碳纤维复合芯导线的应用研究-技术报告(江苏)

1、碳纤维复合芯导线的应用研究-技术报告(江苏) 江苏省电力公司 ?碳纤维复合芯导线的应用研究? 工程技术报告 江苏省电力公司 常州供电公司 二八年一月 目 录 1 工程概述和技术原理 . 2 1.1 工程背景 . 2 1.2 国内外技术现状 . 2 1.3 工程主要研究内容 . 2 1.4 工程技术原理 . 2 2 研究方法和技术方案 . 4 2.1 工程研究方法 . 4 2.2 工程应用实施方案 . 4 2.3 工程实施成果 . 5 3 工程研究和实施过程 . 6 3.1 线路前期设计阶段 . 6 3.2 安装施工阶段 . 8 3.3 导线性能试验 . 10 3.4 导线运行调试试验 . 13

2、 4 研究成果和效益 . 17 4.1 导线机械性能的研究 . 17 4.2 导线耐热性能的研究 . 20 4.3 导线载流特性的研究 . 22 4.4 导线弧垂与温度、代表档距的对应关系分析 . 26 4.5 导线施工和安装的特殊工艺 . 29 4.6 各种特殊金具的配置 . 38 4.7 带负荷运行调试，分析线路运行特殊要求 . 39 4.8 工程效益分析比拟 . 41 4.9 工程查新报告 . 41 5 结论 . 42 1 1 工程概述和技术原理 1.1 工程背景 针对目前电网中局部输电线路输送能力缺乏、局部老旧线路技术改造困难的情况下，为有效利用目前电网的输电线路，考虑应用新型碳纤维复

3、合芯导线，提高电网的输送能力。 1.2 国内外技术现状 我国是个缺电的国家，输电线路已不堪承受传输容量快速扩容的需求，由于过负荷造成的停电、断电故障频频发生，电力传输成为电力工业开展的“瓶颈，各国均在研究新型架空输电路用导线，以取代传统的钢芯铝绞线。 目前世界上只有美国、日本、韩国开发出新型殷钢芯倍容量导线和新型合成导线，国内的产品研制和应用开始起步。碳纤维合成芯导线在国外的应用不长，美国CTC公司生产的ACCC碳纤维合成导线于2004年8月开始试用和运行，国内运行经验还较少。 1.3 工程主要研究内容 结合常州电网现状，分析一些老线路的公司技改、基建和业扩工程，选择在现有导线截面小且需增容的

4、线路上试用新型碳纤维合成芯导线，在不改变现有路径、通道的情况下，既要大幅度提高线路输送容量，又要确保线路的平安运行。同时进行相关经济比拟，用较少的投资取得理想的效益。 从节能、降低本钱、增加输送容量、提高电网平安运行等方面综合看，推广应用具有很大的经济和社会效益。有助于构造平安、环保、高效节约型输电网络。 1.4 工程技术原理 碳纤维复合芯导线ACCC，采用高性能碳纤维复合材料作为导线芯材，具有强度高、重量轻、膨胀系数小、耐腐蚀和耐高温等特点。 1强度高。用碳纤维复合芯替代传统的钢芯，抗拉强度是一般钢丝的倍，允许提高杆塔间的跨距，以降低工程本钱。 2线膨胀系数小，弧垂小。复合材料芯线膨胀系数仅

5、为钢芯的1/8。在相同的实验条件下，随着温度的上升，导线弧垂变化量仅为常规钢芯铝绞线的9.6%，高温下弧垂增量不到钢芯铝绞线的1/10，减少架空线交跨距离。 2 3重量轻。复合材料芯比重为传统钢芯的1/4，ACCC导线单位长度重量约为常规钢芯铝绞线的6080%，自重的减轻可使导线荷载减少约25%。 重量轻和低弧垂的特性可以降低杆塔高度，减轻铁塔结构强度要求，节省线路综合造价。 4导电率高，载流量大，运行温度高。 ACCC导线的合成碳纤维芯是非铁磁性材料，不存在磁损和涡流损耗。与钢芯铝绞线相比，在相同外径时，复合芯铝绞线允许缠绕超过28%截面积的铝线。ACCC导线外层采用导电率不小于63%IAC

