F1A-710/70碳纤维复合芯导线目前已成功完成首区段展放，线路全长99.722 km，导线结构如图2所示。该工程应用的碳纤维复合芯导线与普通钢芯铝绞线相比，本体投资增加约22%，但运行损耗低[4]，节能效果好，全寿命周期综合年费用低，且最大允许输送容量能提高100%以上，为远期提高电网运行灵活性提供充足的备用输送通道[5]。综上所述，在输电线路中应用碳纤维复合芯导线，有助于构造安全、环保、高效节约型输电网络，具有明显的经济效益和社会效益。

图2 JLRX1/F1A-710/70结构图

2、碳纤维导线工艺参数

某500 kV线路工程所用的JLRX1/F1A-710/70碳纤维复合芯导线和500 kV线路工程JLRX1/F1A-710/55碳纤维复合芯导线参数如表1所示。

表1 碳纤维复合芯导线工艺参数

3、施工技术要点

3.1 放线盘具要求

在导线从导线盘上开解并伸直时,外部铝股就会松动，这个情况在大直径导线中尤其明显，且在导线离开导线盘具时最容易观察到。在导线进入张力机集中轮槽时，接触压力往往会将松散的外层铝股向盘具的方向挤压，导致了起“灯笼”的现象。所以导线盘和张力机间留有足够距离以允许绞股松散沿导线中间长度分布，同时在导线盘上保持足够反张力拉伸芯棒和内层铝以充分紧固外层铝，从而纠正这个问题。

3.2 放线张力机、牵引机、滑轮的要求

张力机的选择时，张力机的张力轮应大于导线直径的40倍，建议张力机轮槽均采用相对坚硬带内衬的轮槽，软的内衬材料在导线通过张力机轮时会导致松股和灯笼。张力机如图3所示，张力机宜布置在线路中心线上，张力机穿线时，导线在张力轮绕向与导线外层铝线绞向相同，在张力机上盘绕应为左进右出，若反向将导致张力机上的导线松取，可能导致“灯笼”现象。

图3 张力机

张力机槽的表面必须进行恰当的维护，以免损坏导线表面。放线时，要求牵引机、张力机的主轮与杆塔间距离与塔高比为3:1的比率，如图4所示，放线滑车轮槽直径大于导线直径的30倍；轮槽深度大于导线直径的1.25倍，应保证顺利通过各种联接器。导线与放线滑车的包络角不宜超过25°，为了最大程度上保护导线不受损伤，放线架、张力机、第1组放线滑车要在同一条直线上。

图4 张力机的主轮与杆塔间距离示意图

3.3 放线过程的要求

展放碳纤维导线时，应选择适合不同碳纤维导线的放线张力。应根据碳纤维导线长度、地形及跨越物等条件确定适宜的接续管位置，碳纤维导线应采用专用工具等逐层切断，当内层铝股切割深度大于1/2股径时，应人工折断，严禁伤及芯棒。剥铝线工作完成后，应对芯棒进行检查，合格后方可安装及压接，压接过程中，外压接管及耐张线夹铝管的外表面应加上保护膜防止压接后表面有飞边。耐张线夹压接后如图5所示，在外压接管压接标记线外5 mm处开始向管口端部依次施压。

图5 耐张线夹压接图

施压时模与模之间的重叠部分不应小于10 mm，压接后外压接管不应弯曲。牵张场的选择宜在耐张塔的两侧，放线区段一般不应超过5 km，包含的放线滑车数量不应超过15个。牵引力的控制应平稳，每次调整不宜大于5 k N在直通紧线的耐张塔上作业时应平衡挂线。不应损伤碳纤维导线芯棒。如伤及芯棒，应割断后重接；对于跳股不能复位或打金钩等，应割断后重接。一般损伤应采用专用预绞丝补修，不应采用补修管补修[6]。

3.4 放线施工“灯笼”的原因

施工中，导线多股绞线松股和开口通常称为“灯笼”现象，其不属于质量事故，但在某些特殊情况下难以避免，并且可以进行校正，造成松股的原因大致有三种：一是由于导线受到压力导致的导线中每根铝股的位移，无论是在线夹中还是在安装中的压接套管中一例如，耐张线夹和接续管，通常可以通过连续压缩远离的束来避免；二是如果导线在张力下经过滑车槽尺寸错误的滑车，导线中的每根铝股也可能发生移位。滑车轮槽的半径应为导线直径的0.53～0.55倍；三是会在导线的最外层发生梯形变形时出现，梯形变形可能导致导线层间移动。切勿用木头或锤子敲击导线，也不可用螺丝刀或其他工具校直铝线解决“灯笼”问题，当严重塑性变形时，必须更换。

4、结束语

通过对碳纤维复合芯导线软铝特点，分析了碳纤维导线施工出现“灯笼”现象和放线施工过程中对放线盘具、放线张力机、牵引机、滑轮技术要求以及接续管的压接要点，由于碳纤维导线施工质量要求高，施工中还应特别注意不要损伤导线。随着国民经济不断发展，电网规模不断发展，综合性能优良的碳纤维复合芯导线将会得到广泛的应用。

参考文献：

[1]于广辉,邓云坤.碳纤维复合导线发展综述[J].热加工工艺, 2019, 48(20):1-5.

[2]郭红霞.电线缆-材料结构性能应用[M].北京:机械工业出版社, 2012.

[3]郝旭升,黄晓翠.碳纤维复合芯导线的施工技术探讨[J].科技展望, 2015, 25(22):115-116.

[4]李志强,孙永军,谷振山,等.倍容量导线在架空输电线路中的技术和经济性研究[J].科技与创新, 2018(16):101-102.

[5]薛栋良,徐荣金.输电线路高效更换碳纤维导线的施工方法[J].电气工程学报, 2018, 13(12):31-35.

[6]中国电力科学研究. DL/T5284-2012,碳纤维复合芯铝绞线施工工艺及验收导则[S].北京:中国电力出版社, 2012.

赵士银,曹点点,王中建,杨丽丽.浅析碳纤维复合材料芯导线施工关键技术[J].农村电气化,2020(06):24-26.