1 項(xiàng)目概述和技術(shù)原理

　　1.1 項(xiàng)目背景

　　針對目前電網(wǎng)中部分輸電線路輸送能力不足、部分老舊線路技術(shù)改造困難的情況下，為有效利用目前電網(wǎng)的輸電線路，考慮應(yīng)用新型碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線，提高電網(wǎng)的輸送能力。

　　1.2 國內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀

　　我國是個缺電的國家，輸電線路已不堪承受傳輸容量快速擴(kuò)容的需求，由于過負(fù)荷造成的停電、斷電故障頻頻發(fā)生，電力傳輸成為電力工業(yè)發(fā)展的“瓶頸”，各國均在研究新型架空輸電路用導(dǎo)線，以取代傳統(tǒng)的鋼芯鋁絞線。

　　目前世界上只有美國、日本、韓國開發(fā)出新型殷鋼芯倍容量導(dǎo)線和新型合成導(dǎo)線，國內(nèi)的產(chǎn)品研制和應(yīng)用開始起步。碳纖維合成芯導(dǎo)線在國外的應(yīng)用不長，美國CTC公司生產(chǎn)的ACCC碳纖維合成導(dǎo)線于2004年8月開始試用和運(yùn)行，國內(nèi)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)還較少。 copyright 123456

　　1.3 項(xiàng)目主要研究內(nèi)容

　　結(jié)合常州電網(wǎng)現(xiàn)狀，分析一些老線路的公司技改、基建和業(yè)擴(kuò)工程，選擇在現(xiàn)有導(dǎo)線截面小且需增容的線路上試用新型碳纖維合成芯導(dǎo)線，在不改變現(xiàn)有路徑、通道的情況下，既要大幅度提高線路輸送容量，又要確保線路的安全運(yùn)行。同時進(jìn)行相關(guān)經(jīng)濟(jì)比較，用較少的投資取得理想的效益。

　　從節(jié)能、降低成本、增加輸送容量、提高電網(wǎng)安全運(yùn)行等方面綜合看，推廣應(yīng)用具有很大的經(jīng)濟(jì)和社會效益。有助于構(gòu)造安全、環(huán)保、高效節(jié)約型輸電網(wǎng)絡(luò)。

　　1.4 項(xiàng)目技術(shù)原理

　　碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線(ACCC)，采用高性能碳纖維復(fù)合材料作為導(dǎo)線芯材，具有強(qiáng)度高、重量輕、膨脹系數(shù)小、耐腐蝕和耐高溫等特點(diǎn)。

　　(1)強(qiáng)度高。用碳纖維復(fù)合芯替代傳統(tǒng)的鋼芯，抗拉強(qiáng)度是一般鋼絲的1.9倍，允許提高桿塔間的跨距，以降低工程成本。 123456

　　(2)線膨脹系數(shù)小，弧垂小。復(fù)合材料芯線膨脹系數(shù)僅為鋼芯的1/8。在相同的實(shí)驗(yàn)條件下，隨著溫度的上升，導(dǎo)線弧垂變化量僅為常規(guī)鋼芯鋁絞線的9.6%，高溫下弧垂增量不到鋼芯鋁絞線的1/10，減少架空線交跨距離。

　　(3)重量輕。復(fù)合材料芯比重為傳統(tǒng)鋼芯的1/4，ACCC導(dǎo)線單位長度重量約為常規(guī)鋼芯鋁絞線的60～80%，自重的減輕可使導(dǎo)線荷載減少約25%。

　　重量輕和低弧垂的特性可以降低桿塔高度，減輕鐵塔結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求，節(jié)省線路綜合造價。

　　(4)導(dǎo)電率高，載流量大，運(yùn)行溫度高。

　　ACCC導(dǎo)線的合成碳纖維芯是非鐵磁性材料，不存在磁損和渦流損耗。與鋼芯鋁絞線相比，在相同外徑時，復(fù)合芯鋁絞線允許纏繞超過28%截面積的鋁線。ACCC導(dǎo)線外層采用導(dǎo)電率不小于63%IACS的鋁線，鋁導(dǎo)體為耐高溫退火鋁，200℃下能有效運(yùn)行，常規(guī)鋼芯鋁絞線使用溫度極限最大100℃。

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　　由于鋁截面增大和提高導(dǎo)線工作溫度，導(dǎo)線的綜合載流量理論上可提高至2倍。


圖1.4.4 ACCC導(dǎo)線與鋼芯鋁絞線的斷面比較圖

　　(5)耐腐蝕性能好。

　　ACCC導(dǎo)線的復(fù)合芯由玻璃纖維絕緣材料制成，具有較高的耐腐蝕性能，與鋁線之間接觸也不存在電腐蝕問題，可以解決長期運(yùn)行中的腐蝕問題。

　　1.5 項(xiàng)目研究目標(biāo)