6、S的铝线，铝导体为耐高温退火铝，200下能有效运行，常规钢芯铝绞线使用温度极限最大100。 由于铝截面增大和提高导线工作温度，导线的综合载流量理论上可提高至2倍。 图1.4.4 ACCC导线与钢芯铝绞线的断面比拟图 5耐腐蚀性能好。 ACCC导线的复合芯由玻璃纤维绝缘材料制成，具有较高的耐腐蚀性能，与铝线之间接触也不存在电腐蚀问题，可以解决长期运行中的腐蚀问题。 1.5 工程研究目标 应用新型合成导线，能够利用现有杆塔等设施，成倍地大幅度提高传输容量，减少传输中电力的损耗，同时可以减少土地资源、有色金属资源等消耗。 为研究其特性，积累使用和运行经验，本工程开展碳纤维合成芯导线的应用和研究。 3

7、 2 研究方法和技术方案 2.1 工程研究方法 对常州电网中局部输送能力缺乏、改造困难的线路，应用碳纤维复合芯导线。 选择在现有导线截面小且需增容的线路上试用碳纤维合成芯导线，在不改变现有路径、通道的情况下，既要大幅度提高线路输送容量，又要确保线路的平安运行。同时进行相关经济比拟，用较少的投资取得理想的效益。 工程的研究拟通过以下几个方面来开展： (1) 研究导线的机械力学特性，重新校核线路平断面，保证平安距离； (2) 研究导线的载流特性，确定线路的最大允许工作电流，核算线路在电网各 种特殊运行方式下的过负荷能力； (3) 分析导线的弧垂与温度、应力、代表档距的对应变化关系； (4) 导线架

8、线施工和安装的特殊工艺； (5) 研究各种特殊金具的配置； (6) 进行带负荷运行调试，分析线路运行特殊要求； (7) 进行相关经济比拟。 2.2 工程应用实施方案 根据电网规划及运行情况，选定现有导线截面小且需增容的线路之一“110kV常白线上试用，在不改变现有路径通道、不对杆塔进行改造的情况下，更换为ACCC碳纤维复合芯导线。 常白线上现状接2个110kV变电所，分别是：110kV采菱变，2x50MVA主变；110kV工业园变，2x50MVA主变。另原先还接有110kV湖塘变2x40MVA，因输送容量缺乏，现已临时断开。 LGJ-185LGJ-300/25LGJ-185 常 州 变 滆湖变

9、220kV 110kV采菱变 2x50MVA110kV工业园变2x50MVA110kV湖塘变2x40MVA 图2.2 改造前110kV常白线接线图 4 原LGJ-185导线只能满足带一个变电所2台主变的要求，遇故障或检修，带3台50MVA主变，需输送787A，LGJ-185导线就已不能承当。导线输送容量的限制给电网运行方式的灵活调整带来困难。 主线段线路已运行有20多年，通道复杂，线下房屋密集，原通道改造换塔换大导线很困难。该现状很适合应用碳纤维复合芯导线。 原线路导线均为LGJ-185。按最高允许温度+70、基准环境温度+25时，长期允许载流量510A，按照常州地区最高环境温度+40校正后为

10、435A，允许输送容量为82900kW。 表2.2.1 现状线路输送容量 表2.2.2 改造后拟到达输送容量 增容改造实施：将常州变出线前段架空线的主线原LGJ-185导线更换为ACCC导线，长度。 2.3 工程实施成果 1、完成110kV常白线更换ACCC导线的设计和安装； 2、对所选的ACCC导线进行各项机械和电气性能试验； 3、进行线路运行加负荷调试试验； 4、开展ACCC导线耐高温、大载流量、低弧垂等方面性能的研究。 5 3 工程研究和实施过程 3.1 线路前期设计阶段 3.1.1 收集碳纤维复合芯导线的技术资料，研究其机械特性、电气特性。 局部规格的导线已由上海电缆研究所进行了试验，

11、现有资料的局部参数参考美国CTC公司提供的数据。本工程选定型号的ACCC/TW导线另外进行多项机械及电气性能试验。 3.1.2 结合原线路资料，重新测定线路平断面，掌握交叉跨越情况。 110kV常白线主线段从220kV常州变常白线采菱支接塔，长度公里，杆塔均为双回路与110kV遥常线同杆架设，10基杆塔，为钢管杆和铁塔混合线路。全线平均档距210米，最大档距289米。 设计时，全线重新测量了平断面，详细掌握各类交叉跨越情况。线路经过地区现为城区，下面房屋较多，交跨复杂，线路交叉跨越建筑物、电力线、通信线、城市道路等共42次。 3.1.3 确定导线的型式截面、平安系数及应力、弧垂计算。 根据原杆

