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    碳纖維復合芯導線是一種全新結(jié)構(gòu)的節(jié)能型增容導線，與常規(guī)導線相比，具有重量輕、強度大、耐熱性能好、線膨脹系數(shù)小、高溫弧垂小、電導率高、線路損耗低、載流量大、耐腐蝕性能好、不易覆冰等一系列優(yōu)點，綜合解決了架空輸電領(lǐng)域存在的各項技術(shù)瓶頸，代表了未來架空導線的技術(shù)發(fā)展趨勢，有助于構(gòu)造安全、環(huán)保、節(jié)約型輸電網(wǎng)絡(luò)。同時也成為2011年兩會期間“十一五”國家重大科技成就展新亮點。

    雖然碳纖維復合芯導線與傳統(tǒng)的鋼芯鋁絞線一樣具有相同或相近的特性，均屬架空導線，但其在展放、架設(shè)等過程中有著自身的特點。本文將主要探討碳纖維復合芯導線初伸長的問題及解決辦法。

1、架空導線初伸長的定義

    由于架空導線實際上并不是*彈性體，因此初次受張力作用后不僅會產(chǎn)生彈性伸長，還會產(chǎn)生*性的塑蠕（塑性和蠕變）伸長。*性的塑蠕伸長包括4部分：絞制過程中線股間沒有充分張緊，受拉后線股互相擠壓，接觸點局部變形而產(chǎn)生的擠壓變形伸長；架空導線的zui終應(yīng)力應(yīng)變曲線和初始應(yīng)力應(yīng)變曲線不同，形成的塑性伸長；金屬體長時間受拉，內(nèi)部晶體的錯位和滑移而產(chǎn)生的蠕變伸長；拉應(yīng)力超過彈性極限，金屬體進入塑性形變范圍而產(chǎn)生的塑性伸長。架空導線的蠕變特性主要取決于材料的分子結(jié)構(gòu)、結(jié)晶方式，還與外部荷載和溫度有關(guān)。架空導線產(chǎn)生的*性塑蠕伸長，在線路運行的初期zui為明顯，故在線路工程上稱之為架空導線的初伸長。通常將架空導線的初伸長定義為架空導線在年均運行應(yīng)（0.25σ_p）下，持續(xù)10年所產(chǎn)生的塑蠕伸長。架空導線的初伸長使檔內(nèi)線長增加，弧垂增大，使架空導線對地或跨越物的安全距離減小，進而造成事故，所以在線路設(shè)計時必須考慮架空導線初伸長的影響。

    架線開始時，隨張力的增大，應(yīng)變沿初始應(yīng)變線OaJ變化，σ_J為zui大架線應(yīng)力；隨弧垂的調(diào)整，應(yīng)力在σ_J以下往返變化，但應(yīng)變不再沿初始應(yīng)變曲線OaJ往返，而沿直線JJ₀變化，相應(yīng)的彈性系數(shù)E_J>E_c，a₀J₀為相應(yīng)的塑性伸長。該塑性伸長在觀測弧垂過程中會自然消除，不影響線路的運行。架空導線架設(shè)后，受氣象條件規(guī)律性往復變化的影響，架空導線的應(yīng)力也階段性的增大、減小，在zui大運行應(yīng)力σ_M及其以下往復變化。初次達到σ_M時，應(yīng)變沿初始彈性曲線上升。經(jīng)歷若干年若干次循環(huán)的積累，工作點將沿微傾的橫線由M移至e，架空導線產(chǎn)生蠕變伸長ε_M。此后運行應(yīng)力變化時，應(yīng)變則往返于ee₀應(yīng)變線，相應(yīng)的斜率為zui終彈性系數(shù)E。這樣架空導線在運行中共產(chǎn)生了ε₀≈J₀e₀的塑蠕伸長，即初伸長。

2、碳纖維復合芯導線初伸長的特點

    一碳纖維復合芯導線由碳纖維復合芯和軟鋁型線構(gòu)成，其主要承力部分是碳纖維復合芯。雖然碳纖維復合芯導線具有架空導線的一般特點，但由于其碳纖維復合芯是由碳纖維、玻璃纖維及環(huán)氧樹脂等非金屬材料組成，因此其初伸長有別于普通架空導線。一般碳纖維復合芯導線的初伸長在緊線后的前7天迅速釋放，達85%以上，而后的塑性變形量很小，線路弧垂變化只取決于碳纖維復合芯導線的線膨脹特性，即只受線路運行溫度的影響。碳纖維復合芯導線的特點是在80 ℃及以上溫度運行時，線路的弧垂變化極其細小，弧垂基本不再有明顯變化。