　　應(yīng)用新型合成導(dǎo)線，能夠利用現(xiàn)有桿塔等設(shè)施，成倍地大幅度提高傳輸容量，減少傳輸中電力的損耗，同時可以減少土地資源、有色金屬資源等消耗。
為研究其特性，積累使用和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，本項(xiàng)目開展碳纖維合成芯導(dǎo)線的應(yīng)用和研究。

2 研究方法和技術(shù)方案

　　2.1 項(xiàng)目研究方法 內(nèi)容來自123456

　　對常州電網(wǎng)中部分輸送能力不足、改造困難的線路，應(yīng)用碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線。

　　選擇在現(xiàn)有導(dǎo)線截面小且需增容的線路上試用碳纖維合成芯導(dǎo)線，在不改變現(xiàn)有路徑、通道的情況下，既要大幅度提高線路輸送容量，又要確保線路的安全運(yùn)行。同時進(jìn)行相關(guān)經(jīng)濟(jì)比較，用較少的投資取得理想的效益。

　　項(xiàng)目的研究擬通過以下幾個方面來開展：

　　(1) 研究導(dǎo)線的機(jī)械力學(xué)特性，重新校核線路平斷面，保證安全距離;

　　(2) 研究導(dǎo)線的載流特性，確定線路的最大允許工作電流，核算線路在電網(wǎng)各種特殊運(yùn)行方式下的過負(fù)荷能力;

　　(3) 分析導(dǎo)線的弧垂與溫度、應(yīng)力、代表檔距的對應(yīng)變化關(guān)系;

　　(4) 導(dǎo)線架線施工和安裝的特殊工藝;

　　(5) 研究各種特殊金具的配置;

　　(6) 進(jìn)行帶負(fù)荷運(yùn)行調(diào)試，分析線路運(yùn)行特殊要求;

　　(7) 進(jìn)行相關(guān)經(jīng)濟(jì)比較。

　　2.2 項(xiàng)目應(yīng)用實(shí)施方案

　　根據(jù)電網(wǎng)規(guī)劃及運(yùn)行情況，選定現(xiàn)有導(dǎo)線截面小且需增容的線路之一“110kV常白線”上試用，在不改變現(xiàn)有路徑通道、不對桿塔進(jìn)行改造的情況下，更換為ACCC碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線。

　　常白線上現(xiàn)狀接2個110kV變電所，分別是：110kV采菱變，2x50MVA主變;110kV工業(yè)園變，2x50MVA主變。另原先還接有110kV湖塘變(2x40MVA)，因輸送容量不足，現(xiàn)已臨時斷開。


圖2.2 改造前110kV常白線接線圖

　　原LGJ-185導(dǎo)線只能滿足帶一個變電所2臺主變的要求，遇故障或檢修，帶3臺50MVA主變，需輸送787A，LGJ-185導(dǎo)線就已不能承擔(dān)。導(dǎo)線輸送容量的限制給電網(wǎng)運(yùn)行方式的靈活調(diào)整帶來困難。

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　　主線段線路已運(yùn)行有20多年，通道復(fù)雜，線下房屋密集，原通道改造(換塔換大導(dǎo)線)很困難。該現(xiàn)狀很適合應(yīng)用碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線。

　　原線路導(dǎo)線均為LGJ-185。按最高允許溫度+70℃、基準(zhǔn)環(huán)境溫度+25℃時，長期允許載流量510A，按照常州地區(qū)最高環(huán)境溫度+40℃校正后為435A，允許輸送容量為82900kW。

表2.2.1 現(xiàn)狀線路輸送容量


表2.2.2 改造后擬達(dá)到輸送容量

增容改造實(shí)施：將常州變出線前段架空線的主線原LGJ-185導(dǎo)線更換為ACCC導(dǎo)線，長度1.8km。

　　2.3 項(xiàng)目實(shí)施成果
　　1、完成110kV常白線更換ACCC導(dǎo)線的設(shè)計(jì)和安裝;
2、對所選的ACCC導(dǎo)線進(jìn)行各項(xiàng)機(jī)械和電氣性能試驗(yàn);

　　3、進(jìn)行線路運(yùn)行加負(fù)荷調(diào)試試驗(yàn);

　　4、開展ACCC導(dǎo)線耐高溫、大載流量、低弧垂等方面性能的研究。

3 項(xiàng)目研究和實(shí)施過程

　　3.1 線路前期設(shè)計(jì)階段

　　3.1.1 收集碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線的技術(shù)資料，研究其機(jī)械特性、電氣特性。

　　部分規(guī)格的導(dǎo)線已由上海電纜研究所進(jìn)行了試驗(yàn)，現(xiàn)有資料的部分參數(shù)參考美國CTC公司提供的數(shù)據(jù)。本項(xiàng)目選定型號的ACCC/TW導(dǎo)線另外進(jìn)行多項(xiàng)機(jī)械及電氣性能試驗(yàn)。

　　3.1.2 結(jié)合原線路資料，重新測定線路平斷面，掌握交叉跨越情況。

　　110kV常白線主線段從220kV常州變～常白線采菱支接塔，長度1.8公里，桿塔均為雙回路(與110kV遙常線同桿架設(shè))，10基桿塔，為鋼管桿和鐵塔混合線路。全線平均檔距210米，最大檔距289米。

