一次碳纖維復(fù)合導(dǎo)線(xiàn)斷線(xiàn)案例分析

金 麟

（云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司文山供電局，云南 文山 663000）

碳纖維復(fù)合導(dǎo)線(xiàn)是一種全新結(jié)構(gòu)的節(jié)能型增容導(dǎo)線(xiàn)，與常規(guī)導(dǎo)線(xiàn)相比，具有重量輕、抗拉強(qiáng)度大、耐熱性能好、熱膨脹系數(shù)小、高溫弧垂小、導(dǎo)電率高、線(xiàn)損低、載流量大、耐腐蝕性能好和不易覆冰等一系列優(yōu)點(diǎn)，綜合解決了架空輸電領(lǐng)域存在的各項(xiàng)技術(shù)瓶頸，代表了未來(lái)架空導(dǎo)線(xiàn)的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，有助于構(gòu)造安全、環(huán)保、高效節(jié)約型輸電網(wǎng)絡(luò)，應(yīng)用在新建線(xiàn)路中，可提高線(xiàn)路的單位輸送容量，確保電網(wǎng)的堅(jiān)強(qiáng)性，長(zhǎng)遠(yuǎn)經(jīng)濟(jì)性更好[1-2]。應(yīng)用在大跨越線(xiàn)路中，可以大幅降低跨越塔的高度，從而有效減少桿塔和基礎(chǔ)的材料用量，達(dá)到降低工程造價(jià)的目的。本文就某供電局110 kV線(xiàn)路工程中應(yīng)用碳纖維復(fù)合導(dǎo)線(xiàn)時(shí)，110 kV線(xiàn)路N1-N2號(hào)塔B相導(dǎo)線(xiàn)在距離耐張線(xiàn)夾5.7 m位置發(fā)生斷線(xiàn)的案例，從現(xiàn)場(chǎng)檢查及檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行實(shí)例分析，并結(jié)合碳纖維復(fù)合導(dǎo)線(xiàn)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)提出建議。

1 案例經(jīng)過(guò)及分析

1.1 案例經(jīng)過(guò)

新建某110 kV線(xiàn)路工程起自220 kV某變電站，終至110 kV某變電站，線(xiàn)路總長(zhǎng)4.77 km，單、雙回路混合架設(shè)，其中新建單回路架空線(xiàn)路3.67 km，單回路改雙回路1.04 km，新建進(jìn)線(xiàn)電纜0.06 km。鐵塔數(shù)量17基；該線(xiàn)路N1-N2號(hào)塔B相導(dǎo)線(xiàn)在距離耐張線(xiàn)夾5.7 m位置發(fā)生斷線(xiàn)。

1.2 案例分析

1.2.1 現(xiàn)場(chǎng)檢查

該線(xiàn)路N1-N2號(hào)塔B相導(dǎo)線(xiàn)在距離耐張線(xiàn)夾5.7 m位置發(fā)生斷線(xiàn)，其絞合式碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線(xiàn)內(nèi)部碳芯斷口整齊，外部鋁絞線(xiàn)斷裂有變形，如圖1所示。

圖1 絞合式碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線(xiàn)斷線(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)檢查組圖

該線(xiàn)路采用新型ACMCC-240/30絞合式碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線(xiàn)，采用氣象條件最大設(shè)計(jì)風(fēng)速為25 m/s（10 m高），5 mm覆冰設(shè)計(jì)，導(dǎo)線(xiàn)參數(shù)及設(shè)計(jì)氣象條件見(jiàn)表1。

表1 ACMCC-240/30絞合式碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線(xiàn)參數(shù)

根據(jù)GB 50545—2010《110 kV～750 kV架空輸電線(xiàn)路設(shè)計(jì)規(guī)范》要求，本工程架線(xiàn)導(dǎo)線(xiàn)安全系數(shù)取2.5，地線(xiàn)安全系數(shù)取3。即該導(dǎo)線(xiàn)最大使用應(yīng)力為109.678 9 N/mm，最大使用張力為29 514.600 0 N。

對(duì)照百米弧垂表得出，AG1-AG2為孤立檔，空氣溫度20℃時(shí)（取當(dāng)日氣溫）設(shè)計(jì)放線(xiàn)弧垂為8.65 m，導(dǎo)線(xiàn)應(yīng)力為46.4 N/mm，導(dǎo)線(xiàn)張力為12 486.34 N。導(dǎo)線(xiàn)應(yīng)力為導(dǎo)線(xiàn)最大使用應(yīng)力42.3%，導(dǎo)線(xiàn)張力為最大使用張力42.3%，滿(mǎn)足導(dǎo)線(xiàn)使用要求?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，施工放線(xiàn)弧垂為11.09 m，大于設(shè)計(jì)放線(xiàn)弧垂（8.65 m）。導(dǎo)線(xiàn)應(yīng)力小于46.4 N/mm，導(dǎo)線(xiàn)張力小于12 486.34 N，滿(mǎn)足導(dǎo)線(xiàn)使用要求。

