碳纤维导线跨江架线施工技术的探讨

黄鹏贤 陈 强



碳纤维导线跨江架线施工技术的探讨

黄鹏贤 陈 强

福建省第二电力建设公司

碳纤维复合芯导线是一种节能型增容导线，其加强芯由特高强度碳纤维合成的芯棒替代传统的钢芯和钢绞线，外层铝采用定形铝绞合而成。在相同导体截面的情况下，相对于传统钢芯铝绞线，能输送更多电能理想的一种新型导线。碳纤维导线施工是一项新技术、新工艺，我们按照厂家提供的相关资料和施工技术规范，着重强调碳纤维导线架线施工关键点、特殊要求以及专用工具的使用，总结出行之有效的施工方法，以提高施工质量和工艺水平。

碳纤维导线 旧线牵新线 张力放线 反压

1 工程概况

为了满足赛江两岸造船业的快速发展，考虑今后赛江河道升级通航船只吨位增加等因素，同时消除对本工程今后安全运行的隐患，宁德甘棠-霞浦220kV线路工程将跨越赛江#14-#17耐张段原双分裂LGJ-400/35钢芯铝绞线更换为输送容量匹配的ACCC-1020单根碳纤维导线，该耐张段线路长1.569km，共有4基铁塔。具体现场布置见附图。

2 新、旧导线结构特性(见表1)

表1 新、旧导线结构特性

ACCC-1020单根碳纤维导线

3 架线施工计算

3.1 控制档选择

本牵张段有2个重要跨越档#15-#16、#16-#17，需分别计算原导线牵放新碳纤维导线时跨越档符合安全距离要求所需的最小张力，然后选择较大者作为控制张力。按航道、航政部门的要求，施工时主航道#15-#16档、次航道#16-#17档绳线对江面距离应保持30米以上（最高水位时），以此作为计算依据。由设计平断面定位图查得各档允许放线最大弧垂fn；水平张力按Hi=W*L1*L2/2/fn(W为绳线单位重量N/m；L1、L2为跨越控制点距两杆塔的水平距离m；),计算得出控制档为#16-#17，允许放线最大弧垂fn=31m，控制档水平张力Hi=26.3kN。

3.2 根据张力机出口张力计算牵引力

张力机出口张力为: HO= Hi/Ki

Ki=0.945[εi-1+6wq(h1*εi-1+h2*εi-2…hi)/TP]

经计算HO=25.9kN

i—各档编号，张力机到邻塔i=1张力机邻塔到第二基塔i=2，余此类推，牵引机到邻塔为施工段最后一个线档；

ε—放线滑车综合阻力系数，可取ε=1.008~1.010；

TP—导线的保证计算拉断力，N；

hi—第i档悬点高差，牵引机端悬点高于张力机端，hi取正值，反之取负值，m；

经分析，最大牵引力Pmax出现在碳纤维导线快到牵引场时。

Pmax=m [HO*εn+w*（h1*εn+h2*εn-1…hnε+hn）] 计算Pmax=41.3kN

ε—滑车综合阻力系数，计算牵引力时可取1.012～1.015；

n—施工段内放线滑车总个数；

m—同时牵放的子导线根数。

3.3 最终紧线张力

经计算温度为20℃时，张力为46.8 kN；温度为25℃时，张力为46.0 kN；温度为30℃时，张力为45.3kN；

4 方案选择及主要设备配置

根据现场情况，#14-#17跨江段采用原LGJ-400/35导线牵放ACCC-1020碳纤维导线,利用两台二线张力机并轮后作为牵张设备，以旧导线牵放新导线，旧导线回牵后直接盘卷入轴。

依据架线计算结果，选用一台二线张力机（2*35kN）并轮后作为牵引设备，并后的最大回牵力为70kN；张力场设置一台二线张力机（2*35kN），考虑在应急情况下作为倒牵备用，也进行并轮；原线路的旧导线LGJ-400/35导线作为牵引绳进行一牵一作业，其破断力为103.9kN，可满足要求；放线滑车选用Φ916三轮放线滑车（以满足厂家要求25倍导线外径的要求）；蛇皮套专门加工（允许负荷50kN),专用紧线预绞丝（允许负荷80kN）；旋转连接器采用50kN抗弯旋转连接器。

