1 項目概述和技術(shù)原理
1.1 項目背景
針對目前電網(wǎng)中部分輸電線路輸送能力不足、部分老舊線路技術(shù)改造困難的情況下，為有效利用目前電網(wǎng)的輸電線路，考慮應(yīng)用新型碳纖維復合芯導線，提高電網(wǎng)的輸送能力。
1.2 國內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀
我國是個缺電的國家，輸電線路已不堪承受傳輸容量快速擴容的需求，由于過負荷造成的停電、斷電故障頻頻發(fā)生，電力傳輸成為電力工業(yè)發(fā)展的“瓶頸”，各國均在研究新型架空輸電路用導線，以取代傳統(tǒng)的鋼芯鋁絞線。
目前世界上只有美國、日本、韓國開發(fā)出新型殷鋼芯倍容量導線和新型合成導線，國內(nèi)的產(chǎn)品研制和應(yīng)用開始起步。碳纖維合成芯導線在國外的應(yīng)用不長，美國CTC公司生產(chǎn)的ACCC碳纖維合成導線于2004年8月開始試用和運行，國內(nèi)運行經(jīng)驗還較少。 copyright 123456
1.3 項目主要研究內(nèi)容
結(jié)合常州電網(wǎng)現(xiàn)狀，分析一些老線路的公司技改、基建和業(yè)擴工程，選擇在現(xiàn)有導線截面小且需增容的線路上試用新型碳纖維合成芯導線，在不改變現(xiàn)有路徑、通道的情況下，既要大幅度提高線路輸送容量，又要確保線路的安全運行。同時進行相關(guān)經(jīng)濟比較，用較少的投資取得理想的效益。
從節(jié)能、降低成本、增加輸送容量、提高電網(wǎng)安全運行等方面綜合看，推廣應(yīng)用具有很大的經(jīng)濟和社會效益。有助于構(gòu)造安全、環(huán)保、高效節(jié)約型輸電網(wǎng)絡(luò)。
1.4 項目技術(shù)原理
碳纖維復合芯導線(ACCC)，采用高性能碳纖維復合材料作為導線芯材，具有強度高、重量輕、膨脹系數(shù)小、耐腐蝕和耐高溫等特點。
(1)強度高。用碳纖維復合芯替代傳統(tǒng)的鋼芯，抗拉強度是一般鋼絲的1.9倍，允許提高桿塔間的跨距，以降低工程成本。 123456
(2)線膨脹系數(shù)小，弧垂小。復合材料芯線膨脹系數(shù)僅為鋼芯的1/8。在相同的實驗條件下，隨著溫度的上升，導線弧垂變化量僅為常規(guī)鋼芯鋁絞線的9.6%，高溫下弧垂增量不到鋼芯鋁絞線的1/10，減少架空線交跨距離。
(3)重量輕。復合材料芯比重為傳統(tǒng)鋼芯的1/4，ACCC導線單位長度重量約為常規(guī)鋼芯鋁絞線的60～80%，自重的減輕可使導線荷載減少約25%。
重量輕和低弧垂的特性可以降低桿塔高度，減輕鐵塔結(jié)構(gòu)強度要求，節(jié)省線路綜合造價。
(4)導電率高，載流量大，運行溫度高。
ACCC導線的合成碳纖維芯是非鐵磁性材料，不存在磁損和渦流損耗。與鋼芯鋁絞線相比，在相同外徑時，復合芯鋁絞線允許纏繞超過28%截面積的鋁線。ACCC導線外層采用導電率不小于63%IACS的鋁線，鋁導體為耐高溫退火鋁，200℃下能有效運行，常規(guī)鋼芯鋁絞線使用溫度極限最大100℃。
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由于鋁截面增大和提高導線工作溫度，導線的綜合載流量理論上可提高至2倍。
圖1.4.4 ACCC導線與鋼芯鋁絞線的斷面比較圖
(5)耐腐蝕性能好。
ACCC導線的復合芯由玻璃纖維絕緣材料制成，具有較高的耐腐蝕性能，與鋁線之間接觸也不存在電腐蝕問題，可以解決長期運行中的腐蝕問題。
1.5 項目研究目標
應(yīng)用新型合成導線，能夠利用現(xiàn)有桿塔等設(shè)施，成倍地大幅度提高傳輸容量，減少傳輸中電力的損耗，同時可以減少土地資源、有色金屬資源等消耗。
