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碳纖維導線施工典型缺陷及運行注意事項

作者: 来源: 日期:2018-03-23 16:06:36

 碳纖維導線全名叫碳纖維複合芯鋁絞線(ACCC),該導線從本世紀初開始運用至今只有較短的十多年,有一定的應用經驗。碳纖維導線具有強度高,重量輕,彈性模量高,線膨脹系數小,弧垂小,線損小,載流量大(允許溫度高),耐腐蝕,使用壽命長等的特點。特別適合于濱海、礦山地區腐蝕強度大、汙穢強度高、導線易舞動的使用環境。

該導線的發展背景是原有輸電線路輸送能力已不能滿足負荷的快速增長,更換爲截面較大、載流量大的導線或新建專線勢在必行。拆除舊有線路、改造杆塔再架設新導線的傳統方法成本高,工期長,或原有線路通道下征地困難,導致新架線路將無法使用原有線路通道,給電網規劃和建設帶來極大困難,一定程度的提高了工程造價並延長了建設周期;線路架設過程中的長時間停電,也極大影響了電網的供電可靠性和設備可用系數。爲解決上述矛盾,尋找一種既能利用原有線路通道又能最大程度減少杆塔改造,同時還能大幅提高線路輸送能力的工程施工方法成爲唯一出路,在此情況下有了碳纖維導線。

碳纖維導線有他的許多優點,但也有他的不足之處,如大部分碳纖維導線碳纖維芯單芯(據了解,現在在發展碳纖維芯絞線),施工中易受損,因在鋁絞內部,不宜發現,受損後對以後的運行會遺留一點的安全隱患。今天小編就收集的一些易出現的問題的案例與大家做下分享,主要是施工階段的,並就運行中的一些注意事項做簡單說明。

缺陷類型1:表面毛刺

情況介紹:某500kV架空輸電線增容改造,將原鋼芯鋁絞線更換碳纖維導線。在施工時,碳纖維導線導線到貨後,進行開盤驗收發現導線表面起毛刺。
原因分析:廠家生産加工過程中工藝存在瑕疵,造成導線表面出現毛刺。
造成後果:線路投運後會造成電暈和尖端放電現象。
建議:物資到貨後應逐盤進行驗收。

缺陷類型2:斷股

情況介紹:某500kV架空輸電線增容改造,將原鋼芯鋁絞線更換碳纖維導線。在架線施工時,發現導線有斷股,該斷股處未發現施工受力痕迹。 
原因分析:廠家生産加工過程中工藝存在瑕疵,導致出廠時導線就出現斷股。
造成後果:線路投運後會産生散股以及抛股的現象。
建議:物資到貨後應逐盤進行驗收,三跨段應重點驗收。

缺陷類型3:"燈籠"、鼓包

情况介绍:某220kV输电线路增容改造工程,将原1× LGJ-400/35 型钢芯铝绞线导线更换为1×JRLX/T-400型碳纤维导线。在架线施工过程中出现导线"灯笼"、鼓包现象。
原因分析:碳纖維導線是由內層碳纖維芯和外層鋁線絞制而成,碳纖維導線在展放或收緊的過程中,由于張力的作用,碳纖維導線表面的鋁線會發?"蠕變伸長"(鋁線各股之間會有空隙,受力使導線各線股之間靠的更緊,空隙變小,雖然導線長度爲變,但整根導線伸長了),內層碳纖維芯棒由于強度高,變形量小。外層鋁線與內層碳纖維芯棒會發生相對的滑移,當滑移收到阻礙時或一側耐張線夾壓接完成後,會導致碳纖維導線表層鋁股出現"燈籠"(鼓包)。
造成後果:(1)碳纖維導線鋁線出現"燈籠"(鼓包),對于運行中的線路,一般難以修複,鋁線松散後也導致碳纖維芯長期暴露在空氣中,如果運行環境惡劣,對碳纖維芯不利;(2)鋁線出現"燈籠"(鼓包),由于運行過程中張力的變化,會使表面各層鋁線受力不均勻,導致鋁線斷股。
建議:(1)各個導線廠家的在加工過程中的技術指標不一樣,會導致成品導線的絞制松緊程度不一樣,在作業前應進行廠家技術交底,嚴格按照廠家的作業要求展放收緊導線;(2)在緊線挂線的施工過程中應使用專用預絞式耐張工具,減少拉頭和卡線器的使用,避免出現應力集中的現象;(3)大耐張段施工過程中,在緊線畫印前,在滿足耐張段線長的情況下,應將緊線側導線余線開斷後再緊線,使"蠕變伸長"的鋁線盡可能在開斷處跑掉。

缺陷類型4:斷線

情况介绍:某220kV输电线路增容改造,将原 2 × LGJ-300/25 型钢芯铝绞线导线更换为240/30 双分裂碳纤维复合芯铝绞线导线。在架线施工过程中发生断线,均为采用空中压线的导线在挂线后从耐张线夹的压接区内(管口附近)断裂。

原因分析:经过相关试验、解剖断线耐张线夹等方式查证断线原因,从试验结论分析,主要存在碳纤维导线的碳芯径向耐压试验不合格问题。国家标准GB/T 29324-2012、国网标准Q/GDW 1851-2012均要求径向耐压标准为"截取长度不小于100mm的复合芯棒,以1mm/min至21mm/min加载速度平稳加载至破坏,复合芯棒应承受不小于30kN的压力,其端部应不开裂和脱皮"),但试验的碳纤维导线不满足该项要求,该型号导线的供应商自身生产的碳纤维芯无法达到标准要求,目前国标中关于碳棒的径向耐压试验要求,国内绝大多数的供应商只有Φ7.5及以上的规格碳棒能满足,对Φ6的碳棒进行径向耐压试验很难达到试件为100mm不小于30kN的要求。综合相关试验结论和调查情况,分析断线原因主要集中在压接过程中可能存在过压和其他压接工艺问题,以及导线产品质量问题。
造成後果:斷線
建議:碳纖維導線在施工過程中應嚴格執行《碳纖維複合芯架空導線施工工藝及驗收導則(試行)》中的相關規定。

