大直徑及擴徑導線防散股原因分析及措施研究

張爾樂 ，潘宏承 ，蔡劉露 ，金 榕 ，付寶良

（1.國家電網(wǎng)有限公司交流建設分公司，北京 100032；2.江蘇亨通電力特種導線有限公司，江蘇 蘇州 215234）

0 引言

目前，特高壓電網(wǎng)已從技術創(chuàng)新及工程示范階段進入全面大規(guī)模建設階段，工程項目建設任務繁重［1］。隨著電壓等級的升高和輸電容量的增加，輸電線路工程所使用的導線截面逐步增大，大直徑及擴徑導線越來越多地應用于特高壓工程中。2012年至今，在國內(nèi)的特高壓交直流工程建設中，曾多次在導線展放過程中出現(xiàn)散股現(xiàn)象，降低導線的機械強度，增加線路運行時導線的電暈損失。發(fā)生散股問題后，組織施工、制造、生產(chǎn)單位進行現(xiàn)場勘查分析，但未能得出明確結論。

鑒于以上情況，首先分析導線散股原因，進而提出為防止大直徑及擴徑導線發(fā)生散股問題需要在生產(chǎn)和施工過程中關注的事項，以及若發(fā)生散股問題時現(xiàn)場處置注意要點，對后續(xù)類似工程建設及問題處理具有一定參考意義。

1 導線散股外力作用分析

張力放線時導線外層出現(xiàn)散股情況，實質(zhì)上是導線外層與內(nèi)層之間產(chǎn)生相對的不均勻間隙。張力放線時，導線從線軸放出，經(jīng)張力機的導向輪進入張力輪，導線前行帶動張力輪旋轉(zhuǎn)。張力輪的液壓系統(tǒng)對向前旋轉(zhuǎn)的張力輪施加阻力矩，使前行的導線表面受到張力輪的摩擦阻力，如圖1所示。當導線相鄰層間的帖服性較差、導線絞合較為松散時，導線內(nèi)外層間就會產(chǎn)生過大的間隙，間隙的逐漸積累則會導致導線散股。

圖1 張力輪摩擦力

另外，導線經(jīng)過放線滑車時，導線和放線滑車接觸的部位除承受自重和張力角度力的垂直分量外，還承受放線滑車包絡角所產(chǎn)生的彎曲應力，即上部鋁股承受拉伸，與放線滑輪槽表面接觸的下部鋁股承受擠壓，即導線經(jīng)過放線滑車時，會受到扭轉(zhuǎn)、彎折、擠壓以及向后的摩擦阻力的綜合作用［2］，當導線相鄰層間的帖服性較差、導線絞合較為松散時，導線內(nèi)外層間就會產(chǎn)生過大的間隙，間隙的逐漸積累則會導致導線散股。

大直徑導線、擴徑導線由于其自身結構特點［3］，相鄰層鋁股間的間隙較其他導線更大，更易在外力的作用下發(fā)生散股。

2 導線散股內(nèi)部原因分析及處理

標準GB／T 1179—2017《圓線同心絞架空導線》主要依據(jù)IEC 61089—1991《圓線同心絞架空導線》及其修正案編制，并根據(jù)我國工程實際需要和國際標準發(fā)展需求，增加了部分技術性條款（主要集中在使用的原材料類型和試驗檢測項目）。該標準詳細規(guī)定了圓線同心絞架空導線的電氣性能和機械性能［4］，大直徑及擴徑導線生產(chǎn)應該要達到該標準的要求。為預防導線散股發(fā)生，在生產(chǎn)過程須加強對單絲質(zhì)量及絞制工藝的控制。

2.1 單絲質(zhì)量

單絲質(zhì)量出現(xiàn)問題會引起導線的機械性能達不到標準，從而導致導線在使用中容易出現(xiàn)散股情況。目前，大部分生產(chǎn)廠家鋼絲為半成品采購，鋁絲為自購鋁錠進行連鑄連軋和拉絲處理。導線絞制前應按照GB／T 1179—2017《圓線同心絞架空導線》要求對單絲的電氣性能和機械性能進行試驗檢測，并對相關試驗檢測嚴格把關，減少因原材料材質(zhì)不合格導致的質(zhì)量問題。