　　設(shè)計(jì)時，全線重新測量了平斷面，詳細(xì)掌握各類交叉跨越情況。線路經(jīng)過地區(qū)現(xiàn)為城區(qū)，下面房屋較多，交跨復(fù)雜，線路交叉跨越建筑物、電力線、通信線、城市道路等共42次。

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　　3.1.3 確定導(dǎo)線的型式截面、安全系數(shù)及應(yīng)力、弧垂計(jì)算。

　　根據(jù)原桿塔設(shè)計(jì)條件和線路交跨情況，初步確定導(dǎo)線的選型和截面匹配，確定合適的安全系數(shù)、最大使用張力。擬選擇Linnet431型(218mm2)截面的碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線，直徑(18.29mm)和單位長度重量(653kg/km)均不大于原LGJ-185導(dǎo)線的直徑(19.02mm)和單位長度重量(774kg/km)。導(dǎo)線的安全系數(shù)取3.5，最大使用張力20.7kN，不超過現(xiàn)有桿塔使用條件(23.0kN)。導(dǎo)地線安全系數(shù)、最大使用應(yīng)力及平均使用應(yīng)力見下表。

表3.1.3.1 導(dǎo)地線安全系數(shù)及設(shè)計(jì)張力


新架導(dǎo)線的弧垂最高氣溫時不超過原導(dǎo)線弧垂，確保現(xiàn)有的各種交叉跨越設(shè)施均滿足安全限距的要求。這些條件保證主線段所有桿塔均不需進(jìn)行改造，得以充分利用。

　　碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線的鋁面積218平方米，大于原LGJ-185導(dǎo)線182.4平方米的鋁面積，載流能力大大增加。下表反映了本次選定的碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線與原導(dǎo)線參數(shù)的對比情況。

表3.1.3.2 碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線與原導(dǎo)線參數(shù)對比表
　　

根據(jù)導(dǎo)線的線膨脹系數(shù)與溫度、應(yīng)力的對應(yīng)變化關(guān)系，分析導(dǎo)線機(jī)械特性，進(jìn)行應(yīng)力、弧垂計(jì)算，架線施工張力弧垂計(jì)算。

　　3.1.4 配合適的金具、附件

　　本工程ACCC/TW導(dǎo)線所用耐張線夾，為專用配套的耐熱型線夾，內(nèi)層不銹鋼，外層鋁合金。
根據(jù)導(dǎo)線發(fā)熱特性，選擇專用的ACCC/TW導(dǎo)線配套耐熱型耐張線夾。配置合適的懸垂金具和耐熱型預(yù)絞絲護(hù)線條，合理組合附件安裝。導(dǎo)線的耐張線夾、引流板為ACCC/TW導(dǎo)線配套的專用線夾，預(yù)絞絲護(hù)線條、T接線夾等有南京線路器材廠專門設(shè)計(jì)。

　　3.2 安裝施工階段

　　3.2.1 施工技術(shù)準(zhǔn)備

　　本線路采用張力展放導(dǎo)線。架線前檢查各施工段的平斷面圖、明細(xì)表等,認(rèn)真對施工場地進(jìn)行調(diào)查、熟悉交叉跨越情況。合理布置張力場和牽引場的位置。對導(dǎo)、地線連接管及耐張管進(jìn)行檢驗(yàn)性壓接試驗(yàn)。架線作業(yè)指導(dǎo)書經(jīng)審批，架線前進(jìn)行技術(shù)交底。進(jìn)行牽、張場預(yù)選，本工程分為二牽，從110kV常白線G1電纜終端塔—G8支接塔為第一牽，從G8支接塔—G10支接塔的架空主線部分為第二牽。 copyright 123456

表3.2.1 牽、張場預(yù)選表



3.2.2 架線

　　架線前調(diào)查清楚沿線的交叉跨越等障礙物，進(jìn)行線路通道清理。根據(jù)現(xiàn)場情況搭設(shè)跨越架,安裝防磨滾筒。

　　選擇和布置牽張場。采用一臺牽引機(jī)、一臺張力機(jī)進(jìn)行導(dǎo)線展放施工，一牽一展放方式。為了避免ACCC導(dǎo)線與原線路舊導(dǎo)線之間的磨碰。本工程利用原線路LGJ-185導(dǎo)線作為牽引繩張力展放ACCC導(dǎo)線。

　　下面是幾張現(xiàn)場安裝圖片。






3.2.3 其他安裝

　　進(jìn)行緊線和掛線施工，弧垂調(diào)整，導(dǎo)、地線液壓，附件安裝，導(dǎo)線跳線安裝等。于2006年11月完成110kV常白線增容改造ACCC導(dǎo)線的安裝施工，并投入運(yùn)行。 內(nèi)容來自123456

3.3 導(dǎo)線性能試驗(yàn)