12、塔设计条件和线路交跨情况，初步确定导线的选型和截面匹配，确定适宜的平安系数、最大使用张力。 拟选择Linnet431型218mm2截面的碳纤维复合芯导线，直径和单位长度重量653kg/km均不大于原LGJ-185导线的直径和单位长度重量774kg/km。 导线的平安系数取，最大使用张力，不超过现有杆塔使用条件。导地线平安系数、最大使用应力及平均使用应力见下表。 表3.1.3.1 导地线平安系数及设计张力 新架导线的弧垂最高气温时不超过原导线弧垂，确保现有的各种交叉跨越设施均满足平安限距的要求。这些条件保证主线段所有杆塔均不需进行改造，得以充分利用。 6 碳纤维复合芯导线的铝面积218mm2，大

13、于原LGJ-185导线的铝面积，载流能力大大增加。 下表反映了本次选定的碳纤维复合芯导线与原导线参数的比照情况。 表3.1.3.2 碳纤维复合芯导线与原导线参数比照表 根据导线的线膨胀系数与温度、应力的对应变化关系，分析导线机械特性，进行应力、弧垂计算，架线施工张力弧垂计算。 3.1.4 配适宜的金具、附件 本工程ACCC/TW导线所用耐张线夹，为专用配套的耐热型线夹，内层不锈钢，外层铝合金。 根据导线发热特性，选择专用的ACCC/TW导线配套耐热型耐张线夹。配置适宜的悬垂金具和耐热型预绞丝护线条，合理组合附件安装。导线的耐张线夹、引流板为ACCC/TW导线配套的专用线夹，预绞丝护线条、T接线

14、夹等有南京线路器材厂专门设计。 7 3.2 安装施工阶段 3.2.1 施工技术准备 本线路采用张力展放导线。架线前检查各施工段的平断面图、明细表等,认真对施工场地进行调查、熟悉交叉跨越情况。合理布置张力场和牵引场的位置。对导、地线连接管及耐张管进行检验性压接试验。架线作业指导书经审批，架线前进行技术交底。进行牵、张场预选，本工程分为二牵，从110kV常白线G1电缆终端塔G8支接塔为第一牵，从G8支接塔G10支接塔的架空主线局部为第二牵。 表3.2.1 牵、张场预选表 3.2.2 架线 架线前调查清楚沿线的交叉跨越等障碍物，进行线路通道清理。根据现场情况搭设跨越架,安装防磨滚筒。 选择和布置牵张

15、场。采用一台牵引机、一台张力机进行导线展放施工，一牵一展放方式。为了防止ACCC导线与原线路旧导线之间的磨碰。本工程利用原线路LGJ-185导线作为牵引绳张力展放ACCC导线。 下面是几张现场安装图片。 8 图片3.2.2.1 导线张力展放 图片3.2.2.2 预绞丝型装置紧线 图片3.2.2.3 线芯清洁 图片3.2.2.4 安装套管及联接 图片3.2.2.5 内外清洁涂油膏 图片3.2.2.6 耐张线夹的压接 3.2.3 其他安装 进行紧线和挂线施工，弧垂调整，导、地线液压，附件安装，导线跳线安装等。于2006年11月完成110kV常白线增容改造ACCC导线的安装施工，并投入运行。 9 3

16、.3 导线性能试验 3.3.1 专项性能试验 对本工程采用的Linnet431规格ACCC/TW导线专门委托上海电缆研究所开展了以下8项性能试验。 3.3.1.1 导线握力试验常温 试验目的：测试ACCC/TW导线安装专用楔型线夹后的握着力。 试验结果： 无中间接续的试样，握力试验结果为； 有中间接续的试样，握力试验结果为。 证明ACCC/TW导线安装专用楔型线夹后的握力满足不小于90%计算拉断力的要求。 3.3.1.2 导线高温140200拉力试验 试验目的：测试ACCC/TW导线在高温条件下的总拉力。 试验结果： ACCC/TW导线试样在140高温通电加热3小时后，直接做拉力试验，高温拉断

17、力为，与计算拉断力相比没有损失；160高温通电加热3小时后，高温拉断力下降为，为计算拉断力的88%；180高温通电加热3小时后，高温拉断力下降为，为计算拉断力的78%；在200高温通电加热38小时后，直接做拉力试验，高温拉断力下降为4850kN，约为计算拉断力的66%69%。 这个结果说明，ACCC/TW在160高温以上，拉断力距不小于90%计算拉断力的要求有一定的损失，随着温度上升，损失逐步加大。 3.3.1.3 导线应力应变试验 试验目的：测定ACCC/TW导线的应力应变特性。 试验结果： 导线的最终弹性模数平均值为66.3 GPa； 碳纤维复合芯的最终弹性模数平均值为113.3 GPa；

