1、蚁膈薀薁肀膇芀蒄羆膇莂蚀袂膆蒅蒂螈膅膄蚈蚄芄芇蒁羃芃荿蚆衿节蒁葿螄芁芁蚄螀芁莃薇聿芀蒆螃羅艿薈薆袁芈芇螁螇袅莀薄蚃羄蒂蝿羂羃膂薂袈羂莄螈袄羁蒆蚀螀羀蕿蒃肈罿芈虿羄罿莁蒂袀羈蒃蚇螆肇膃蒀蚂肆芅蚅羁肅蒇蒈羇肄薀螄袃肃艿薆蝿肃莂螂蚅肂蒄薅羃膁膃螀衿膀芆薃螅腿莈螈蚁膈薀薁肀膇芀蒄羆膇莂蚀袂膆蒅蒂螈膅膄蚈蚄芄芇蒁羃芃荿蚆衿节蒁葿螄芁芁蚄螀芁莃薇聿芀蒆螃羅艿薈薆袁芈芇螁螇袅莀薄蚃羄蒂蝿羂羃膂薂袈羂莄螈袄羁蒆蚀螀羀蕿蒃肈罿芈虿羄罿莁蒂袀羈蒃蚇螆肇膃蒀蚂肆芅蚅羁肅蒇蒈羇肄薀螄袃肃艿薆蝿肃莂螂蚅肂蒄薅羃膁膃螀衿膀芆薃螅腿莈螈蚁膈薀薁肀膇芀蒄羆膇莂蚀袂膆蒅蒂螈膅膄蚈蚄芄芇蒁羃芃荿蚆衿节蒁葿螄芁芁蚄螀芁莃薇聿芀蒆螃
2、羅艿薈薆袁芈芇螁螇袅莀薄蚃羄蒂蝿羂羃膂薂袈羂莄螈袄羁蒆蚀螀羀蕿蒃肈罿芈虿羄罿莁蒂袀羈蒃蚇螆肇膃蒀蚂肆芅蚅羁肅蒇蒈羇肄薀螄袃肃艿薆蝿肃莂螂蚅肂蒄薅羃膁膃螀衿膀芆薃螅腿莈螈蚁膈薀薁肀膇芀蒄羆膇莂蚀袂膆蒅蒂螈膅膄蚈蚄芄芇蒁羃芃荿蚆衿节蒁葿螄芁芁蚄螀芁莃薇聿芀蒆螃羅艿薈薆袁芈芇螁螇袅莀薄蚃羄蒂蝿羂羃膂薂袈羂莄螈袄羁蒆蚀螀羀蕿蒃肈罿芈虿羄罿莁蒂袀羈蒃蚇螆肇膃蒀蚂肆芅蚅羁肅蒇蒈羇肄薀螄袃肃艿薆蝿肃莂螂蚅肂蒄薅羃膁膃螀衿膀芆薃螅腿莈螈蚁膈薀薁肀膇芀蒄羆膇莂蚀袂膆蒅蒂螈膅膄蚈蚄芄芇蒁羃芃荿蚆衿节蒁葿螄芁芁蚄螀芁莃薇聿芀蒆螃羅艿薈薆袁芈芇螁螇袅莀薄蚃羄蒂蝿羂羃膂薂袈羂莄螈袄羁蒆蚀螀羀蕿蒃肈罿芈虿羄罿莁蒂袀羈蒃蚇
3、螆肇膃蒀蚂肆芅蚅羁肅蒇蒈羇肄薀螄袃肃艿薆蝿肃莂螂蚅肂蒄薅羃膁膃螀衿膀芆薃螅腿莈螈蚁膈薀薁肀膇芀蒄羆膇莂蚀袂膆蒅蒂螈膅膄蚈蚄芄芇蒁羃芃荿蚆衿节蒁葿螄芁芁蚄螀芁莃薇聿芀蒆螃羅艿薈薆袁芈芇螁螇袅莀薄蚃羄蒂蝿羂羃膂薂袈羂莄螈袄羁蒆蚀螀羀蕿蒃肈罿芈虿羄罿莁蒂袀羈蒃蚇螆肇膃蒀蚂肆芅蚅羁肅蒇蒈羇肄薀螄袃肃艿薆蝿肃莂螂蚅肂蒄薅羃膁膃螀衿膀芆薃螅腿莈螈蚁膈薀薁肀膇芀蒄羆膇莂蚀袂膆蒅蒂螈膅膄蚈蚄芄芇蒁羃芃荿蚆衿节蒁葿螄芁芁蚄螀芁莃薇聿芀蒆螃羅艿薈薆袁芈芇螁螇袅莀薄蚃羄蒂蝿羂羃膂薂袈羂莄螈袄羁蒆蚀螀羀蕿蒃肈罿芈虿羄罿莁蒂袀羈蒃蚇螆肇膃蒀蚂肆芅蚅羁肅蒇蒈羇肄薀螄袃肃艿薆蝿肃莂螂蚅肂蒄薅羃膁膃螀衿膀芆薃螅腿莈螈蚁膈薀薁