　　3.3.1 專項(xiàng)性能試驗(yàn)

　　對本項(xiàng)目采用的Linnet431規(guī)格ACCC/TW導(dǎo)線專門委托上海電纜研究所開展了以下8項(xiàng)性能試驗(yàn)。


　　3.3.1.1 導(dǎo)線握力試驗(yàn)(常溫)

　　試驗(yàn)?zāi)康模簻y試ACCC/TW導(dǎo)線安裝專用楔型線夾后的握著力。

　　試驗(yàn)結(jié)果：

　　無中間接續(xù)的試樣，握力試驗(yàn)結(jié)果為81.4kN;

　　有中間接續(xù)的試樣，握力試驗(yàn)結(jié)果為81.0kN。

　　證明ACCC/TW導(dǎo)線安裝專用楔型線夾后的握力滿足不小于90%計(jì)算拉斷力(72.46kN)的要求。

　　3.3.1.2 導(dǎo)線高溫(140～200℃)拉力試驗(yàn)

　　試驗(yàn)?zāi)康模簻y試ACCC/TW導(dǎo)線在高溫條件下的總拉力。

　　試驗(yàn)結(jié)果：

　　ACCC/TW導(dǎo)線試樣在140℃高溫通電加熱3小時后，直接做拉力試驗(yàn)，高溫拉斷力為74.6kN，與計(jì)算拉斷力相比沒有損失;160℃高溫通電加熱3小時后，高溫拉斷力下降為64.0kN，為計(jì)算拉斷力(72.46kN)的88%;180℃高溫通電加熱3小時后，高溫拉斷力下降為56.8kN，為計(jì)算拉斷力(72.46kN)的78%;在200℃高溫通電加熱3～8小時后，直接做拉力試驗(yàn)，高溫拉斷力下降為48～50kN，約為計(jì)算拉斷力(72.46kN)的66%～69%。

　　這個結(jié)果說明，ACCC/TW在160℃高溫以上，拉斷力距不小于90%計(jì)算拉斷力的要求有一定的損失，隨著溫度上升，損失逐步加大。 　　

3.3.1.3 導(dǎo)線應(yīng)力—應(yīng)變試驗(yàn)

　　試驗(yàn)?zāi)康模簻y定ACCC/TW導(dǎo)線的應(yīng)力—應(yīng)變特性。

　　試驗(yàn)結(jié)果：

　　導(dǎo)線的最終彈性模數(shù)平均值為66.3 GPa;

　　碳纖維復(fù)合芯的最終彈性模數(shù)平均值為113.3 GPa;

　　繪制出導(dǎo)線應(yīng)力—應(yīng)變曲線圖。


　　3.3.1.4 導(dǎo)線熱膨脹試驗(yàn)

　　試驗(yàn)?zāi)康模簻y定ACCC/TW導(dǎo)線的熱膨脹系數(shù)。

　　試驗(yàn)結(jié)果：(試樣長度50米)

　　拐點(diǎn)溫度(80℃左右)以下該導(dǎo)線實(shí)測線膨脹系數(shù)為13.0×10-6(1/℃);

　　拐點(diǎn)溫度(80℃左右)以上該導(dǎo)線實(shí)測線膨脹系數(shù)為1.65×10-6(1/℃)。

　　3.3.1.5 導(dǎo)線弧垂特性試驗(yàn) 本文來自123

　　試驗(yàn)?zāi)康模河靡栽u估ACCC/TW導(dǎo)線在實(shí)驗(yàn)室條件下的高溫弧垂特性。

　　試驗(yàn)結(jié)果：測量導(dǎo)線弧垂和張力隨溫度變化的情況，分別繪制出該ACCC/TW導(dǎo)線在加載不同初始張力(15%RTS、25%RTS、35%RTS)下的弧垂—溫升曲線和張力—溫升曲線。

　　3.3.1.6 導(dǎo)線蠕變試驗(yàn)

　　試驗(yàn)?zāi)康模捍_定ACCC/TW導(dǎo)線的蠕變特性。

　　試驗(yàn)結(jié)果：

　　得出蠕變方程式;

計(jì)算出在15%、25%和35%的張力下10年(87600小時)后的蠕變量;

　　繪制出蠕變曲線。

　　3.3.1.7 碳纖維復(fù)合芯耐熱性能檢驗(yàn)

　　試驗(yàn)?zāi)康模簻y試碳纖維復(fù)合芯的耐熱性能。

　　試驗(yàn)結(jié)果：碳纖維復(fù)合芯經(jīng)過不同加熱溫度和不同加熱時間后的拉力結(jié)果，芯仍能保持合適的拉力(未加熱時的90%以上)。

　　3.3.1.8 導(dǎo)線載流量測試及計(jì)算 123456

　　試驗(yàn)?zāi)康模簻y試ACCC/TW導(dǎo)線在實(shí)驗(yàn)室條件下的載流量;計(jì)算ACCC導(dǎo)線在不同環(huán)境條件下的載流量。