18、 绘制出导线应力应变曲线图。 3.3.1.4 导线热膨胀试验 试验目的：测定ACCC/TW导线的热膨胀系数。 10 试验结果：试样长度50米 拐点温度80左右以下该导线实测线膨胀系数为10-61/； 拐点温度80左右以上该导线实测线膨胀系数为10-61/。 3.3.1.5 导线弧垂特性试验 试验目的：用以评估ACCC/TW导线在实验室条件下的高温弧垂特性。 试验结果：测量导线弧垂和张力随温度变化的情况，分别绘制出该ACCC/TW导线在加载不同初始张力15%RTS、25%RTS、35%RTS下的弧垂温升曲线和张力温升曲线。 3.3.1.6 导线蠕变试验 试验目的：确定ACCC/TW导线的蠕变特性

19、。 试验结果： 得出蠕变方程式； 计算出在15%、25%和35%的张力下10年87600小时后的蠕变量； 绘制出蠕变曲线。 3.3.1.7 碳纤维复合芯耐热性能检验 试验目的：测试碳纤维复合芯的耐热性能。 试验结果：碳纤维复合芯经过不同加热温度和不同加热时间后的拉力结果，芯仍能保持适宜的拉力未加热时的90%以上。 3.3.1.8 导线载流量测试及计算 试验目的：测试ACCC/TW导线在实验室条件下的载流量；计算ACCC导线在不同环境条件下的载流量。 试验结果： 测出无风、无日照和自然对流条件的实验室测试数据； 计算得出导线载流量的理论计算数据表分别为在国内常用参数条件下和在IEC61597-1

20、995推荐的参数条件下。 分析：与钢芯铝绞线相比，ACCC/TW导线得载流量有比拟明显得提高，而且导线允许得使用温度更高最高200以及具有低弧垂的特性，因此，ACCC/TW导线载流能力有明显优势。 3.3.2 借鉴的其他工程试验 借鉴其他规格的ACCC/TW导线已进行的试验有以下一些。 11 3.3.2.1 导线高温150拉力试验 试验目的：测试ACCC/TW导线在150温度下的拉断力。 试验结果：在150温度下，ACCC/TW导线能够满足不小于计算拉断力的90%。 分析：由于复合芯的热膨胀系数比外层软铝线的热膨胀系数小的多，在150高温下，所有拉力都加载在复合芯上，铝线由于热膨胀伸长量很大，

21、根本不承受拉力，所以高温下导线的拉力与复合芯的拉力根本一致。 3.3.2.2 碳纤维复合芯盐雾腐蚀试验 试验目的：通过在强腐蚀气氛的腐蚀试验，评估碳纤维在自然条件下的耐腐蚀性能。 试验结果：试样外表完好，无可见腐蚀现象；试验前后试样重量根本没有变化。 证明碳纤维复合芯在5%NaCl盐雾气氛下360h试样无腐蚀。 3.3.2.3 导线及复合芯压扁试验 试验目的：测试ACCC/TW导线及碳纤维复合芯在一定的压力负荷作用下损坏程度；分别比拟ACCC/TW导线与钢芯铝绞线和碳纤维复合芯与钢芯的抗压性能。 试验结果：在受控制的压力负荷作用下有一定的变形，铝丝局部变形较大，碳纤维复合芯变形较小。 证明了A

22、CCC/TW导体承受压力而不会产生严重损坏的能力，这种压力在ACCC/TW导线的正常处理、安装或运行中均可能遇到。 3.3.2.4 导线过滑轮试验 试验目的：验证线路张力放线对ACCC/TW导线的影响，包括外表是否存在损伤，线股是否存在松股、起灯笼现象，以及铝线强度是否有明显变化等。 试验结果：ACCC/TW导线未见起灯笼现象，也未见明显松股，但软铝线外表有擦痕；过滑轮后铝单丝抗拉强度均在6090MPa范围内，铝线强度没有明显的提高。 3.3.2.5 导线微风振动疲劳试验 试验目的：评估线路的振动疲劳性能。 试验结果：通过耐振疲劳试验。3根试样分别经过3x107次连续振动疲劳试验后，对悬垂线夹