    為了解碳纖維芯復合芯棒的初伸長，我們進行了相關(guān)試驗。試驗中采用的碳纖維芯復合芯棒樣品長度為12 130 mm，直徑為8.13 mm，觀察其在不同負載和載荷保持時間下彈性伸長率和塑性伸長率的變化值，試驗結(jié)果參見表1。從表中可以看出，模擬zui大許用應(yīng)力為48 kN時，碳纖維芯復合芯棒的彈性伸長率小于1.1％，塑性伸長率小于0.03％，而普通架空導線（鋼芯鋁絞線）的塑性伸長率為0.04％。

3、碳纖維復合芯導線的架線施工實例

   結(jié)合施工方法進行弧垂觀測，以下為兩個碳纖維復合芯導線的架線施工實例。

實例1

    在河北石家莊某220 kV改造工程中選用了碳纖維復合芯導線JRLX/T-600/71，碳纖維復合芯直徑為9.5 mm。該線路于2011年3月23日開始停電施工，于4月3日完成*放線區(qū)段N17~N11塔的緊線（一端軟掛另一端用卡線器進行錨線，需檢查卡線器滑移情況）工作。該區(qū)段中N15是耐張塔，耐張金具均在N15塔兩邊軟掛，在N11和N17耐張塔緊線，緊線方式按照設(shè)計院給出的圖紙要求在導線放線完成后以放線張力靜置24 h，按降溫0 ℃（即實時氣溫或未降溫）弧垂表觀測弧垂，完成緊線后。表2示出了以N12~N13為弧垂觀測檔（檔距445 m），左右側(cè)上中下三相碳纖維復合芯導線的壓接緊線日期、弧垂變化和放線張力。從表中可見：a.*放線區(qū)段N12~N13檔上相導線放線張力偏?。?5~18 kN）時，導線初伸長快速釋放導致弧垂下垂很大，左側(cè)上相導線3天弧垂變化甚至大于1 000 mm（但該數(shù)據(jù)不排除人為劃印有誤，有待于再次復核確認）；如果不按以放線張力靜置24 h，降溫0 ℃弧垂表觀測弧垂，完成緊線，而按降溫15 ℃弧垂表觀測弧垂，完成緊線，結(jié)果是緊線后弧垂變化在500 mm左右。b.*放線區(qū)段N12~N13檔中相和下相導線加大了放線張力，雖然弧垂變化沒有上相導線那么嚴重，但3天弧垂變化還在500 mm左右。如果不按以放線張力靜置24 h，降溫0 ℃弧垂表觀測弧垂，完成緊線，而按降溫15 ℃弧垂表觀測弧垂，完成緊線，3天后觀測弧垂只和正常值（即按照實時氣溫觀測弧垂）略有偏差。從而可知，導線在展放過程中，不同的放線張力，不同的緊線標準，有著不同的弧垂變化結(jié)果，即碳纖維復合芯導線初伸長的釋放和放線張力、展放時間、緊線標準有一定關(guān)系。

    為了解不同緊線標準對碳纖維復合芯導線初伸長釋放的影響，我們在第二放線區(qū)段N17~N27牽張段中的N17~N21耐張段進行了相同放線張力（均為20 kN）不同緊線標準下，碳纖維復合芯導線初伸長釋放導致的弧垂變化的對比試驗。表3所示以N18~N19為弧垂觀測檔（檔距440 m），期間放線張力均為20 kN，在不同緊線標準下右側(cè)上中下三相導線弧垂的不同變化結(jié)果。從表中可見：a.第二展放區(qū)N18~N19檔右側(cè)上相導線在展放完成后以放線張力靜置24 h，降溫0 ℃弧垂表觀測弧垂，完成緊線，在10 h內(nèi)弧垂變化zui大，按N18~N19檔440 m檔距計算，有350 mm左右的初伸長釋放，其后逐漸減少，3天弧垂變化在600 mm左右，趨于平穩(wěn)。b.第二展放區(qū)段N18~N19檔右側(cè)中相和下相導線按降溫15 ℃弧垂表觀測弧垂，完成緊線，緊線后弧垂只和正常值略有偏差，可以調(diào)整在允許范圍之內(nèi)。因此，即使在相同放線張力下碳纖維復合芯導線的初伸長釋放也會應(yīng)緊線標準不同而不同。