　　試驗(yàn)結(jié)果：

　　測出無風(fēng)、無日照和自然對流條件的實(shí)驗(yàn)室測試數(shù)據(jù);

　　計(jì)算得出導(dǎo)線載流量的理論計(jì)算數(shù)據(jù)表(分別為在國內(nèi)常用參數(shù)條件下和在IEC61597-1995推薦的參數(shù)條件下)。

　　分析：與鋼芯鋁絞線相比，ACCC/TW導(dǎo)線得載流量有比較明顯得提高，而且導(dǎo)線允許得使用溫度更高(最高200℃)以及具有低弧垂的特性，因此，ACCC/TW導(dǎo)線載流能力有明顯優(yōu)勢。

　　3.3.2 借鑒的其他項(xiàng)目試驗(yàn)

　　借鑒其他規(guī)格的ACCC/TW導(dǎo)線已進(jìn)行的試驗(yàn)有以下一些。

　　3.3.2.1 導(dǎo)線高溫(150℃)拉力試驗(yàn)

　　試驗(yàn)?zāi)康模簻y試ACCC/TW導(dǎo)線在150℃溫度下的拉斷力。

　　試驗(yàn)結(jié)果：在150℃溫度下，ACCC/TW導(dǎo)線能夠滿足不小于計(jì)算拉斷力的90%。

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　　分析：由于復(fù)合芯的熱膨脹系數(shù)比外層軟鋁線的熱膨脹系數(shù)小的多，在150℃高溫下，所有拉力都加載在復(fù)合芯上，鋁線由于熱膨脹伸長量很大，基本不承受拉力，所以高溫下導(dǎo)線的拉力與復(fù)合芯的拉力基本一致。


　　3.3.2.2 碳纖維復(fù)合芯鹽霧腐蝕試驗(yàn)

　　試驗(yàn)?zāi)康模和ㄟ^在強(qiáng)腐蝕氣氛的腐蝕試驗(yàn)，評估碳纖維在自然條件下的耐腐蝕性能。

　　試驗(yàn)結(jié)果：試樣表面完好，無可見腐蝕現(xiàn)象;試驗(yàn)前后試樣重量基本沒有變化。

　　證明碳纖維復(fù)合芯在5%NaCl鹽霧氣氛下360h試樣無腐蝕。


　　3.3.2.3 導(dǎo)線及復(fù)合芯壓扁試驗(yàn)

　　試驗(yàn)?zāi)康模簻y試ACCC/TW導(dǎo)線及碳纖維復(fù)合芯在一定的壓力負(fù)荷作用下?lián)p壞程度;分別比較ACCC/TW導(dǎo)線與鋼芯鋁絞線和碳纖維復(fù)合芯與鋼芯的抗壓性能。

　　試驗(yàn)結(jié)果：在受控制的壓力負(fù)荷作用下有一定的變形，鋁絲部分變形較大，碳纖維復(fù)合芯變形較小。 123456

　　證明了ACCC/TW導(dǎo)體承受壓力而不會產(chǎn)生嚴(yán)重?fù)p壞的能力，這種壓力在ACCC/TW導(dǎo)線的正常處理、安裝或運(yùn)行中均可能遇到。

　　3.3.2.4 導(dǎo)線過滑輪試驗(yàn)

　　試驗(yàn)?zāi)康模候?yàn)證線路張力放線對ACCC/TW導(dǎo)線的影響，包括表面是否存在損傷，線股是否存在松股、起燈籠現(xiàn)象，以及鋁線強(qiáng)度是否有明顯變化等。

　　試驗(yàn)結(jié)果：ACCC/TW導(dǎo)線未見起燈籠現(xiàn)象，也未見明顯松股，但軟鋁線表面有擦痕;過滑輪后鋁單絲抗拉強(qiáng)度均在60～90MPa范圍內(nèi)，鋁線強(qiáng)度沒有明顯的提高。

　　3.3.2.5 導(dǎo)線微風(fēng)振動疲勞試驗(yàn)

　　試驗(yàn)?zāi)康模涸u估線路的振動疲勞性能。

　　試驗(yàn)結(jié)果：通過耐振疲勞試驗(yàn)。3根試樣分別經(jīng)過3x107次連續(xù)振動疲勞試驗(yàn)后，對懸垂線夾處的導(dǎo)線進(jìn)行拆股觀察，未見有任何開裂斷股現(xiàn)象。

　　3.3.2.6 導(dǎo)線的電暈及無線電干擾試驗(yàn) copyright 123456

　　試驗(yàn)?zāi)康模簻y試ACCC/TW導(dǎo)線的電暈熄滅電壓和無線電干擾電壓;比較型線與圓線在電暈及無線電干擾的水平。

試驗(yàn)結(jié)果：復(fù)合芯梯形單線同芯層鋁導(dǎo)線ACCC/TW與鋼芯鋁絞線LGJ的可見電暈和無線電干擾電壓試驗(yàn)結(jié)果基本一致，鋼芯鋁絞線略優(yōu)于復(fù)合芯梯形單線同芯層鋁導(dǎo)線，兩者均滿足220kV輸電線路的運(yùn)行要求。