23、处的导线进行拆股观察，未见有任何开裂断股现象。 3.3.2.6 导线的电晕及无线电干扰试验 试验目的：测试ACCC/TW导线的电晕熄灭电压和无线电干扰电压；比拟型线与圆线在电晕及无线电干扰的水平。 12 试验结果：复合芯梯形单线同芯层铝导线ACCC/TW与钢芯铝绞线LGJ的可见电晕和无线电干扰电压试验结果根本一致，钢芯铝绞线略优于复合芯梯形单线同芯层铝导线，两者均满足220kV输电线路的运行要求。 3.4 导线运行调试试验 3.4.1 加负荷试验方式下现场的接线 为掌握实际运行中的ACCC导线载流性能和弧垂特性，拟将电网按以下形式改接，临时接入110kV湖塘变，试验结束后再断开。预计最大负荷约

24、15万kW左右。 试验时间：冬季2006年 12月 20 日； 夏季2007年 8月15 日。 图3.4.1 负荷试验方式下现场接线图 13 3.4.2 线路巡视复查 为保证调试成功，运行单位线路工区组织一次特殊巡视，对110kV常白线主线段各处的导线、绝缘子、杆塔状况、通道情况、交叉跨越情况等再做一次复查，及时消除不平安因素。 为保证两条线路搭接顺利，线路工区负责对110kV常白线#1#27原#36段相位进行现场复核，武进供电公司负责对110kV滆湖线#22湖塘变滆湖变段相位进行现场复核，确保线路接通时相位一致。 3.4.3 运行方式调整过程 、8：30 110kV常白7550线、滆湖773

25、1线临时搭通工作结束后，线路工区梁整民向调度汇报：110kV常白7550线、滆湖7731线已临时搭通，保证相位正确，线路可以送电。 、撤除110kV常白7550线、滆湖7731线各侧接地线。 、常州变：常白线713开关转为副母运行。 、调度通知测试现场指挥：110kV常白7550线准备带负荷。 、采菱变：由芳采线合环调常白线供电，芳采线712开关转为热备用自投启用。 、武调： 工业园变：合环调常白线供电，遥工线转为备用 自投启用。 湖塘变：合环调滆湖线供电，武湖线转为备用自投启用。 、调度通知测试现场指挥：110kV常白7550线已带全部负荷 、测试工作结束后由现场指挥向调度汇报：110kV常

26、白7550线带负荷测试工作结束，110kV常白7550线、滆湖7731线可以停电，拆开临时搭头线。 、线路搭头拆开后，调度恢复正常运行方式。 3.4.4 现场测试工作.1 测试时间 冬季试验：2006年 12月 20 日，上午9：00 下午16：00。 夏季试验：2007年 8月15 日，上午9：00 下午16：00。 3.4.4.2 现场测量内容 选定代表性两档，按照不同时间段负荷和电流的变化情况，进行ACCC/TW导线弧垂和温度的跟踪测量。 第1档： #5# 6，档距289米； 14 第2档： #9#10；档距195米。 测温设备：红外热像仪。 测高设备：全站仪、激光测高仪。 另外，对以下

27、附件相应进行测温，以观测附件的温升变化： A处：#5塔导线悬垂线夹； B处：#10支接塔，主线ACCC耐张线夹、工业园侧LGJ-300/25导线耐张线夹、采菱侧LGJ-185导线耐张线夹； C处：#1终端塔，电缆接线端子、LGJ-185导线。 3.4.4.3 相关测试记录举例 例：测量档号： #5 #6。 1冬季试验：测量档距 289 米；环境气温：上午阴5，下午阴10。 表3.4.4.3-1 冬季试验现场监测记录 2夏季试验：测量档距 289 米；环境气温：上午阴28，下午晴32。 表3.4.4.3-2 夏季试验现场监测记录 15 经复核线路断面，温度变化下现有的各种交叉跨越设施均满足平安限

28、距的要求。 16 4 研究成果和效益 4.1 导线机械性能的研究 碳纤维复合芯导线ACCC，采用高性能碳纤维复合材料作为导线芯材来代替钢芯，与钢芯铝绞线相比，在相同的外径时，复合芯铝绞线允许缠绕超过20%的导电铝线。机械性能上具有以下一些特点。 4.1.1 强度高 用碳纤维复合芯替代传统的钢芯，抗拉强度可到达2399MPa，是一般钢丝1240MPa的倍。 抗拉强度的提高允许提高杆塔间的跨距，以降低工程本钱。 4.1.2 线膨胀系数小，弧垂小 复合材料芯的线膨胀系数为10-61/。钢芯铝绞线一般为2010-6。 经过热膨胀试验试样长度50米，测试出ACCC/TW导线的线膨胀系数： ? 拐点温度8