為研究其特性，積累使用和運行經(jīng)驗，本項目開展碳纖維合成芯導線的應(yīng)用和研究。
2 研究方法和技術(shù)方案
2.1 項目研究方法
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對常州電網(wǎng)中部分輸送能力不足、改造困難的線路，應(yīng)用碳纖維復合芯導線。
選擇在現(xiàn)有導線截面小且需增容的線路上試用碳纖維合成芯導線，在不改變現(xiàn)有路徑、通道的情況下，既要大幅度提高線路輸送容量，又要確保線路的安全運行。同時進行相關(guān)經(jīng)濟比較，用較少的投資取得理想的效益。
項目的研究擬通過以下幾個方面來開展：
(1) 研究導線的機械力學特性，重新校核線路平斷面，保證安全距離;
(2) 研究導線的載流特性，確定線路的最大允許工作電流，核算線路在電網(wǎng)各種特殊運行方式下的過負荷能力;
(3) 分析導線的弧垂與溫度、應(yīng)力、代表檔距的對應(yīng)變化關(guān)系;
(4) 導線架線施工和安裝的特殊工藝;
(5) 研究各種特殊金具的配置;
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(6) 進行帶負荷運行調(diào)試，分析線路運行特殊要求;
(7) 進行相關(guān)經(jīng)濟比較。
2.2 項目應(yīng)用實施方案
根據(jù)電網(wǎng)規(guī)劃及運行情況，選定現(xiàn)有導線截面小且需增容的線路之一“110kV常白線”上試用，在不改變現(xiàn)有路徑通道、不對桿塔進行改造的情況下，更換為ACCC碳纖維復合芯導線。
常白線上現(xiàn)狀接2個110kV變電所，分別是：110kV采菱變，2x50MVA主變;110kV工業(yè)園變，2x50MVA主變。另原先還接有110kV湖塘變(2x40MVA)，因輸送容量不足，現(xiàn)已臨時斷開。
圖2.2 改造前110kV常白線接線圖
原LGJ-185導線只能滿足帶一個變電所2臺主變的要求，遇故障或檢修，帶3臺50MVA主變，需輸送787A，LGJ-185導線就已不能承擔。導線輸送容量的限制給電網(wǎng)運行方式的靈活調(diào)整帶來困難。
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主線段線路已運行有20多年，通道復雜，線下房屋密集，原通道改造(換塔換大導線)很困難。該現(xiàn)狀很適合應(yīng)用碳纖維復合芯導線。
原線路導線均為LGJ-185。按最高允許溫度+70℃、基準環(huán)境溫度+25℃時，長期允許載流量510A，按照常州地區(qū)最高環(huán)境溫度+40℃校正后為435A，允許輸送容量為82900kW。
表2.2.1 現(xiàn)狀線路輸送容量
表2.2.2 改造后擬達到輸送容量
增容改造實施：將常州變出線前段架空線的主線原LGJ-185導線更換為ACCC導線，長度1.8km。
2.3 項目實施成果
1、完成110kV常白線更換ACCC導線的設(shè)計和安裝;
2、對所選的ACCC導線進行各項機械和電氣性能試驗;
3、進行線路運行加負荷調(diào)試試驗;
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4、開展ACCC導線耐高溫、大載流量、低弧垂等方面性能的研究。
3 項目研究和實施過程
3.1 線路前期設(shè)計階段
3.1.1 收集碳纖維復合芯導線的技術(shù)資料，研究其機械特性、電氣特性。
部分規(guī)格的導線已由上海電纜研究所進行了試驗，現(xiàn)有資料的部分參數(shù)參考美國CTC公司提供的數(shù)據(jù)。本項目選定型號的ACCC/TW導線另外進行多項機械及電氣性能試驗。
3.1.2 結(jié)合原線路資料，重新測定線路平斷面，掌握交叉跨越情況。