　　3.4 導(dǎo)線運(yùn)行調(diào)試試驗(yàn)

　　3.4.1 加負(fù)荷試驗(yàn)方式下現(xiàn)場的接線

　　為掌握實(shí)際運(yùn)行中的ACCC導(dǎo)線載流性能和弧垂特性，擬將電網(wǎng)按以下形式改接，臨時接入110kV湖塘變，試驗(yàn)結(jié)束后再斷開。預(yù)計(jì)最大負(fù)荷約15萬kW左右。

試驗(yàn)時間：冬季2006年 12月 20 日;

　　夏季2007年 8月15 日。



圖3.4.1 負(fù)荷試驗(yàn)方式下現(xiàn)場接線圖 內(nèi)容來自123456

　　3.4.2 線路巡視復(fù)查

　　為保證調(diào)試成功，運(yùn)行單位線路工區(qū)組織一次特殊巡視，對110kV常白線主線段各處的導(dǎo)線、絕緣子、桿塔狀況、通道情況、交叉跨越情況等再做一次復(fù)查，及時消除不安全因素。為保證兩條線路搭接順利，線路工區(qū)負(fù)責(zé)對110kV常白線#1～#27～原#36段相位進(jìn)行現(xiàn)場復(fù)核，武進(jìn)供電公司負(fù)責(zé)對110kV滆湖線#22～湖塘變～滆湖變段相位進(jìn)行現(xiàn)場復(fù)核，確保線路接通時相位一致。

　　3.4.3 運(yùn)行方式調(diào)整過程

　?、拧?：30 110kV常白7550線、滆湖7731線臨時搭通工作結(jié)束后，線路工區(qū)梁整民向調(diào)度匯報：110kV常白7550線、滆湖7731線已臨時搭通，保證相位正確，線路可以送電。

　?、啤⒉鸪?10kV常白7550線、滆湖7731線各側(cè)接地線。

　　⑶、常州變：常白線713開關(guān)轉(zhuǎn)為副母運(yùn)行。

　?、取⒄{(diào)度通知測試現(xiàn)場指揮：110kV常白7550線準(zhǔn)備帶負(fù)荷。 123,123

　?、?、采菱變：由芳采線合環(huán)調(diào)常白線供電，芳采線712開關(guān)轉(zhuǎn)為熱備用(自投啟用)。

　?、省⑽湔{(diào)：
① 工業(yè)園變：合環(huán)調(diào)常白線供電，遙工線轉(zhuǎn)為備用 (自投啟用)。

　　 ② 湖塘變：合環(huán)調(diào)滆湖線供電，武湖線轉(zhuǎn)為備用(自投啟用)。

　?、恕⒄{(diào)度通知測試現(xiàn)場指揮：110kV常白7550線已帶全部負(fù)荷

　?、?、測試工作結(jié)束后由現(xiàn)場指揮向調(diào)度匯報：110kV常白7550線帶負(fù)荷測試工作結(jié)束，110kV常白7550線、滆湖7731線可以停電，拆開臨時搭頭線。

　?、汀⒕€路搭頭拆開后，調(diào)度恢復(fù)正常運(yùn)行方式。


　　3.4.4 現(xiàn)場測試工作

　　3.4.4.1 測試時間

　　冬季試驗(yàn)：2006年 12月 20 日，上午9：00 ～ 下午16：00。

　　夏季試驗(yàn)：2007年 8月15 日，上午9：00 ～ 下午16：00。

　　3.4.4.2 現(xiàn)場測量內(nèi)容

　　選定代表性兩檔，按照不同時間段負(fù)荷和電流的變化情況，進(jìn)行ACCC/TW導(dǎo)線弧垂和溫度的跟蹤測量。

　　第1檔： #5～# 6，檔距289米;

　　第2檔： #9～#10;檔距195米。

　　測溫設(shè)備：紅外熱像儀。

　　測高設(shè)備：全站儀、激光測高儀。

　　另外，對以下附件相應(yīng)進(jìn)行測溫，以觀測附件的溫升變化：
A處：#5塔導(dǎo)線懸垂線夾;

　　B處：#10支接塔，主線ACCC耐張線夾、工業(yè)園側(cè)LGJ-300/25導(dǎo)線耐張線夾、采菱側(cè)LGJ-185導(dǎo)線耐張線夾;