1.2.2 導(dǎo)線(xiàn)檢測(cè)

將本線(xiàn)路采用的新型ACMCC-240/30絞合式碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線(xiàn)進(jìn)行取樣，取3個(gè)樣品進(jìn)行外徑、表面質(zhì)量、截面積、線(xiàn)密度、直流電阻、節(jié)徑比及絞向以及常溫拉斷力共7項(xiàng)檢測(cè)（見(jiàn)表2、表3），并依據(jù)GB/T 32502—2016《復(fù)合材料芯架空導(dǎo)線(xiàn)》及技術(shù)規(guī)范書(shū)得出相應(yīng)檢測(cè)結(jié)論：所檢項(xiàng)目外徑與常溫拉斷力符合技術(shù)規(guī)范要求，其余項(xiàng)均符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

表2 線(xiàn)路設(shè)計(jì)氣象條件

表3 外徑、截面積、節(jié)徑比及絞向檢測(cè)數(shù)據(jù)表

表面質(zhì)量檢測(cè)：復(fù)合芯導(dǎo)線(xiàn)表面未發(fā)現(xiàn)有肉眼（或正常校準(zhǔn)視力）可見(jiàn)缺陷，無(wú)明顯失誤劃痕、壓痕等，未發(fā)現(xiàn)與良好的商品不相稱(chēng)的任何缺陷。

1.3 原因初步分析

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)檢查情況及絞合式碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線(xiàn)樣品的外徑、表面質(zhì)量、截面積、線(xiàn)密度、直流電阻、節(jié)徑比及絞向、常溫拉斷力共7項(xiàng)檢測(cè)結(jié)果，并考慮到絞合式碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線(xiàn)作為新型導(dǎo)線(xiàn)在重量、載流能力方面優(yōu)勢(shì)明顯，但其本身存在的抗彎能力低和易折斷的缺點(diǎn)目前暫無(wú)有效的檢測(cè)方法，初步判斷本次導(dǎo)線(xiàn)斷線(xiàn)的原因?yàn)椋航g合式碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線(xiàn)在生產(chǎn)、運(yùn)輸、施工、運(yùn)行環(huán)境等相關(guān)環(huán)節(jié)中已發(fā)生碳芯受損，按照傳統(tǒng)架線(xiàn)施工工藝和現(xiàn)有的紅外測(cè)溫及外觀(guān)檢查的運(yùn)維手段未能發(fā)現(xiàn)碳芯受損情況，從而造成導(dǎo)線(xiàn)斷線(xiàn)。

表4 直流電阻、線(xiàn)密度、常溫拉斷力檢測(cè)數(shù)據(jù)表

1.4 實(shí)踐建議

針對(duì)碳纖維復(fù)合導(dǎo)線(xiàn)斷線(xiàn)的案例，結(jié)合碳纖維復(fù)合導(dǎo)線(xiàn)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)提出如下建議。

（1）精細(xì)管理碳纖維復(fù)合導(dǎo)線(xiàn)。遵循小心輕放的原則，線(xiàn)盤(pán)在運(yùn)輸或存放過(guò)程中不能單一面受力，禁止導(dǎo)線(xiàn)過(guò)盤(pán)；起重機(jī)起吊線(xiàn)盤(pán)應(yīng)在中心孔位放置承重軸起吊；叉車(chē)運(yùn)輸線(xiàn)盤(pán)時(shí)應(yīng)從其側(cè)面接近，線(xiàn)盤(pán)豎立叉，且線(xiàn)盤(pán)存放應(yīng)保持向上；線(xiàn)盤(pán)儲(chǔ)存于干燥、堅(jiān)硬、水平的地面環(huán)境中，且儲(chǔ)存時(shí)間達(dá)3個(gè)月以上時(shí)，其儲(chǔ)存環(huán)境不能受到惡劣天氣的影響并使用鐵盤(pán)包裝。

（2）施工安裝關(guān)注點(diǎn)。牽張場(chǎng)的布置時(shí)，張力機(jī)應(yīng)布置于順線(xiàn)路方向，不得使用落地滑車(chē)等方式轉(zhuǎn)向，且導(dǎo)線(xiàn)進(jìn)張力機(jī)的水平夾角不應(yīng)大于10°。若大于10°，在導(dǎo)線(xiàn)盤(pán)和張力機(jī)之間安裝不小于導(dǎo)線(xiàn)直徑30倍工作直徑的滑車(chē)，將導(dǎo)線(xiàn)引入張力機(jī)導(dǎo)向輪，專(zhuān)用滑車(chē)投入使用將有效避免導(dǎo)線(xiàn)折斷。嚴(yán)禁使用小滑車(chē)展放碳纖維復(fù)合導(dǎo)線(xiàn)，滑車(chē)的直徑Ds（槽底部）不低于30×導(dǎo)線(xiàn)直徑；第一個(gè)滑車(chē)以及最后一個(gè)滑車(chē)的正切角應(yīng)稍大，如40×導(dǎo)線(xiàn)直徑；槽半徑Rg范圍不低于0.55×導(dǎo)線(xiàn)直徑；槽深Dg＞1.25×導(dǎo)線(xiàn)直徑；槽展開(kāi)角為Gf范圍15°~20°。如圖2所示。