110kV常白線主線段從220kV常州變～常白線采菱支接塔，長度1.8公里，桿塔均為雙回路(與110kV遙常線同桿架設(shè))，10基桿塔，為鋼管桿和鐵塔混合線路。全線平均檔距210米，最大檔距289米。
設(shè)計時，全線重新測量了平斷面，詳細掌握各類交叉跨越情況。線路經(jīng)過地區(qū)現(xiàn)為城區(qū)，下面房屋較多，交跨復雜，線路交叉跨越建筑物、電力線、通信線、城市道路等共42次。
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3.1.3 確定導線的型式截面、安全系數(shù)及應(yīng)力、弧垂計算。
根據(jù)原桿塔設(shè)計條件和線路交跨情況，初步確定導線的選型和截面匹配，確定合適的安全系數(shù)、最大使用張力。擬選擇Linnet431型(218mm2)截面的碳纖維復合芯導線，直徑(18.29mm)和單位長度重量(653kg/km)均不大于原LGJ-185導線的直徑(19.02mm)和單位長度重量(774kg/km)。導線的安全系數(shù)取3.5，最大使用張力20.7kN，不超過現(xiàn)有桿塔使用條件(23.0kN)。導地線安全系數(shù)、最大使用應(yīng)力及平均使用應(yīng)力見下表。
表3.1.3.1 導地線安全系數(shù)及設(shè)計張力
新架導線的弧垂最高氣溫時不超過原導線弧垂，確保現(xiàn)有的各種交叉跨越設(shè)施均滿足安全限距的要求。這些條件保證主線段所有桿塔均不需進行改造，得以充分利用。
碳纖維復合芯導線的鋁面積218平方米，大于原LGJ-185導線182.4平方米的鋁面積，載流能力大大增加。下表反映了本次選定的碳纖維復合芯導線與原導線參數(shù)的對比情況。
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表3.1.3.2 碳纖維復合芯導線與原導線參數(shù)對比表
根據(jù)導線的線膨脹系數(shù)與溫度、應(yīng)力的對應(yīng)變化關(guān)系，分析導線機械特性，進行應(yīng)力、弧垂計算，架線施工張力弧垂計算。
3.1.4 配合適的金具、附件
本工程ACCC/TW導線所用耐張線夾，為專用配套的耐熱型線夾，內(nèi)層不銹鋼，外層鋁合金。
根據(jù)導線發(fā)熱特性，選擇專用的ACCC/TW導線配套耐熱型耐張線夾。配置合適的懸垂金具和耐熱型預絞絲護線條，合理組合附件安裝。導線的耐張線夾、引流板為ACCC/TW導線配套的專用線夾，預絞絲護線條、T接線夾等有南京線路器材廠專門設(shè)計。
3.2 安裝施工階段
3.2.1 施工技術(shù)準備
本線路采用張力展放導線。架線前檢查各施工段的平斷面圖、明細表等,認真對施工場地進行調(diào)查、熟悉交叉跨越情況。合理布置張力場和牽引場的位置。對導、地線連接管及耐張管進行檢驗性壓接試驗。架線作業(yè)指導書經(jīng)審批，架線前進行技術(shù)交底。進行牽、張場預選，本工程分為二牽，從110kV常白線G1電纜終端塔—G8支接塔為第一牽，從G8支接塔—G10支接塔的架空主線部分為第二牽。
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表3.2.1 牽、張場預選表
3.2.2 架線
架線前調(diào)查清楚沿線的交叉跨越等障礙物，進行線路通道清理。根據(jù)現(xiàn)場情況搭設(shè)跨越架,安裝防磨滾筒。
選擇和布置牽張場。采用一臺牽引機、一臺張力機進行導線展放施工，一牽一展放方式。為了避免ACCC導線與原線路舊導線之間的磨碰。本工程利用原線路LGJ-185導線作為牽引繩張力展放ACCC導線。
下面是幾張現(xiàn)場安裝圖片。
3.2.3 其他安裝