5 方案的实施

5.1 施工试验

由于本工程碳纤维导线使用张力较大，根据不同工况下分别对蛇皮网套、临时锚固预绞丝（单层）、紧线预绞丝（双层）连接方式进行拉力试验，试验按负荷的1.25倍控制。综合考虑碳芯内缩、外层软铝导线损伤等因素，确定放线时使用配套专用蛇皮套连接，并安装芯棒固定夹具，为了不损伤外层软铝导线，紧线时使用紧线预绞丝，预绞丝设计双层（加一层护线条）防止导线外层因紧线张力过大损伤。临时锚固、张力小（张力小于30 kN）时可使用单层临锚预绞丝。

导线耐张线夹压接采用反压后进行握着力试验，试验结果均符合设计要求。

5.2 牵张场布置

张力场布置在#17大号侧，因#14地形受限，故将牵引场布置在#13小号侧。

5.3 悬挂滑车、原导线与牵张机对接

根据碳纤维导线特性及包络角计算，放线滑车段内均选用φ916双滑车，允许荷载为80kN），满足要求，两滑车间用L50*6角钢撑开。

直线塔：直接利用原线路的悬垂串悬挂放线滑车，可按照附件安装的逆顺序，拆除原直线悬垂串的线夹以及导线上的铝包带、防振锤，将导线移入放线滑车中。

耐张塔：待耐张段内的各直线塔悬垂线夹更换为放线滑车后，拆除耐张塔的引流线及防振锤等附件，然后在下子导线与耐张串间利用1-1滑车组，卸掉耐张线夹与耐张串的连接销钉，锯掉耐张线夹引流板，将从张力场侧放过来碳纤维导线穿过放线滑车的碳纤维导线与#17塔小号侧耐张线夹钢锚相连（碳纤维导线+专用蛇皮套+5吨旋转连接器+φ17.5钢丝绳套+5吨抗弯旋转连接器+400/35钢锚），另外一根保持挂线状态；同时牵引场展放φ18牵引绳至#14塔上与大号侧耐张线夹钢锚完成对接。

5.4 导线展放及临时过渡

导线利用一根旧线牵新线，另外一根保持挂线状态，待放线后松线拆除。在放线过程，沿线各杆号护线人员应监护连接头位置，连接点不应直接过滑车，待连接头快到达滑车口时，应停止牵引，采用绞磨临时过渡将连接头通过滑车后，再恢复正常牵引速度。

由于该段碳纤维导线按#14-#17耐张段配置长度，盘长1680m，但张力场距离#17塔510米，盘中余线难以满足张力场设置较要求，所以在导线剩下5圈时换盘，将φ18牵引绳接上旋转连接器与导线相连（碳纤维导线+专用蛇皮套+5吨抗弯旋转连接器+φ18牵引绳）跟出张力机，直至碳纤维导线到达#14塔。

牵引过程要求派专人观测绳线驰度，监测点位于#15-#16-#17档，在没有船通过时，尽量放低张力，#16-#17档弧垂最低点距离江面10m左右（上相张力控制在1.5吨左右、下相1.8吨左右），如遇船通过，应提前提高导线弧垂至最高水位30米以上并停止牵引待船过后再继续牵引。施工过程三相导线应尽量保持相近的放线张力。

为保证导线在张力机进口与出口处张力差较小，张力放线架应设置油压装置，以防止碳纤维导线在张力机滚筒内松股或起灯笼。

5.5 锚线

跨江段导线由#17塔往#14塔方向牵引，当碳纤维导线牵引至#14塔时，停止牵引，将跨江段导线直接锚于#14大号侧绝缘子串联板上（用2个10tU型环锁在三角联板两边用φ17.5短钢丝绳对连），然后进行压接后紧头挂线（锚线采用6吨手板葫芦配φ17.5钢丝绳一作二用专用紧线器锚住导线），锚线位置应考虑便于进行#14塔高空压接、挂线；挂线完毕慢慢松出碳纤维导线锚线装置，直至拆除；此时应注意观察江面上的导线弧垂，若太低应在#17侧将导线收紧。其间应利用一套锚线装置（6吨链条葫芦+φ17.5钢丝绳）收紧后将旧导线耐张线夹与联板分离；

