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    碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線是一種全新結(jié)構(gòu)的節(jié)能型增容導(dǎo)線，與常規(guī)導(dǎo)線相比，具有重量輕、強(qiáng)度大、耐熱性能好、線膨脹系數(shù)小、高溫弧垂小、電導(dǎo)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(diǎn)，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(dǎo)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(diǎn)。

    雖然碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)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(dǎo)線，但其在展放、架設(shè)等過程中有著自身的特點(diǎn)。本文將主要探討碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線初伸長的問題及解決辦法。

1、架空導(dǎo)線初伸長的定義

    由于架空導(dǎo)線實(shí)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(diǎn)局部變形而產(chǎn)生的擠壓變形伸長；架空導(dǎo)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(jìn)入塑性形變范圍而產(chǎn)生的塑性伸長。架空導(dǎo)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(dǎo)線產(chǎn)生的*性塑蠕伸長，在線路運(yùn)行的初期zui為明顯，故在線路工程上稱之為架空導(dǎo)線的初伸長。通常將架空導(dǎo)線的初伸長定義為架空導(dǎo)線在年均運(yùn)行應(yīng)（0.25σ_p）下，持續(xù)10年所產(chǎn)生的塑蠕伸長。架空導(dǎo)線的初伸長使檔內(nèi)線長增加，弧垂增大，使架空導(dǎo)線對地或跨越物的安全距離減小，進(jìn)而造成事故，所以在線路設(shè)計時必須考慮架空導(dǎo)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(yùn)行。架空導(dǎo)線架設(shè)后，受氣象條件規(guī)律性往復(fù)變化的影響，架空導(dǎo)線的應(yīng)力也階段性的增大、減小，在zui大運(yùn)行應(yīng)力σ_M及其以下往復(fù)變化。初次達(dá)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(diǎn)將沿微傾的橫線由M移至e，架空導(dǎo)線產(chǎn)生蠕變伸長ε_M。此后運(yùn)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(dǎo)線在運(yùn)行中共產(chǎn)生了ε₀≈J₀e₀的塑蠕伸長，即初伸長。

2、碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線初伸長的特點(diǎn)

    一碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線由碳纖維復(fù)合芯和軟鋁型線構(gòu)成，其主要承力部分是碳纖維復(fù)合芯。雖然碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線具有架空導(dǎo)線的一般特點(diǎn)，但由于其碳纖維復(fù)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(dǎo)線。一般碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線的初伸長在緊線后的前7天迅速釋放，達(dá)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(fù)合芯導(dǎo)線的線膨脹特性，即只受線路運(yùn)行溫度的影響。碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線的特點(diǎn)是在80 ℃及以上溫度運(yùn)行時，線路的弧垂變化極其細(xì)小，弧垂基本不再有明顯變化。

    為了解碳纖維芯復(fù)合芯棒的初伸長，我們進(jìn)行了相關(guān)試驗。試驗中采用的碳纖維芯復(fù)合芯棒樣品長度為12 130 mm，直徑為8.13 mm，觀察其在不同負(fù)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(fù)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(dǎo)線（鋼芯鋁絞線）的塑性伸長率為0.04％。

3、碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線的架線施工實(shí)例

   結(jié)合施工方法進(jìn)行弧垂觀測，以下為兩個碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線的架線施工實(shí)例。

實(shí)例1

    在河北石家莊某220 kV改造工程中選用了碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線JRLX/T-600/71，碳纖維復(fù)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(jìn)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(dǎo)線放線完成后以放線張力靜置24 h，按降溫0 ℃（即實(shí)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(fù)合芯導(dǎo)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(dǎo)線放線張力偏?。?5~18 kN）時，導(dǎo)線初伸長快速釋放導(dǎo)致弧垂下垂很大，左側(cè)上相導(dǎo)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(fù)核確認(rèn)）；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(dǎo)線加大了放線張力，雖然弧垂變化沒有上相導(dǎo)線那么嚴(yán)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(shí)時氣溫觀測弧垂）略有偏差。從而可知，導(dǎo)線在展放過程中，不同的放線張力，不同的緊線標(biāo)準(zhǔn)，有著不同的弧垂變化結(jié)果，即碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線初伸長的釋放和放線張力、展放時間、緊線標(biāo)準(zhǔn)有一定關(guān)系。

    為了解不同緊線標(biāo)準(zhǔn)對碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)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(jìn)行了相同放線張力（均為20 kN）不同緊線標(biāo)準(zhǔn)下，碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線初伸長釋放導(dǎo)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(biāo)準(zhǔn)下右側(cè)上中下三相導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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(fù)合芯導(dǎo)線的初伸長釋放也會應(yīng)緊線標(biāo)準(zhǔn)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(rèn)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(shí)例2

    在貴陽某220 kV改造工程中選用了碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線JRLX/T-480/52，碳纖維復(fù)合芯直徑為8.13 mm，采用降溫20 ℃以補(bǔ)償初伸長。該工程中碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線采用的施工方式為張力放線，上中下三相導(dǎo)線展放時放線張力不一致，上相導(dǎo)線放線張力zui小，下相導(dǎo)線由于需要跨越放線張力zui大，導(dǎo)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(dǎo)線弧垂變化量zui大，中相導(dǎo)線次之，下相導(dǎo)線變化量zui?。ㄕ埥o出比較標(biāo)準(zhǔn)下面的驗收弧垂即是給出的比較標(biāo)準(zhǔn)），這再次說明放線張力的大小與碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)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(dǎo)線展放張力一般小于30 kN），架線時碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線弧垂可以按照下列方式進(jìn)行觀測：

1、導(dǎo)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(fù)合芯導(dǎo)線初伸長的完成與所承受的張力、導(dǎo)線在空中停放的時間有關(guān)。導(dǎo)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(dāng)各相導(dǎo)線展放時張力不一致，就會導(dǎo)致導(dǎo)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(dǎo)線初伸長釋放完成，放線張力大的導(dǎo)線初伸長剩余釋放量比放線張力小的導(dǎo)線初伸長剩余釋放量要小。在此種情況下，應(yīng)按照下相導(dǎo)線能順利通過跨越的zui小張力作為放線張力，各相導(dǎo)線在展放時保持相同的張力，以保證各相導(dǎo)線初伸長的釋放均在同一工況下進(jìn)行。

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

3、碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線初伸長的補(bǔ)償，碳纖維復(fù)合芯棒初伸長的迅速釋放特性，使碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線架線弧垂可采用降溫補(bǔ)償法，根據(jù)當(dāng)?shù)毓r、碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線規(guī)格等情況進(jìn)行溫度補(bǔ)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(fù)合芯導(dǎo)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(shí)時氣溫即未降溫弧垂進(jìn)行觀測，因為碳纖維復(fù)合芯棒初伸長的快速釋放必將導(dǎo)致弧垂下垂。碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線初伸長的釋放程度隨著導(dǎo)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(dǎo)線之間的偏差可以通過調(diào)整板調(diào)整至允許范圍內(nèi)。