進行緊線和掛線施工，弧垂調(diào)整，導、地線液壓，附件安裝，導線跳線安裝等。于2006年11月完成110kV常白線增容改造ACCC導線的安裝施工，并投入運行。
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3.3 導線性能試驗
3.3.1 專項性能試驗
對本項目采用的Linnet431規(guī)格ACCC/TW導線專門委托上海電纜研究所開展了以下8項性能試驗。
3.3.1.1 導線握力試驗(常溫)
試驗?zāi)康模簻y試ACCC/TW導線安裝專用楔型線夾后的握著力。
試驗結(jié)果：
無中間接續(xù)的試樣，握力試驗結(jié)果為81.4kN;
有中間接續(xù)的試樣，握力試驗結(jié)果為81.0kN。
證明ACCC/TW導線安裝專用楔型線夾后的握力滿足不小于90%計算拉斷力(72.46kN)的要求。
3.3.1.2 導線高溫(140～200℃)拉力試驗
試驗?zāi)康模簻y試ACCC/TW導線在高溫條件下的總拉力。
試驗結(jié)果：
ACCC/TW導線試樣在140℃高溫通電加熱3小時后，直接做拉力試驗，高溫拉斷力為74.6kN，與計算拉斷力相比沒有損失;160℃高溫通電加熱3小時后，高溫拉斷力下降為64.0kN，為計算拉斷力(72.46kN)的88%;180℃高溫通電加熱3小時后，高溫拉斷力下降為56.8kN，為計算拉斷力(72.46kN)的78%;在200℃高溫通電加熱3～8小時后，直接做拉力試驗，高溫拉斷力下降為48～50kN，約為計算拉斷力(72.46kN)的66%～69%。
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這個結(jié)果說明，ACCC/TW在160℃高溫以上，拉斷力距不小于90%計算拉斷力的要求有一定的損失，隨著溫度上升，損失逐步加大。
3.3.1.3 導線應(yīng)力—應(yīng)變試驗
試驗?zāi)康模簻y定ACCC/TW導線的應(yīng)力—應(yīng)變特性。
試驗結(jié)果：
導線的最終彈性模數(shù)平均值為66.3 GPa;
碳纖維復合芯的最終彈性模數(shù)平均值為113.3 GPa;
繪制出導線應(yīng)力—應(yīng)變曲線圖。
3.3.1.4 導線熱膨脹試驗
試驗?zāi)康模簻y定ACCC/TW導線的熱膨脹系數(shù)。
試驗結(jié)果：(試樣長度50米)
拐點溫度(80℃左右)以下該導線實測線膨脹系數(shù)為13.0×10-6(1/℃);
拐點溫度(80℃左右)以上該導線實測線膨脹系數(shù)為1.65×10-6(1/℃)。
3.3.1.5 導線弧垂特性試驗
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試驗?zāi)康模河靡栽u估ACCC/TW導線在實驗室條件下的高溫弧垂特性。
試驗結(jié)果：測量導線弧垂和張力隨溫度變化的情況，分別繪制出該ACCC/TW導線在加載不同初始張力(15%RTS、25%RTS、35%RTS)下的弧垂—溫升曲線和張力—溫升曲線。
3.3.1.6 導線蠕變試驗
試驗?zāi)康模捍_定ACCC/TW導線的蠕變特性。
試驗結(jié)果：
得出蠕變方程式;
計算出在15%、25%和35%的張力下10年(87600小時)后的蠕變量;
繪制出蠕變曲線。
3.3.1.7 碳纖維復合芯耐熱性能檢驗
試驗?zāi)康模簻y試碳纖維復合芯的耐熱性能。
試驗結(jié)果：碳纖維復合芯經(jīng)過不同加熱溫度和不同加熱時間后的拉力結(jié)果，芯仍能保持合適的拉力(未加熱時的90%以上)。
3.3.1.8 導線載流量測試及計算
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試驗?zāi)康模簻y試ACCC/TW導線在實驗室條件下的載流量;計算ACCC導線在不同環(huán)境條件下的載流量。