    為了保證緊線后弧垂變化在允許范圍內(nèi)，我們認為在20~25 kN的放線張力下，按降溫15 ℃弧垂表觀測弧垂，完成緊線，即使緊線后弧垂和正常值略有偏差也應(yīng)在允許范圍之內(nèi)。我們以此完成了之后的施工，且在其后幾天的再次觀測中發(fā)現(xiàn)弧垂變化均在正常范圍之內(nèi)。

實例2

    在貴陽某220 kV改造工程中選用了碳纖維復合芯導線JRLX/T-480/52，碳纖維復合芯直徑為8.13 mm，采用降溫20 ℃以補償初伸長。該工程中碳纖維復合芯導線采用的施工方式為張力放線，上中下三相導線展放時放線張力不一致，上相導線放線張力zui小，下相導線由于需要跨越放線張力zui大，導線牽引到位后直接按設(shè)計院給出的架線弧垂表（已降溫20 ℃）觀測弧垂，完成緊線。在施工完成5個月后重新測量弧垂，測量結(jié)果如表4所示。從表中可以看出，上相導線弧垂變化量zui大，中相導線次之，下相導線變化量zui?。ㄕ埥o出比較標準下面的驗收弧垂即是給出的比較標準），這再次說明放線張力的大小與碳纖維復合芯導線的初伸長釋放有一定的關(guān)系。

    根據(jù)不同的架線施工工藝（導線展放張力一般小于30 kN），架線時碳纖維復合芯導線弧垂可以按照下列方式進行觀測：

1、導線展放時放線張力一直保持至耐張金具壓接緊線完成，此時碳纖維復合芯導線初伸長的完成與所承受的張力、導線在空中停放的時間有關(guān)。導線所受的張力越小、時間越短，初伸長釋放完成的時間就長；反之，初伸長完成釋放的時間就短。當各相導線展放時張力不一致，就會導致導線初伸長初期釋放量不同，在劃印看弛度掛線張力相同后至導線初伸長釋放完成，放線張力大的導線初伸長剩余釋放量比放線張力小的導線初伸長剩余釋放量要小。在此種情況下，應(yīng)按照下相導線能順利通過跨越的zui小張力作為放線張力，各相導線在展放時保持相同的張力，以保證各相導線初伸長的釋放均在同一工況下進行。

2、線展放完畢、劃印弛度看好后卸除張力，在地面壓接，導線只是處在彈性變形階段，卸除張力后導線塑性伸長率變化不大，各相導線按照降溫法補償初伸長，初伸長補償過程基本一致，其后則對放線張力不作要求，以導線能順利展放為宜。進行平衡展開導線時要注意，當平衡展開導線時碳纖維復合芯通常會有一定長度縮進，在看弧垂劃印時應(yīng)考慮碳纖維復合芯的縮進量，縮進量的實際取值應(yīng)按碳纖維復合芯棒為準。不同的架線施工工藝對碳纖維復合芯導線初伸長的釋放有一定影響，在導線初伸長的初期釋放量基本一致的情況下還應(yīng)進行緊線看弛度作業(yè)。

3、碳纖維復合芯導線初伸長的補償，碳纖維復合芯棒初伸長的迅速釋放特性，使碳纖維復合芯導線架線弧垂可采用降溫補償法，根據(jù)當?shù)毓r、碳纖維復合芯導線規(guī)格等情況進行溫度補償，一般以降溫15~20 ℃為宜。但和鋼芯鋁絞線不同的是碳纖維復合芯導線架線弧垂并不等同于驗收弧垂，如果其架線弧垂按照降溫20 ℃觀測，則驗收弧垂應(yīng)參照實時氣溫即未降溫弧垂進行觀測，因為碳纖維復合芯棒初伸長的快速釋放必將導致弧垂下垂。碳纖維復合芯導線初伸長的釋放程度隨著導線放線張力和受力時間的不同而存在一定的偏差，但各相導線之間的偏差可以通過調(diào)整板調(diào)整至允許范圍內(nèi)。