2.2 絞制工藝

目前，導線生產(chǎn)廠家大都采用框絞線機一次性絞制成型，單絲張力、絞制速度等均為控制臺集中控制，通過參數(shù)設置確保導線各層絞制方向、節(jié)距、節(jié)徑比等滿足規(guī)范要求，但設備的參數(shù)設置不當或設備使用不當時，易造成導線膠合松散，在使用中出現(xiàn)散股問題。

2.2.1 框絞機絞籠單線放線張力設置不合理

框絞機是導線絞制的重要設備，如圖2所示，框絞機絞籠單線放線張力值偏小或張力不均勻會導致大直徑鋁線或鋁合金線帖服性差、單線復位困難。而按照架空導線生產(chǎn)工藝規(guī)范，絞合后所有鋼線（鋁包鋼線）應自然地處于各自位置，當切斷時，19根及以下鋼絞線（鋁包鋼絞線）各線端應保持在原位或容易用手復位的位置［4］。

為滿足上述工藝要求，經(jīng)反復試驗調(diào)校，得到以下結論：鋁線單線放線張力設定值宜設定為單絲抗拉力的5%～8%，并可根據(jù)單線實際直徑大小適當調(diào)節(jié)；放線張力上限應以使絞合頭處單線線徑縮減不大于0.005 mm為準，各盤放線張力偏差不超過20 N；鋁合金線的放線張力宜按照不小于普通鋁線放線張力1.5倍為準。

圖2 框絞機

2.2.2 預成型裝置使用不當

預成型裝置如圖3所示。該裝置未使用或調(diào)解不當，會使大直徑鋁線或高強度鋁合金線扭絞過程中產(chǎn)生的內(nèi)應力無法消除，進而導致導線絞合松散。因此，在導線絞制生產(chǎn)中，推薦采用預成型裝置，可以消除大直徑鋁線或高強度鋁合金線扭絞過程中產(chǎn)生的內(nèi)應力，防止導線絞合松散。

圖3 預成型裝置

通過長期試驗總結，預成型裝置的邊輪距離和下壓量可按式（1）和式（2）調(diào)節(jié)。

式中：L1為預成型裝置邊輪距；H1為預成型裝置下壓量，如圖4所示；L2為導線相應絞合層實際節(jié)距；a為邊輪距調(diào)節(jié)系數(shù)，一般取0.85～0.95；D1為導線相應絞合層實際絞線外徑；b為下壓量調(diào)節(jié)系數(shù)，一般取 0.88～0.92。

圖4 預成型裝置邊輪距、下壓量

2.2.3 絞合并線點位置不當

若絞合并線點距離分線板過近，則過早地將鋁線或鋁合金線進行絞合并線處理，單線殘余應力未完全釋放，導致導線絞合松散。尼龍并線模應調(diào)節(jié)至各層鋁線或鋁合金線自然絞合處，如圖5所示。

2.2.4 并線尼龍模內(nèi)徑設置不當

并線尼龍模內(nèi)徑尺寸偏大或定徑區(qū)過短，單線帖服性差，導致導線絞合松散。經(jīng)長期試驗總結得到，尼龍哈夫模內(nèi)徑尺寸應較相應各導線絞合層外徑小0.3～0.5 mm，當尼龍哈夫模內(nèi)徑尺寸不再小于絞合層外徑時，必須更換哈夫模。此外，尼龍哈弗模定徑區(qū)長度應不小于76 mm。尼龍哈夫模內(nèi)徑、定徑區(qū)長度如圖6所示。

圖5 絞合并線距離

圖6 尼龍哈夫模內(nèi)徑及定徑區(qū)長度

2.2.5 去應力裝置使用不當

導線絞制過程中，應使用去應力裝置，去應力裝置一般分為5輪去應力裝置、3輪去應力裝置，5輪去應力裝置如圖7所示。去應力裝置未使用或調(diào)解不當，大直徑鋁線或高強度鋁合金線扭絞過程中產(chǎn)生的內(nèi)應力無法消除，導致導線絞合松散。經(jīng)長期試驗得出，使用5輪型去應力裝置，縱向距離不得小于5 mm，適用于直徑小于30 mm的導線，其縱向距離如圖8所示；使用3輪型去應力裝置，縱向距離不得小于8 mm，適用于直徑不小于30 mm的導線。