試驗結(jié)果：
測出無風、無日照和自然對流條件的實驗室測試數(shù)據(jù);
計算得出導線載流量的理論計算數(shù)據(jù)表(分別為在國內(nèi)常用參數(shù)條件下和在IEC61597-1995推薦的參數(shù)條件下)。
分析：與鋼芯鋁絞線相比，ACCC/TW導線得載流量有比較明顯得提高，而且導線允許得使用溫度更高(最高200℃)以及具有低弧垂的特性，因此，ACCC/TW導線載流能力有明顯優(yōu)勢。
3.3.2 借鑒的其他項目試驗
借鑒其他規(guī)格的ACCC/TW導線已進行的試驗有以下一些。
3.3.2.1 導線高溫(150℃)拉力試驗
試驗?zāi)康模簻y試ACCC/TW導線在150℃溫度下的拉斷力。
試驗結(jié)果：在150℃溫度下，ACCC/TW導線能夠滿足不小于計算拉斷力的90%。
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分析：由于復合芯的熱膨脹系數(shù)比外層軟鋁線的熱膨脹系數(shù)小的多，在150℃高溫下，所有拉力都加載在復合芯上，鋁線由于熱膨脹伸長量很大，基本不承受拉力，所以高溫下導線的拉力與復合芯的拉力基本一致。
3.3.2.2 碳纖維復合芯鹽霧腐蝕試驗
試驗?zāi)康模和ㄟ^在強腐蝕氣氛的腐蝕試驗，評估碳纖維在自然條件下的耐腐蝕性能。
試驗結(jié)果：試樣表面完好，無可見腐蝕現(xiàn)象;試驗前后試樣重量基本沒有變化。
證明碳纖維復合芯在5%NaCl鹽霧氣氛下360h試樣無腐蝕。
3.3.2.3 導線及復合芯壓扁試驗
試驗?zāi)康模簻y試ACCC/TW導線及碳纖維復合芯在一定的壓力負荷作用下?lián)p壞程度;分別比較ACCC/TW導線與鋼芯鋁絞線和碳纖維復合芯與鋼芯的抗壓性能。
試驗結(jié)果：在受控制的壓力負荷作用下有一定的變形，鋁絲部分變形較大，碳纖維復合芯變形較小。
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證明了ACCC/TW導體承受壓力而不會產(chǎn)生嚴重損壞的能力，這種壓力在ACCC/TW導線的正常處理、安裝或運行中均可能遇到。
3.3.2.4 導線過滑輪試驗
試驗?zāi)康模候炞C線路張力放線對ACCC/TW導線的影響，包括表面是否存在損傷，線股是否存在松股、起燈籠現(xiàn)象，以及鋁線強度是否有明顯變化等。
試驗結(jié)果：ACCC/TW導線未見起燈籠現(xiàn)象，也未見明顯松股，但軟鋁線表面有擦痕;過滑輪后鋁單絲抗拉強度均在60～90MPa范圍內(nèi)，鋁線強度沒有明顯的提高。
3.3.2.5 導線微風振動疲勞試驗
試驗?zāi)康模涸u估線路的振動疲勞性能。
試驗結(jié)果：通過耐振疲勞試驗。3根試樣分別經(jīng)過3x107次連續(xù)振動疲勞試驗后，對懸垂線夾處的導線進行拆股觀察，未見有任何開裂斷股現(xiàn)象。
3.3.2.6 導線的電暈及無線電干擾試驗
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試驗?zāi)康模簻y試ACCC/TW導線的電暈熄滅電壓和無線電干擾電壓;比較型線與圓線在電暈及無線電干擾的水平。
試驗結(jié)果：復合芯梯形單線同芯層鋁導線ACCC/TW與鋼芯鋁絞線LGJ的可見電暈和無線電干擾電壓試驗結(jié)果基本一致，鋼芯鋁絞線略優(yōu)于復合芯梯形單線同芯層鋁導線，兩者均滿足220kV輸電線路的運行要求。
3.4 導線運行調(diào)試試驗
3.4.1 加負荷試驗方式下現(xiàn)場的接線
為掌握實際運行中的ACCC導線載流性能和弧垂特性，擬將電網(wǎng)按以下形式改接，臨時接入110kV湖塘變，試驗結(jié)束后再斷開。預計最大負荷約15萬kW左右。
試驗時間：冬季2006年 12月 20 日;