5.6 紧线、观测驰度

待#14塔大号侧锚线压接挂线完毕后，在张力场进行跨江段紧线。在导线上安装专用紧线器进行紧线，紧线完毕，用专用紧线器+9吨链条葫芦+10吨U型环锚在耐张串上（同#14操作），以手板葫芦微调耐张段的弧垂后划印、压接、挂线。

#15-#16档、#16-#17档作为观测档，在塔上利用自行加工的夹具固定经纬仪采用等长法进行弛度观测，弧垂调整按照紧-松-紧、远-中-近的方式进行，先调整距前紧头最远的弧垂观测档，此档不宜收紧过量（使其弧垂合格或略小于要求弧垂），慢慢回松，使紧线段中部的观测档弧垂达到规定值（使其弧垂合格或略大于要求弧垂），再收紧导线使距紧线场最近的观测档弧垂达到规定值。

因碳纤维导线初伸长释放较快，一般24小时可释放70%，故驰度应严格按设计值观测，不得采用相间看平的方法观测；另外应注意耐张线夹出口处导线不得弯折，特别是在调整驰度时，要用绳索绑扎，切不可使耐张线夹突然下落，导致碳纤维导线在耐张线夹出口处折断。

5.7 压接

ACCC导体的耐张线夹由带螺纹的、楔形内腔的套管（张力元件）、一对圆柱形楔形夹、拉环螺栓、铝过渡接管及外部铝压接套管（铝端子）元件组成。碳纤维复合芯通过楔形线夹与钢锚连接，楔形线夹对碳芯的握紧力将成为连接力能够满足施工及运行安全的关键所在。为保证高空压接质量及工艺要求，压接前在线上应设置高空平台，耐张线夹铝管压接采用反压，即从铝管管口向钢锚头方向压接。

具体压接过程：

5.7.1根据张力元件长度剥去定长的铝丝，不得损伤复合芯。当完成安装准备时，用锯切去复合芯的端头，用干布清洁复合芯。

5.7.2将过渡接管及端子套到导体上，使之不会干扰楔形线夹及张力元件的安装。

5.7.3将张力元件套到复合芯上，从有螺纹的一端将楔形线夹插入其内腔中，楔形小的一端先插入。在张力元件的另一端应看得见楔形小的一端。

5.7.4将拉环螺栓旋入张力元件有螺纹的一端，直至规定的力矩。

5.7.5插入高温导电膏。

5.7.6将压接端子套到张力元件及已旋上的拉环螺栓上，并将其全部覆盖。

5.7.7套入过渡接管直到与机加工的限位环相触。

5.7.8将高温导电胶插入到压接端子的孔中。高温导电胶可将端子内腔中的潮气减到最少并可阻止氧化铝形成。

5.8 附件安装

为解决用普通的提线器易造成碳纤维导线损伤，故在挂线点横担前后侧施工孔悬挂2付6吨手板葫芦+配套悬垂线夹XGU-5将导线平衡提起呈八字型，然后进行附件安装。提线应保持受力平衡，防止单边提线受力过大。

如不能当天完成附件安装应设置临时防振，防止因振动引起的导线滑线、跑线等意外事故发生。

6 施工总结

6.1预绞丝安装位置综合考虑临时锚线及紧线安装方便。紧线预绞丝式锚线金具相对于普通卡线器显得有些不便。

6.2碳纤维导线抗扭性能较差，为了消除碳纤维导线捻劲，在本次展放施工中采用抗弯旋转连接器，防扭效果明显。

6.3为有效解决管口松股问题，压接可采取反压。耐张线夹压接后要注意保护，进行必要的固定，防止因突然下落造成导线在耐张线夹出口处折断。

通过施工中应用和摸索从全过程控制情况及结果来看，达到预期效果，对今后在此类施工过程中，总结行之有效的施工方法和控制措施，能针对性的指导施工，为今后同类施工积累了经验。