碳纤维复合芯导线在线路增容工程中的应用

沈圣炜　曹　琦

摘要 本文通过一条220kV线路增容改造的实际案例,阐述了碳纤维复合芯导线的基本特性、

配套金具选用、施工中的注意事项、运行中的难点讨论等,希望能让大家对这种新型导线实际应

用的各个方面有一定的客观了解。

关键词 碳纤维复合芯;导线;线路增容

中图分类号 TM75文献标识码 A文章编号 1674-6708(2009)05-0068-02

1 引入碳纤维复合芯导线解决线路增容问题

1.1问题提出

220kV汾湖-嘉善同塔双回线路作为嘉兴地区220kV电网网架的主要线路,连接着500kV汾湖变和220kV嘉善变,导线采用LGJ-400/35,建成投运于1997年。随着嘉善地区供电需求的增长,尤其在迎峰渡夏和冬季用电高峰期,这两条线路的输送容量已不能满足需求。为保证安全可靠供电,经测算,220kV汾湖-嘉善单回输电线路的输送容量需达到475MVA左右,即相当于2*LGJ-400/35导线93.87%的输送容量(环境温度35℃,最高允许温度70℃)。因此,220kV汾湖-嘉善同塔双回线路需要进行增容改造。

1.2客观环境

1)嘉善地区属于经济发达地区,地方较小,线路走廊资源极其有限,新开线路走廊将占用新的土地资源,而且原路径走廊资源也得不到很好利用;

2)采用原线路路径进行大规模改造,即原塔拆除、新立杆塔并架设2×LGJ-400/35导线,则原线路停电时间较长,会大大增加嘉善地区电网网架的运行压力和安全风险;

3)原路径大规模新立杆塔改造,原单根导线需更换为架设双分裂导线,塔基占用的土地面积会有所增加;

4)嘉善地区杆塔基础施工的政策处理难度大。

1.3解决措施

利用原线路杆塔,采用碳纤维复合芯导线更换原LGJ-400/35导线。通过计算匹配,可采用型号为ACCC/TW-413的碳纤维复合芯导线进行更换。

该导线与普通钢芯铝绞线相比,具有以下优点:

1)极高的载流能力:相同截面下输送容量提高了近1倍,为普通钢芯铝绞线的1.97倍,可以满足线路增容要求;

2)良好的张力特性:由于碳纤维芯的温度膨胀系数为钢绞线芯的1/7,故导线的伸长随温度的变化很小,经验算,同样条件下导线弧垂小于原LGJ-400/35导线弧垂;

3)热稳定性好:可以在线温150℃时长期运行;

4)施工安装方法与普通钢芯铝绞线基本相同。

因此,采用碳纤维复合芯导线更换原导线,既有效避免了客观环境不利的风险,又满足了线路增容的要求。

2 碳纤维复合芯导线的基本结构与特性

2.1碳纤维复合芯导线的基本结构

碳纤维复合芯导线的芯线采用碳纤维和玻璃纤维组成,其中芯线内部由上万根直径7μm左右的碳纤维与热固性改性环氧树脂粘合而成,芯线外部由玻璃纤维和热固性改性环氧树脂粘合而成。碳纤维复合芯导线的外层由高纯度软铝线组成,这是导线的导电载体,呈梯形绞成二层分布(如图1所示)。

2.2碳纤维复合芯导线的基本特性

1)重量轻:碳纤维复合芯的密度只有1.95g/cm3,仅为钢的1/4左右,其重量比钢芯铝绞线轻15~20%。

2)抗拉强度大:碳纤维抗拉强度超过3 000MPa,试验结果表明,其拉断力是相同截面钢芯铝绞线的1.22倍。

3)耐高温:试验结果表明,碳纤维复合芯导线能在150℃温度下长期有效地运行,短时温度可达180℃。

4)载流量大:试验结果表明,在环境温度达到40℃时,碳纤维复合芯导线传输载流量约是普通钢芯铝绞线的2倍,如果环境温度达到30℃时,载流量则可达到普通钢芯铝绞线的2.5倍左右。

5)线损低:碳纤维复合芯导线的导体部分采用软铝,其导电率相比硬铝提高3.3%,而且梯形排列结构紧凑填充系数高;复合芯是非铁磁性材料,当交流电流通过时,不会产生磁滞损耗和涡流损耗。

6)弧垂小:碳纤维复合芯导线的热膨胀系数为1.6×10-6/℃,仅为钢的1/7。当导线载流温度升高以后,外层软铝承受张力越来越小,当温度高于迁移点温度后,所有张力均由复合芯承受,导线的热膨胀系数即为芯线的热膨胀系数,所以弧垂小。