夏季2007年 8月15 日。
圖3.4.1 負荷試驗方式下現(xiàn)場接線圖
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3.4.2 線路巡視復查
為保證調(diào)試成功，運行單位線路工區(qū)組織一次特殊巡視，對110kV常白線主線段各處的導線、絕緣子、桿塔狀況、通道情況、交叉跨越情況等再做一次復查，及時消除不安全因素。為保證兩條線路搭接順利，線路工區(qū)負責對110kV常白線#1～#27～原#36段相位進行現(xiàn)場復核，武進供電公司負責對110kV滆湖線#22～湖塘變～滆湖變段相位進行現(xiàn)場復核，確保線路接通時相位一致。
3.4.3 運行方式調(diào)整過程
?、拧?：30 110kV常白7550線、滆湖7731線臨時搭通工作結(jié)束后，線路工區(qū)梁整民向調(diào)度匯報：110kV常白7550線、滆湖7731線已臨時搭通，保證相位正確，線路可以送電。
?、啤⒉鸪?10kV常白7550線、滆湖7731線各側(cè)接地線。
?、恰⒊Ｖ葑儯撼０拙€713開關(guān)轉(zhuǎn)為副母運行。
?、?、調(diào)度通知測試現(xiàn)場指揮：110kV常白7550線準備帶負荷。
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?、?、采菱變：由芳采線合環(huán)調(diào)常白線供電，芳采線712開關(guān)轉(zhuǎn)為熱備用(自投啟用)。
?、?、武調(diào)：
① 工業(yè)園變：合環(huán)調(diào)常白線供電，遙工線轉(zhuǎn)為備用 (自投啟用)。
② 湖塘變：合環(huán)調(diào)滆湖線供電，武湖線轉(zhuǎn)為備用(自投啟用)。
⑺、調(diào)度通知測試現(xiàn)場指揮：110kV常白7550線已帶全部負荷
⑻、測試工作結(jié)束后由現(xiàn)場指揮向調(diào)度匯報：110kV常白7550線帶負荷測試工作結(jié)束，110kV常白7550線、滆湖7731線可以停電，拆開臨時搭頭線。
⑼、線路搭頭拆開后，調(diào)度恢復正常運行方式。
3.4.4 現(xiàn)場測試工作
3.4.4.1 測試時間
冬季試驗：2006年 12月 20 日，上午9：00 ～ 下午16：00。
夏季試驗：2007年 8月15 日，上午9：00 ～ 下午16：00。
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3.4.4.2 現(xiàn)場測量內(nèi)容
選定代表性兩檔，按照不同時間段負荷和電流的變化情況，進行ACCC/TW導線弧垂和溫度的跟蹤測量。
第1檔： #5～# 6，檔距289米;
第2檔： #9～#10;檔距195米。
測溫設(shè)備：紅外熱像儀。
測高設(shè)備：全站儀、激光測高儀。
另外，對以下附件相應(yīng)進行測溫，以觀測附件的溫升變化：
A處：#5塔導線懸垂線夾;
B處：#10支接塔，主線ACCC耐張線夾、工業(yè)園側(cè)LGJ-300/25導線耐張線夾、采菱側(cè)LGJ-185導線耐張線夾;
C處：#1終端塔，電纜接線端子、LGJ-185導線。
3.4.4.3 相關(guān)測試記錄舉例
例：測量檔號： #5 ～ #6。
(1)冬季試驗：測量檔距 289 米;環(huán)境氣溫：上午陰5℃，下午陰10℃。
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表3.4.4.3-1 冬季試驗現(xiàn)場監(jiān)測記錄
(2)夏季試驗：測量檔距 289 米;環(huán)境氣溫：上午陰28℃，下午晴32℃。
表3.4.4.3-2 夏季試驗現(xiàn)場監(jiān)測記錄