29、0左右以下为101/； ? 拐点温度80左右以上为101/。 -6-6 由于复合芯的热膨胀系数比外层软铝线的热膨胀系数小的多，在一定的温度即拐点温度以上，导线的所有机械张力都将由碳纤维复合芯来承受，此温度时铝导体局部的应力变为零。铝线由于热膨胀伸长量很大，根本不承受拉力，整根导线的热膨胀和弹性伸长取决于复合芯的热膨胀和伸长率。所以整个导线的热膨胀很小，线长变化很小，随着温度的上升，弧垂增加得很小。 下列图是另一规格的ACCC/TW-Drake1020导线与直径相近的LGJ-400/35导线进行高温弧垂温升比拟试验的曲线图测试档距50米。 17 图4.1.3 两种绞线弧垂温升曲线比拟图 可以分析

30、出，在相同的实验条件下，温度从50上升到130，LGJ-400/35导线弧垂从190mm增加到620mm，提高了倍；ACCC/TW-Drake导线弧垂从175mm增加到245mm，提高了倍。ACCC/TW导线的弧垂变化量仅为常规钢芯铝绞线的1/6。温度越往上升，ACCC/TW导线的弧垂变化量越小，根本不增加。 可见，碳纤维复合芯导线与常规钢芯铝绞线相比具有显著的低弧垂特性。能减少架空线走廊的交跨绝缘距离，提高运行平安和可靠性。 4.1.3 重量轻 复合材料芯比重仅，为传统钢芯的1/4。 本次选择的Linnet431型的碳纤维复合芯导线，直径，与原LGJ-185钢芯铝绞线接近，单位长度重量653

31、kg/km，小于原LGJ-185导线774kg/km。但铝面积达218mm2，与原LGJ-185导线铝面积相比，单位铝截面积对应导线重量为常规钢芯铝绞线的70%。 自重的减轻可使导线荷载减少约25%。重量轻和低弧垂的特性可以降低杆塔高度，减轻铁塔结构强度要求，节省线路综合造价。 4.1.4 碳纤维复合芯导线单丝性能表 4.1.5 碳纤维合成芯导线参数表 18 4.1.6 ACCC/TW导线的应力应变特性 根据应力应变特性试验的结果，测试出： ? 导线的最终弹性模数平均值为66.3 GPa； ? 碳纤维复合芯的最终弹性模数平均值为。 绘制出导线应力应变曲线见下列图。 图4.1.6 ACCC/TW

32、导线应力应变曲线图 19 4.1.7 ACCC/TW导线的蠕变特性 蠕变试验的结果，得出以下蠕变方程式: 10-1000 = 22.05 T 0.231 15%RTS 10-1000 = 37.82 T 0.229 25%RTS 10-1000 = 70.25 T 0.235 35%RTS 式中： 单位长度伸长量mm/km；T 时间h 按上面的蠕变方程式可推算出10年87600小时后的蠕变量。 表4.1.7 ACCC/TW导线10年后的蠕变量 绘制出蠕变曲线见下列图。 图4.1.7 ACCC/TW导线蠕变曲线图 对导线架设后的塑性伸长，仍可采用降温法来补偿。考虑补偿初伸长的等效温度用公式 t

33、e = e 近似计算，降温值为2530。 4.2 导线耐热性能的研究 ACCC/TW导线外层铝导体为耐高温退火铝，200下能有效运行，常规钢芯铝绞 20 线使用温度极限最大100。 对碳纤维复合芯的耐热性能检验，经热老化试验，芯的耐热性能如下表。 表4.2.1 碳纤维复合芯热老化试验值表 结果说明，碳纤维复合芯经过不同加热温度和不同加热时间后，恢复正常温度后，芯仍能保持不小于90%计算拉断力的拉力。 根据前述，整根ACCC导线高温拉力试验的情况，ACCC导线在140高温下，能够保持不小于计算拉断力的拉力。 表4.2.2 ACCC/TW导线高温下拉力试验值表 经分析，由于复合芯的热膨胀系数比外层