圖2 放線(xiàn)滑車(chē)相關(guān)參數(shù)示意

（3）配置碳纖維復(fù)合導(dǎo)線(xiàn)專(zhuān)用金具?？ň€(xiàn)器的尺寸、實(shí)際夾持強(qiáng)度必須與導(dǎo)線(xiàn)匹配；網(wǎng)套連接器使用廠(chǎng)家配套專(zhuān)用捆綁工具，以防止卡線(xiàn)器磨損、尺寸不匹配或網(wǎng)套連接器捆綁過(guò)渡導(dǎo)致的碳芯滑動(dòng)或者損傷導(dǎo)線(xiàn)。正確使用提線(xiàn)器提線(xiàn)，以防止在提線(xiàn)過(guò)程中導(dǎo)線(xiàn)過(guò)度彎曲，碳芯損的損傷。

（4）實(shí)時(shí)監(jiān)控導(dǎo)線(xiàn)彎曲度。施工過(guò)程中與導(dǎo)線(xiàn)直接接觸的機(jī)具張力機(jī)、放線(xiàn)滑車(chē)、卡線(xiàn)器、提線(xiàn)器和壓接機(jī)模具應(yīng)滿(mǎn)足碳纖維導(dǎo)線(xiàn)特性的要求，以保證導(dǎo)線(xiàn)曲折率的最大化。導(dǎo)線(xiàn)展放線(xiàn)的任何環(huán)節(jié)均應(yīng)避免將碳纖維復(fù)合導(dǎo)線(xiàn)彎曲成銳角或小直徑彎曲導(dǎo)線(xiàn)，尤其是卡線(xiàn)器的位置未被正確固定，導(dǎo)致導(dǎo)線(xiàn)碳芯彎曲角度不正確，且不允許導(dǎo)線(xiàn)在放線(xiàn)過(guò)程中彈跳，或使用直徑低于500 mm的獨(dú)輪飛車(chē)坐人在導(dǎo)線(xiàn)上滑動(dòng)。碳纖維復(fù)合導(dǎo)線(xiàn)抗拉不抗折的特性決定了任何環(huán)節(jié)導(dǎo)致的碳纖維復(fù)合導(dǎo)線(xiàn)彎曲成銳角的情況可直接斷定導(dǎo)線(xiàn)碳芯折斷。

（5）確保所有與導(dǎo)線(xiàn)接觸的連接件都具有與線(xiàn)路設(shè)計(jì)相同的允許工作溫度，以防止配件因高于設(shè)計(jì)溫度而失去強(qiáng)度。如：防震錘、間隔棒、端子板、絕緣子、接續(xù)管、耐張線(xiàn)夾、引流板、纖維化合物、螺栓等。

（6）實(shí)施碳纖維復(fù)合導(dǎo)線(xiàn)運(yùn)行全生命周期跟蹤，從導(dǎo)線(xiàn)的承載負(fù)荷、彎曲度、配件金具、運(yùn)行環(huán)境以及溫度變化等多方面探索碳纖維復(fù)合導(dǎo)線(xiàn)運(yùn)行情況，實(shí)時(shí)評(píng)估運(yùn)行狀況，推斷剩余運(yùn)行時(shí)間，以逐漸掌握碳纖維導(dǎo)線(xiàn)的最佳運(yùn)行時(shí)間，從而避免碳纖維復(fù)合導(dǎo)線(xiàn)進(jìn)入生命末期出現(xiàn)故障后再行更換的后果。

2 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)此次碳纖維復(fù)合導(dǎo)線(xiàn)斷線(xiàn)的案例，本文從現(xiàn)場(chǎng)檢查，外徑、表面質(zhì)量、截面積、線(xiàn)密度、直流電阻、節(jié)徑比及絞向、常溫拉斷力7項(xiàng)檢測(cè)、原因初步判斷方面進(jìn)行實(shí)例分析，提出碳纖維復(fù)合導(dǎo)線(xiàn)精細(xì)管理、施工安裝關(guān)注點(diǎn)、專(zhuān)用金具配置、導(dǎo)線(xiàn)彎曲度實(shí)時(shí)監(jiān)控、連接件工作溫度、導(dǎo)線(xiàn)運(yùn)行全生命周期跟蹤6個(gè)維度的實(shí)踐建議，對(duì)于新型碳纖維復(fù)合導(dǎo)線(xiàn)在電力系統(tǒng)高壓輸電線(xiàn)路中的應(yīng)用具有一定的借鑒意義。