經(jīng)復核線路斷面，溫度變化下現(xiàn)有的各種交叉跨越設(shè)施均滿足安全限距的要求。
4 研究成果和效益
4.1 導線機械性能的研究
碳纖維復合芯導線(ACCC)，采用高性能碳纖維復合材料作為導線芯材來代替鋼芯，與鋼芯鋁絞線相比，在相同的外徑時，復合芯鋁絞線允許纏繞超過20%的導電鋁線。機械性能上具有以下一些特點。
4.1.1 強度高
用碳纖維復合芯替代傳統(tǒng)的鋼芯，抗拉強度可達到2399MPa，是一般鋼絲(1240MPa)的1.9倍。
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抗拉強度的提高允許提高桿塔間的跨距，以降低工程成本。
4.1.2 線膨脹系數(shù)小，弧垂小
復合材料芯的線膨脹系數(shù)為1.6×10-6(1/℃)。鋼芯鋁絞線一般為20×10-6。
經(jīng)過熱膨脹試驗(試樣長度50米)，測試出ACCC/TW導線的線膨脹系數(shù)α：
ü 拐點溫度(80℃左右)以下為13.0×10-6(1/℃);
ü 拐點溫度(80℃左右)以上為1.65×10-6(1/℃)。
由于復合芯的熱膨脹系數(shù)比外層軟鋁線的熱膨脹系數(shù)小的多，在一定的溫度(即拐點溫度)以上，導線的所有機械張力都將由碳纖維復合芯來承受，此溫度時鋁導體部分的應(yīng)力變?yōu)榱?。鋁線由于熱膨脹伸長量很大，基本不承受拉力，整根導線的熱膨脹和彈性伸長取決于復合芯的熱膨脹和伸長率。所以整個導線的熱膨脹很小，線長變化很小，隨著溫度的上升，弧垂增加得很小。
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下圖是另一規(guī)格的ACCC/TW-Drake1020導線與直徑相近的LGJ-400/35導線進行高溫弧垂─溫升比較試驗的曲線圖(測試檔距50米)。
圖4.1.3 兩種絞線弧垂─溫升曲線比較圖
可以分析出，在相同的實驗條件下，溫度從50℃上升到130℃，LGJ-400/35導線弧垂從190mm增加到620mm，提高了2.3倍;ACCC/TW-Drake導線弧垂從175mm增加到245mm，提高了0.4倍。ACCC/TW導線的弧垂變化量僅為常規(guī)鋼芯鋁絞線的1/6。溫度越往上升，ACCC/TW導線的弧垂變化量越小，基本不增加。
可見，碳纖維復合芯導線與常規(guī)鋼芯鋁絞線相比具有顯著的低弧垂特性。能減少架空線走廊的交跨絕緣距離，提高運行安全和可靠性。
4.1.3 重量輕
復合材料芯比重僅1.9/cm3，為傳統(tǒng)鋼芯的1/4。
本文來自123
本次選擇的Linnet431型的碳纖維復合芯導線，直徑18.29mm，與原LGJ-185鋼芯鋁絞線19.02mm接近，單位長度重量653kg/km，小于原LGJ-185導線774kg/km。但鋁面積達218mm2，與原LGJ-185導線(鋁面積182.4mm2)相比，單位鋁截面積對應(yīng)導線重量為常規(guī)鋼芯鋁絞線的70%。
自重的減輕可使導線荷載減少約25%。重量輕和低弧垂的特性可以降低桿塔高度，減輕鐵塔結(jié)構(gòu)強度要求，節(jié)省線路綜合造價。
4.1.4 碳纖維復合芯導線單絲性能表
4.1.5 碳纖維合成芯導線參數(shù)表
4.1.6 ACCC/TW導線的應(yīng)力—應(yīng)變特性
根據(jù)應(yīng)力—應(yīng)變特性試驗的結(jié)果，測試出：
l 導線的最終彈性模數(shù)平均值為66.3 GPa;
l 碳纖維復合芯的最終彈性模數(shù)平均值為113.3GPa
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繪制出導線應(yīng)力—應(yīng)變曲線見下圖。
圖4.1.6 ACCC/TW導線應(yīng)力—應(yīng)變曲線圖