34、软铝线的热膨胀系数小的多，在140高温下，所有拉力都加载在复合芯上，所以高温下导线的拉力与复合芯的拉力根本一致。 当温度到达160，ACCC导线高温拉断力下降为计算拉断力的88%，随着温度的进一步上升，拉断力下降得较多，核算高温运行时的导线平安系数是十分必要的，最重要的是恢复常温后仍能保持满足要求的拉断力，以确保气象控制条件下导线的平安系数。 21 4.3 导线载流特性的研究 4.3.1 载流截面分析 碳纤维复合芯采用合成碳纤维，全部都是非铁磁性材料，而且不导电，所以不存在钢丝材料引起的磁损和涡流损耗，在输送相同负荷条件下，具有更低的运行温度，可减少输电损失约6%。外层采用导电率不小于63%I

35、ACS的铝线。 本此采用的 ACCC/TW-Linnet431型导线，外径，比原LGJ-185钢芯铝绞线还小，铝线绞制成梯型如下列图剖面图，增加了单位面积导电能力。碳纤维复合芯导线的铝面积218mm2，原LGJ-185导线的，载流铝截面前者比后者多20%，载流能力大大增加。 图4.3.1 ACCC/TW- Linnet导线剖面图 由于铝截面增大和提高导线工作温度，导线的综合载流量理论上可提高至2倍。 4.3.2 在无风、无日照和自然对流条件下，实验室测试数据见下表。 表4.3.2 无风、无日照和自然对流条件下载流量试验数据 22 4.3.3 ACCC/TW导线载流量的理论计算两种计算参数 4.

36、3.3.1 环境条件 国内常用计算参数下载流量计算值 基准条件： 风速 0.5 m/s 日照强度 1000 W/m2 导体外表吸收系数 0.9 导体辐射系数 0.9 环境温度 2045 导体工作温度 70150 表4.3.3.1 环境条件下ACCC/TW-Linnet431的载流量 23 4.3.3.2. 环境条件IEC 61597-1995推荐计算参数下载流量计算值 基准条件： 风速 1.0 m/s 日照强度 900 W/m2 导体外表吸收系数 0.5 导体辐射系数 0.6 环境温度 2045 导体工作温度 70150 表4.3.3.2 环境条件下ACCC/TW-Linnet431的载流量

37、4.3.4 线路输送能力分析 根据前面的耐热性能和载流特性的分析，本次应用的ACCC-Linnet431导线，长期允许工作温度宜控制在140，按夏季最高环境温度40，最大允许工作电流宜 24 控制在837A，随季节变化，环境温度的降低，可适当提高最大允许工作电流，参考上表。下表为ACCC/TW导线与原LGJ-185导线输送能力对照表。 表4.3.4 ACCC/TW导线与原LGJ-185输送能力对照表 参考前面导线高温拉力试验的情况，当温度到达160后，导线高温拉断力开始下降，随着温度的进一步上升，拉断力下降得较多。因此，该碳纤维复合芯导线长期运行在140是比拟适宜的，对拉断力没有损失，此时输送

38、电流已到达相同直径钢芯铝绞线的2倍以上。 分析线路在电网检修、故障等各种特殊运行方式下，为增加输送容量，适当可超过140，短时允许的最高运行温度180，运行时间不宜超过3小时。 25 4.4 导线弧垂与温度、代表档距的对应关系分析 4.4.1 线膨胀系数的测试比拟 通过ACCC导线热膨胀试验，测出试样长度50米：拐点温度80左右以下该导线实测线膨胀系数为10-61/，拐点温度80左右以上该导线实测线膨胀系数为10-61/。 由于复合芯的热膨胀系数比外层软铝线的热膨胀系数小的多，在拐点温度以上，所有拉力都加载在复合芯上，铝线由于热膨胀伸长量很大，根本不承受拉力，所以整个导线的热膨胀很小，线长变化

39、很小，随着温度的上升，弧垂增加得很小。 4.4.2 ACCC导线与原LGJ-185导线弧垂计算值比照 表4.4.2-1 原LGJ-185导线弧垂温度变化计算表 表4.4.2-1 ACCC导线弧垂温度变化计算表 26 4.4.3 各温度范围ACCC导线弧垂变化计算情况 按本工程工程的线路设计条件，以典型的代表档距200米计算，计算出的拐点温度102，弧垂。拐点温度以下按普通导线的计算方法，拐点温度以上按照内层芯和外层导线的热膨胀和弹性伸长的不同分别计算，得出20200范围内各种温度下的弧垂，见下表。 表4.4.2.2 弧垂随温度变化表 注：表中载流量按表环境条件、环境温度40下的参考取值。 上表