圖7 五輪去應力裝置實物

圖8 五輪去應力裝置縱向距離

3 導線防散股施工措施

大直徑及擴徑導線生產(chǎn)結束后，一般要經(jīng)過線股復位、線股附著性及滑輪模擬等檢驗環(huán)節(jié)檢測導線的絞線質(zhì)量。但是在復雜的現(xiàn)場施工環(huán)境中，上述檢驗步驟仍略顯不足，因而可能導致部分導線在施工階段仍會發(fā)生散股。

1）張力輪、放線滑輪、旋轉(zhuǎn)連接器應轉(zhuǎn)動靈活。若上述旋轉(zhuǎn)部件轉(zhuǎn)動不靈活，容易對導線外層產(chǎn)生較大的摩擦力，導致導線外層與鄰外層之間產(chǎn)生較大間隙，當間隙累積到一定程度時導致散股發(fā)生?，F(xiàn)場管理單位應嚴格執(zhí)行機具管理制度，按要求開展機具第三方檢查、機具報審、日常檢查與保養(yǎng)維護，經(jīng)常檢查保養(yǎng)張力輪、放線滑輪、旋轉(zhuǎn)連接器，減少因張力輪、放線滑車、旋轉(zhuǎn)連接器不能有效轉(zhuǎn)動導致的散股問題。

2）導線在張力機輪槽內(nèi)的布置，應保證出線方向同導線最外層絞向一致。目前國內(nèi)的導線最外層一般為“右向”，應保證導線出線方向亦為右向。

3）導線應位于放線滑車輪槽正中央。導線張力放線過程中，耐張塔的放線滑車存在側(cè)向應力，在施工過程中需根據(jù)所展放線索的不同張力及時進行預偏處理。若預偏處理不及時未能使導線處于滑車輪槽正中央，導線外層會受到扭轉(zhuǎn)、彎折、擠壓作用，使得導線外層與相鄰層之間的間隙變大，情況嚴重時發(fā)生散股［5-6］。此種情況發(fā)生導致散股的概率較大，應重點注意。

4）張力場不宜設置轉(zhuǎn)向，張力機后部尾車宜帶低張力。

5）大直徑、擴徑導線在壓接時，由于各方向受力不均勻、導線內(nèi)外層受摩擦力差異、導線鋁線彈性模量比鋼芯小等因素影響，導線會產(chǎn)生不均勻形變，當形變超過時鋼芯后就出現(xiàn)散股，嚴重時出現(xiàn)“燈籠”現(xiàn)象［7］。 針對壓接后造成的散股或“燈籠”現(xiàn)象，可采取以下措施：減小導線壓接管長度；優(yōu)化壓接模設計，減小壓接受力不均勻情況；增大壓接壓力，減少外層導線延伸；采用反向壓接，即從鋁管導線的端部向中部壓接，可讓導線壓接后導線向自由端部延伸，導線壓應力可向?qū)Ь€端部釋放，從而減小導線變形［7］。

4 導線散股后現(xiàn)場處置措施

縮小架線區(qū)段。根據(jù)以往導線散股數(shù)據(jù)分析，導線應力集中導致散股大多出現(xiàn)在第二盤導線之后，故出現(xiàn)問題后宜及時調(diào)整后續(xù)架線區(qū)段。

采用牽引管加旋轉(zhuǎn)連接器的方式替代直線壓接管，展放完成后，割除相關部位并高空壓接直線管。壓接前，導線應錨固可靠，臨時錨線在前端加設卡線器，形成雙重保護。

5 結語

分析了大直徑及擴徑導線產(chǎn)生散股的內(nèi)部、外部原因，并對應給出了大直徑及擴徑導線在生產(chǎn)制造、施工過程中預防散股的控制性措施，對優(yōu)化大直徑及擴徑導線生產(chǎn)制造工藝、預防張力放線中的散股現(xiàn)象具有一定實際意義。