　　C處：#1終端塔，電纜接線端子、LGJ-185導(dǎo)線。

　　3.4.4.3 相關(guān)測試記錄舉例

　　例：測量檔號： #5 ～ #6。

　　(1)冬季試驗(yàn)：測量檔距 289 米;環(huán)境氣溫：上午陰5℃，下午陰10℃。

表3.4.4.3-1 冬季試驗(yàn)現(xiàn)場監(jiān)測記錄


(2)夏季試驗(yàn)：測量檔距 289 米;環(huán)境氣溫：上午陰28℃，下午晴32℃。

表3.4.4.3-2 夏季試驗(yàn)現(xiàn)場監(jiān)測記錄


經(jīng)復(fù)核線路斷面，溫度變化下現(xiàn)有的各種交叉跨越設(shè)施均滿足安全限距的要求。

4 研究成果和效益

　　4.1 導(dǎo)線機(jī)械性能的研究

　　碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線(ACCC)，采用高性能碳纖維復(fù)合材料作為導(dǎo)線芯材來代替鋼芯，與鋼芯鋁絞線相比，在相同的外徑時，復(fù)合芯鋁絞線允許纏繞超過20%的導(dǎo)電鋁線。機(jī)械性能上具有以下一些特點(diǎn)。

4.1.1 強(qiáng)度高

　　用碳纖維復(fù)合芯替代傳統(tǒng)的鋼芯，抗拉強(qiáng)度可達(dá)到2399MPa，是一般鋼絲(1240MPa)的1.9倍。

123456

　　抗拉強(qiáng)度的提高允許提高桿塔間的跨距，以降低工程成本。

　　4.1.2 線膨脹系數(shù)小，弧垂小

　　復(fù)合材料芯的線膨脹系數(shù)為1.6×10-6(1/℃)。鋼芯鋁絞線一般為20×10-6。

　　經(jīng)過熱膨脹試驗(yàn)(試樣長度50米)，測試出ACCC/TW導(dǎo)線的線膨脹系數(shù)α：

　　ü 拐點(diǎn)溫度(80℃左右)以下為13.0×10-6(1/℃);

　　ü 拐點(diǎn)溫度(80℃左右)以上為1.65×10-6(1/℃)。

　　由于復(fù)合芯的熱膨脹系數(shù)比外層軟鋁線的熱膨脹系數(shù)小的多，在一定的溫度(即拐點(diǎn)溫度)以上，導(dǎo)線的所有機(jī)械張力都將由碳纖維復(fù)合芯來承受，此溫度時鋁導(dǎo)體部分的應(yīng)力變?yōu)榱恪ｄX線由于熱膨脹伸長量很大，基本不承受拉力，整根導(dǎo)線的熱膨脹和彈性伸長取決于復(fù)合芯的熱膨脹和伸長率。所以整個導(dǎo)線的熱膨脹很小，線長變化很小，隨著溫度的上升，弧垂增加得很小。

123456

　　下圖是另一規(guī)格的ACCC/TW-Drake1020導(dǎo)線與直徑相近的LGJ-400/35導(dǎo)線進(jìn)行高溫弧垂─溫升比較試驗(yàn)的曲線圖(測試檔距50米)。


圖4.1.3 兩種絞線弧垂─溫升曲線比較圖

　　可以分析出，在相同的實(shí)驗(yàn)條件下，溫度從50℃上升到130℃，LGJ-400/35導(dǎo)線弧垂從190mm增加到620mm，提高了2.3倍;ACCC/TW-Drake導(dǎo)線弧垂從175mm增加到245mm，提高了0.4倍。ACCC/TW導(dǎo)線的弧垂變化量僅為常規(guī)鋼芯鋁絞線的1/6。溫度越往上升，ACCC/TW導(dǎo)線的弧垂變化量越小，基本不增加。

　　可見，碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線與常規(guī)鋼芯鋁絞線相比具有顯著的低弧垂特性。能減少架空線走廊的交跨絕緣距離，提高運(yùn)行安全和可靠性。

　　4.1.3 重量輕

　　復(fù)合材料芯比重僅1.9/cm3，為傳統(tǒng)鋼芯的1/4。

本文來自123

　　本次選擇的Linnet431型的碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線，直徑18.29mm，與原LGJ-185鋼芯鋁絞線19.02mm接近，單位長度重量653kg/km，小于原LGJ-185導(dǎo)線774kg/km。但鋁面積達(dá)218mm2，與原LGJ-185導(dǎo)線(鋁面積182.4mm2)相比，單位鋁截面積對應(yīng)導(dǎo)線重量為常規(guī)鋼芯鋁絞線的70%。
自重的減輕可使導(dǎo)線荷載減少約25%。重量輕和低弧垂的特性可以降低桿塔高度，減輕鐵塔結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求，節(jié)省線路綜合造價。

4.1.4 碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線單絲性能表


4.1.5 碳纖維合成芯導(dǎo)線參數(shù)表


4.1.6 ACCC/TW導(dǎo)線的應(yīng)力—應(yīng)變特性

　　根據(jù)應(yīng)力—應(yīng)變特性試驗(yàn)的結(jié)果，測試出：

　　l 導(dǎo)線的最終彈性模數(shù)平均值為66.3 GPa;

　　l 碳纖維復(fù)合芯的最終彈性模數(shù)平均值為113.3GPa

123,123

繪制出導(dǎo)線應(yīng)力—應(yīng)變曲線見下圖。


圖4.1.6 ACCC/TW導(dǎo)線應(yīng)力—應(yīng)變曲線圖

　　4.1.7 ACCC/TW導(dǎo)線的蠕變特性

　　蠕變試驗(yàn)的結(jié)果，得出以下蠕變方程式:



繪制出蠕變曲線見下圖。

圖4.1.7 ACCC/TW導(dǎo)線蠕變曲線圖

　　對導(dǎo)線架設(shè)后的塑性伸長，仍可采用降溫法來補(bǔ)償?？紤]補(bǔ)償初伸長的等效溫度用公式 Δt e = ε e /α 近似計(jì)算，降溫值為25～30℃。

　　4.2 導(dǎo)線耐熱性能的研究

　　ACCC/TW導(dǎo)線外層鋁導(dǎo)體為耐高溫退火鋁，200℃下能有效運(yùn)行，常規(guī)鋼芯鋁絞線使用溫度極限最大100℃。對碳纖維復(fù)合芯的耐熱性能檢驗(yàn)，經(jīng)熱老化試驗(yàn)，芯的耐熱性能如下表。 本文來自123


表4.2.1 碳纖維復(fù)合芯熱老化試驗(yàn)值表

　　結(jié)果表明，碳纖維復(fù)合芯經(jīng)過不同加熱溫度和不同加熱時間后，恢復(fù)正常溫度后，芯仍能保持不小于90%計(jì)算拉斷力的拉力。

根據(jù)前述，整根ACCC導(dǎo)線高溫拉力試驗(yàn)的情況，ACCC導(dǎo)線在140℃高溫下，能夠保持不小于計(jì)算拉斷力的拉力。

表4.2.2 ACCC/TW導(dǎo)線高溫下拉力試驗(yàn)值表



經(jīng)分析，由于復(fù)合芯的熱膨脹系數(shù)比外層軟鋁線的熱膨脹系數(shù)小的多，在140℃高溫下，所有拉力都加載在復(fù)合芯上，所以高溫下導(dǎo)線的拉力與復(fù)合芯的拉力基本一致。

　　當(dāng)溫度達(dá)到160℃，ACCC導(dǎo)線高溫拉斷力下降為計(jì)算拉斷力的88%，隨著溫度的進(jìn)一步上升，拉斷力下降得較多，核算高溫運(yùn)行時的導(dǎo)線安全系數(shù)是十分必要的，最重要的是恢復(fù)常溫后仍能保持滿足要求的拉斷力，以確保氣象控制條件下導(dǎo)線的安全系數(shù)。

　　4.3 導(dǎo)線載流特性的研究

　　4.3.1 載流截面分析

　　碳纖維復(fù)合芯采用合成碳纖維，全部都是非鐵磁性材料，而且不導(dǎo)電，所以不存在鋼絲材料引起的磁損和渦流損耗，在輸送相同負(fù)荷條件下，具有更低的運(yùn)行溫度，可減少輸電損失約6%。外層采用導(dǎo)電率不小于63%IACS的鋁線。

　　本此采用的 ACCC/TW-Linnet431型導(dǎo)線，外徑18.29mm，比原LGJ-185鋼芯鋁絞線19.02mm還小，鋁線絞制成梯型(如下圖剖面圖)，增加了單位面積導(dǎo)電能力。碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線的鋁面積218mm2，原LGJ-185導(dǎo)線的182.4mm2，載流鋁截面前者比后者多20%，載流能力大大增加。


圖4.3.1 ACCC/TW- Linnet導(dǎo)線剖面圖


　　由于鋁截面增大和提高導(dǎo)線工作溫度，導(dǎo)線的綜合載流量理論上可提高至2倍。

　　4.3.2 在無風(fēng)、無日照和自然對流條件下，實(shí)驗(yàn)室測試數(shù)據(jù)見下表。

　　表4.3.2 無風(fēng)、無日照和自然對流條件下載流量試驗(yàn)數(shù)據(jù)

　　4.3.3.2. 環(huán)境條件Ⅱ(IEC 61597-1995推薦計(jì)算參數(shù)下)載流量計(jì)算值

　　基準(zhǔn)條件： 風(fēng)速 1.0 m/s

日照強(qiáng)度 900 W/m2

　　導(dǎo)體表面吸收系數(shù) 0.5

　　導(dǎo)體輻射系數(shù) 0.6

　　環(huán)境溫度 20～45 ℃ 請

　　導(dǎo)體工作溫度 70～150 ℃

表4.3.3.2 環(huán)境條件Ⅱ下ACCC/TW-Linnet431的載流量



4.3.4 線路輸送能力分析

　　根據(jù)前面的耐熱性能和載流特性的分析，本次應(yīng)用的ACCC-Linnet431導(dǎo)線，長期允許工作溫度宜控制在140℃，按夏季最高環(huán)境溫度40℃，最大允許工作電流宜控制在837A，隨季節(jié)變化，環(huán)境溫度的降低，可適當(dāng)提高最大允許工作電流，參考上表4.3.3.1。

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