4.1.7 ACCC/TW導線的蠕變特性
蠕變試驗的結(jié)果，得出以下蠕變方程式:
繪制出蠕變曲線見下圖。
圖4.1.7 ACCC/TW導線蠕變曲線圖
對導線架設(shè)后的塑性伸長，仍可采用降溫法來補償?？紤]補償初伸長的等效溫度用公式 Δt e = ε e /α 近似計算，降溫值為25～30℃。
4.2 導線耐熱性能的研究
ACCC/TW導線外層鋁導體為耐高溫退火鋁，200℃下能有效運行，常規(guī)鋼芯鋁絞線使用溫度極限最大100℃。對碳纖維復合芯的耐熱性能檢驗，經(jīng)熱老化試驗，芯的耐熱性能如下表。
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表4.2.1 碳纖維復合芯熱老化試驗值表
結(jié)果表明，碳纖維復合芯經(jīng)過不同加熱溫度和不同加熱時間后，恢復正常溫度后，芯仍能保持不小于90%計算拉斷力的拉力。
根據(jù)前述，整根ACCC導線高溫拉力試驗的情況，ACCC導線在140℃高溫下，能夠保持不小于計算拉斷力的拉力。
表4.2.2 ACCC/TW導線高溫下拉力試驗值表
經(jīng)分析，由于復合芯的熱膨脹系數(shù)比外層軟鋁線的熱膨脹系數(shù)小的多，在140℃高溫下，所有拉力都加載在復合芯上，所以高溫下導線的拉力與復合芯的拉力基本一致。
當溫度達到160℃，ACCC導線高溫拉斷力下降為計算拉斷力的88%，隨著溫度的進一步上升，拉斷力下降得較多，核算高溫運行時的導線安全系數(shù)是十分必要的，最重要的是恢復常溫后仍能保持滿足要求的拉斷力，以確保氣象控制條件下導線的安全系數(shù)。
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4.3 導線載流特性的研究
4.3.1 載流截面分析
碳纖維復合芯采用合成碳纖維，全部都是非鐵磁性材料，而且不導電，所以不存在鋼絲材料引起的磁損和渦流損耗，在輸送相同負荷條件下，具有更低的運行溫度，可減少輸電損失約6%。外層采用導電率不小于63%IACS的鋁線。
本此采用的 ACCC/TW-Linnet431型導線，外徑18.29mm，比原LGJ-185鋼芯鋁絞線19.02mm還小，鋁線絞制成梯型(如下圖剖面圖)，增加了單位面積導電能力。碳纖維復合芯導線的鋁面積218mm2，原LGJ-185導線的182.4mm2，載流鋁截面前者比后者多20%，載流能力大大增加。
圖4.3.1 ACCC/TW- Linnet導線剖面圖
由于鋁截面增大和提高導線工作溫度，導線的綜合載流量理論上可提高至2倍。
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4.3.2 在無風、無日照和自然對流條件下，實驗室測試數(shù)據(jù)見下表。
表4.3.2 無風、無日照和自然對流條件下載流量試驗數(shù)據(jù)
4.3.3.2. 環(huán)境條件Ⅱ(IEC 61597-1995推薦計算參數(shù)下)載流量計算值
基準條件： 風速 1.0 m/s
日照強度 900 W/m2
導體表面吸收系數(shù) 0.5
導體輻射系數(shù) 0.6
環(huán)境溫度 20～45 ℃ 請
導體工作溫度 70～150 ℃
表4.3.3.2 環(huán)境條件Ⅱ下ACCC/TW-Linnet431的載流量
4.3.4 線路輸送能力分析
根據(jù)前面的耐熱性能和載流特性的分析，本次應(yīng)用的ACCC-Linnet431導線，長期允許工作溫度宜控制在140℃，按夏季最高環(huán)境溫度40℃，最大允許工作電流宜控制在837A，隨季節(jié)變化，環(huán)境溫度的降低，可適當提高最大允許工作電流，參考上表4.3.3.1。
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