40、的数据可分析出： 在拐点温度以下，当ACCC导线温度从20升至100，弧垂相应从米增至米，增量米，即导线温度每升高10，弧垂约增加米。 在拐点温度以上，当ACCC导线温度从102升至200，弧垂相应从米增至米，增量米，即导线温度每升高10，弧垂约增加米。 4.4.4 ACCC导线弧垂、张力与温度变化的关系 通过弧垂特性试验，测量导线弧垂和张力随温度变化的情况测试档距50米，分别绘制出该ACCC/TW导线在加载不同初始张力15%RTS、25%RTS、35%RTS下的弧垂温升曲线和张力温升曲线，见下列图。 27 350 300 250 弧垂 mm200150 100 温度 图4.4.3-1 碳纤维

41、复合芯导线Linnet弧垂温升曲线 26 24 22 20 18 张力 kN16 14 12 10 8 6 4 温度 图4.4.3-2 碳纤维复合芯导线Linnet张力温升曲线 4.4.5 弧垂特性分析 上面的图表可看到，ACCC导线在拐点温度以下时，随着导线温度的增加，弧垂的上升和张力的下降均较快。到达拐点温度以后，弧垂和张力的变化幅度趋于平缓。结合前述的原理分析，到拐点温度以上，导线的机械张力都由碳纤维芯承受，其热膨胀和弹性伸长取决于碳纤维芯线。因为碳纤维芯的热膨胀很小，弹性模量较大， 28 所以表现出弧垂随温度的增加而变化很小。 以上的数据和曲线，表达出该类型导线随着温度的上升和电流的增

42、大，弧垂增加的很少，其耐高温、通容大电流和低弧垂的特性也充分得到了发挥。这些优点，使得在线路的增容改造中可以省去大量杆塔设施的更换，特别适合用于城郊地区老线路的改造。 4.5 导线施工和安装的特殊工艺 4.5.1 放线施工 采用张力放线的方式。 4.5.1.1 考前须知 为了防止ACCC导线与原线路旧导线之间的磨碰。本工程利用原线路LGJ-185导线作为牵引绳张力展放ACCC导线。 由于ACCC导线外层铝线采用的是软铝，放线时一定要做好防止导线磨损的措施，如：放线滑车必须采用轮径大于720mm的大直径单轮放线滑车、并必须在滑轮的凹槽内包一层橡胶、滑轮必须转动自如、通道的清障处理完毕、越线架顶设

43、置包胶滚筒或防磨橡胶毯，导线展放时派专人在越线架上看护、导线防跳槽措施、以及防止线间鞭击等。 导线的外表绝对要防止接触地面。可以在地面上铺上塑料布或者其他材料来防止铝线着地。 导地线架设时必须先架设避雷线，依次架设上导线、中导线、下导线，以防止上层导线架设时对下层导线造成磨损。 4.5.1.2 牵引导线 用?12的尼龙绳缠绕在张力机的轮槽上将导线引出张力机轮；导线引出后解开尼龙绳，将导线头的专用网套连接器与旋转连接器连接，再与原线路LGJ-185导线头用网套连接器相连；在距单头网套连接器尾端50mm处用12号镀锌铁丝绑扎不少于200mm，在网套连接器的外表包裹上橡胶套管，并用铁丝绑牢。 启动牵

44、引机，慢速牵引，收紧牵引旧导线锚固点与牵引机之间的余线，撤除锚固装置，然后立即停机，并在牵引机出口处牵引旧导线上安装好钢轮接地滑车。 用张力机调整导线的张力，并在张力机出口处导线上安装铝质接地滑车。 按放线段计算出来牵引机的牵引力、张力机张力值，调整好牵引机的牵引力及 29 张力机张力的整定值。开始时慢速牵引导线，牵引机逐步增大牵引力及速度。 图片4.5.1.2 牵引控制 在放线过程中，所有跨越档的监护人员应随时报告导线对地及跨越物的距离，现场指挥要根据要求及时调整放线张力，以确保导线不被磨损。 当牵引头距离放线滑车3050米时，适当减慢牵引速度，使牵引头平缓通过放线滑车，减少冲击力。 当导线盘上的导线剩下最后一层时，减慢牵引速度；当盘上导线剩下67圈时，停止牵引；在张力机的前方用?12尼龙绳临时锚固导线；倒出盘上余线，卸下空盘。 4.5.2 紧线和挂线施工 耐张塔挂线采用松弛张力挂线。 4.5.2.1 断线、松线与压接。 在ACCC导线牵引至挂线耐张塔时，停止牵引并通知张力机停止工作，通知耐张段内各档跨越架及各监护点，ACCC导线牵引结束，即将开始松线，各点对有可能对AC