3 碳纤维复合芯导线金具的选用

3.1金具选用基本原则

碳纤维复合芯导线在正常运行中,导线温度可以达到150℃,短时运行温度最高可达180℃,这就需要其配套使用的金具,特别是耐张压接管、直线压接管等导线连接金具也能够承受高温度的要求。而对于其它类别的金具,如防振锤、联板、挂板等非导线连接金具,可选用与普通导线所采用的金具一样,没有特殊要求。

对耐张压接管、直线压接管、悬垂线夹、预绞丝护线条等导线金具,应选用高温导线金具,而且在使用之前需进行一些相关试验,如接续耐张热循环及高温握力、耐张线夹高温握力、全张力接续条高温握力及温升电阻、悬垂线夹高温握力试验等。

3.2耐张压接管配件

碳纤维复合芯导线的芯线不同于普通钢芯铝绞线的钢芯,不能承受侧向较大压力,即芯线不能被压接,因此碳纤维复合芯导线配套用耐张压接管的配件与普通耐张压接管有较大区别,其包括如下配件:耐张线夹联接套、联接环、楔型夹、楔型夹座、内衬管(如图2所示)。

3.3直线压接管配件

同耐张压接管一样,碳纤维复合芯导线配套采用的直线压接管配件包括:外压接管、内衬管、楔型夹座、楔型夹、联结器(如图3所示)。

4 碳纤维复合芯导线施工中的注意事项

4.1 总体布置及工艺方面注意事项

1)放线盘、张力机主轮和第一个放线轮,三者尽量保持直线,且第一放线轮越大越好;

2)张力机主轮到第一个铁塔的距离,应该为放线滑车高度的3倍;

3)塔上过线宜使用双滑轮,避免牵引角度过大造成线芯受损;

4)选用尺寸合适的网套并且网套一端需配有卡具,以保证拉绳过程中导线不会旋转。在网套与导线联结端,用两个金属夹片夹住导线,然后再用胶带缠住夹片,以确保过线导轮轮槽内的橡胶不被损坏;

5)蛇皮套与导线的对接工艺是非常关键的,因为导线受张力后外铝层不断延展,导致碳纤维芯相对收缩,如果采用常规方法连接导线,一旦碳纤维芯收缩到一定程度甚至跑到不受力的蛇皮套外,那么蛇皮套抓住的仅仅就是外铝层了,就会发生跑线事故。所以,导线与蛇皮套对接工艺是关键环节。主要程序如下:先固定好待连接的导线头,将其铝层锯除约300mm,即碳纤维芯露出约300mm,再将专用的单头蛇皮套套进,注意须将剥离出的碳纤维芯露在蛇皮套外,使用特制的卡具将碳纤维芯固定,使碳纤维芯直接受力。导线头散股部分扎好,将导线头套入蛇皮套并锁紧。蛇皮套夹持导线的长度不得少于导线直径的30倍。距蛇皮套尾端20mm往导线盘侧用#10铁丝绑扎,绑扎不得少于30匝(如图4所示)。

4.2 导线保护方面注意事项

1)放线过程中,导线表面要避免接触地面;

2)由于碳纤维复合芯导线的外层铝绞线为右向的,在张力机和线盘的放线过程中,导线要从张力机的左边缠入、右边放出,即“左进右出”的原则联接到第一个放线轮上。

4.3 相关设备选用方面注意事项

1)张力机主轮的轮径应是导线直径的40倍;

2)放线过程中,过线滑轮的滑轮槽应采用橡胶条衬好,以保护导线表面在安装过程中不受损伤;

3)过线滑轮的直径,应大于导线直径的20倍(注意:尺寸从滑轮槽底算起);

4)对接用的蛇皮套长度应大于3m。

5 碳纤维复合芯导线的线路运行难点

5.1 标准规范不健全

碳纤维复合芯导线在我国输电线路上使用还处于起步阶段,目前国内相关的标准、规范还是空白状态,这为线路的验收、运行等工作带来了根本性的难度。

5.2 导线受外力破坏的修补问题

因为相关标准、规范不健全,如果在线路在运行中受到外力破坏,造成了外层软铝线断股或损伤,该采取什么措施进行修补?是采用补修条修补、采用接续管修补还是割断重接?是否可以依据现行运行规范判定修补措施?而且割断重接的施工工艺较普通钢芯铝绞线要复杂。这都可能会增加抢修难度和延长抢修时间,也就说这个问题是线路运行中的一大难点。

5.3 红外测温的缺陷判定问题

线路运行中的红外测温问题,相关规范不健全,特别是遇到测温结果有异常情况下如何判定是否缺陷?是否可以采用现行规范中的相对比较法?比较判定的界限标准如何取?这些也增加了线路运行的难度。

参考文献

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