缺陷類型5:外側刮傷

缺陷描述:某500kV输电线路增容改造,将原 LGJ-400/35 钢芯铝绞线导线更换为JLRX/F2A-460/40-26碳纤维导线,线路竣工验收过程中发现导线磨损、裂痕。
原因分析:導線在運輸、展放過程中被尖銳物剮蹭後導致碳纖維外層軟鋁刮傷、蹭傷。
造成後果:影響外觀質量,還會産生電暈,嚴重時導線會灼傷,甚至引起斷線事故。
建議:物資到貨後應逐盤進行驗收、導線展放後應逐檔進行驗收。

缺陷類型6:散股

缺陷描述:某500kV输电线路增容改造,将原 LGJ-400/35 钢芯铝绞线导线更换为JLRX/F2A-460/40-26碳纤维导线,线路竣工验收过程中发现导线跑股。
原因分析:導線在展放過程中經過滑輪時因展放角度過小或滑輪型號不匹配導致過線時受到擠壓而松股;導線展放完成後,附件安裝時提線過緊擰曲導線導致松股。
造成後果:影響外觀質量,還會産生電暈,嚴重時導線會灼傷,甚至引起斷線事故。同时还会影响导线强度。
建議:物資到貨後應逐盤進行驗收、導線展放後應逐檔進行驗收。

缺陷類型7:磨損

缺陷描述:某500kV输电线路增容改造,将原 LGJ-400/35 钢芯铝绞线导线更换为JLRX/F2A-460/40-26 碳纤维导线,线路竣工验收过程中发现在预绞丝尾端有环形磨损痕迹。
原因分析:一是導線預絞絲綁紮時最後幾股不易就位,采用螺絲刀等工具起撬時劃傷,二是預絞絲綁紮後發現位置不對再次拆除預絞絲時施工保護不到位損傷導線。 
造成後果:影響外觀質量,還會産生電暈,嚴重時導線會灼傷,甚至引起斷線事故。同时还会影响导线强度。
建議:應重點加強對預絞絲附近導線的驗收工作。

彙總

 通过以上3个工程7类缺陷彙總,发现了以下两方面问题:

1.碳纖維質量問題,由于廠家未嚴格按照相應規程規範加工,導致産品部分參數不合格,給施工過程乃至運行中帶來了不可預估的隱患。
2.施工工藝不良問題,部分施工單位仍然采用的是傳統導線的施工方法,導致碳纖維導線鼓包、斷股甚至斷線。
以上兩個問題給運行當中了一定的安全隱患,尤其是産品質量問題,依據目前的案例來看,主要是碳棒不滿足規範要求,然而碳棒是承力部分,不合格的碳棒勢必造成導線機械性能下降,即便施工工藝良好,運行過程中遇到不良工況,也極易發生斷線事故。

 作爲運行單位,在碳纖維的運用方面需要注意以下幾方面事項:
1.由于碳纖維導線雖然發展十多年,但在工程中運用不多,運行經驗欠缺,重要跨越、大跨越不建議采用碳纖維導線,可選擇同等載流能力的鋁合金芯高導電率鋁絞線。
2.從嚴初設審查,尤其是增容項目,必須要有詳細的導線比選方案,慎重選用碳纖維導線。對確定使用碳纖維導線的工程,了解設計單位所提供的碳纖維導線的定位溫度以及最高允許溫度,了解對應的導線弧垂特性,以及導線連接器選用方式等。 
3、由于重要跨越一旦出現問題,影響太大,爲了重要跨越所在耐張段能夠安全可靠運行,重要跨越原則上不得使用碳纖維導線,可采用同等載流能力的鋁合金芯高導電率鋁絞線。
4.嚴格執行《碳纖維複合芯架空導線施工工藝及驗收導則(試行)》,掌握施工單位的壓接工藝,抽查壓接質量,500kV線路做好逐檔走線,220kV線路采取無人機沿線拍照等方式,做好中間環節及竣工環節驗收,把好驗收關。
5、對施工單位在施工過程中與碳纖維導線有硬接觸的地方,比如卡線器卡在導線上的位置等,提出痕迹記錄要求,避免出現問題後發生扯皮。 
6.對于已投運的碳纖維線路,檢修過程中盡量避免使用飛車出線,防止出現鋁股變形,同時適當備一些適用于碳纖維導線斷股的高溫預絞式補修條。
7、探索可以檢測芯棒破損的實用方法,因芯棒目前爲單芯,從破損開始到斷線,暫無有效的檢測手段,所以,探索有效的檢測方法,掌握碳棒破損發展的規律,勢在必行。
8、倡導碳纖維導線運行全壽命周期理念,從運行伊始,全面掌握運行情況,評估運行狀況,推斷剩余運行時間,也是極爲關鍵的一個問題,因爲碳纖維導線一旦進入生命末期,對運行單位而言就相當于定時炸彈,所以,建議從全壽命周期的角度考慮,掌握碳纖維導線的最佳運行時間,爲後續更換提供有力支持,避免出現重大故障後再行更換。 
碳纖維導線作爲新型導線,對于增容改造具有非常好的效果,預計未來行業內,老舊線路在進行增容改造將大批量使用,但由于目前缺少運行經驗,對于此類産品,運行單位一般持保守態度,因爲斷線等故障會給運行單位帶來巨大的安全壓力。



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