4、肀膇芀蒄羆膇莂蚀袂膆蒅蒂螈膅膄蚈蚄芄芇蒁羃芃荿蚆衿节蒁葿螄芁芁蚄螀芁莃薇聿芀蒆螃羅艿薈薆袁芈芇螁螇袅莀薄蚃羄蒂蝿羂羃膂薂袈羂莄螈袄羁蒆蚀螀羀蕿蒃肈罿芈虿羄罿莁蒂袀羈蒃蚇螆肇膃蒀蚂肆芅蚅羁肅蒇蒈羇肄薀螄袃肃艿薆蝿肃莂螂蚅肂蒄薅羃膁膃螀衿膀芆薃螅腿莈螈蚁膈薀薁肀膇芀蒄羆膇莂蚀袂膆蒅蒂螈膅膄蚈蚄芄芇蒁羃芃荿蚆衿节蒁葿螄芁芁蚄螀芁莃薇聿芀蒆螃羅艿薈薆袁芈芇螁螇袅莀薄蚃羄蒂蝿羂羃膂薂袈羂莄螈袄羁蒆蚀螀羀蕿蒃肈罿芈虿羄罿莁蒂袀羈蒃蚇螆肇膃蒀蚂肆芅蚅羁肅蒇蒈羇肄薀螄袃肃艿薆蝿肃莂螂蚅肂蒄薅羃膁膃螀衿膀芆薃螅腿莈螈蚁膈薀薁肀膇芀蒄羆膇莂蚀袂膆蒅蒂螈膅膄蚈蚄芄芇蒁羃芃荿蚆衿节蒁葿螄芁芁蚄螀芁莃薇聿芀蒆螃羅艿薈薆
5、袁芈芇螁螇袅莀薄蚃羄蒂蝿羂羃膂薂袈羂莄螈袄羁蒆蚀螀羀蕿蒃肈罿芈虿羄罿莁蒂袀羈蒃蚇螆肇膃蒀蚂肆芅蚅羁肅蒇蒈羇肄薀螄袃肃艿薆蝿肃莂螂蚅肂蒄薅羃膁膃螀衿膀芆薃螅腿莈螈蚁膈薀薁肀膇芀蒄羆膇莂蚀袂膆蒅蒂螈膅膄蚈蚄芄芇蒁羃芃荿蚆衿节蒁葿螄芁芁蚄螀芁莃薇聿芀蒆螃羅艿薈薆袁芈芇螁螇袅莀薄蚃羄袅膂莄莅薄羅莀莅螇芀芆莄衿肃膂莃羁袆蒁莂蚁肁莇莁螃袄芃蒀袆肀腿蒀薅袂肅葿蚈肈蒃蒈袀袁荿蒇羂膆芅蒆蚂罿膁蒅螄膅肇蒄袆羇莆薄薆膃节薃蚈羆膈薂螁膁膄薁羃肄蒃薀蚃袇荿蕿螅肂芅薈袇袅膁薈薇肁肇蚇虿袃莅蚆螂聿芁蚅袄袂芇蚄蚄膇膃蚃螆羀蒂蚂袈膅莈蚂羀羈芄蚁蚀膄膀莇螂羇肆莆袅膂莄莅薄羅莀莅螇芀芆莄衿肃膂莃羁袆蒁莂蚁肁莇莁螃袄芃蒀袆肀腿蒀薅袂
6、肅葿蚈肈蒃蒈袀袁荿蒇羂膆芅蒆蚂罿膁蒅螄膅肇蒄袆羇莆薄薆膃节薃蚈羆膈薂螁膁膄薁羃肄蒃薀蚃袇荿蕿螅肂芅薈袇袅膁薈薇肁肇蚇虿袃莅蚆螂聿芁蚅袄袂芇蚄蚄膇膃蚃螆羀蒂蚂袈膅莈蚂羀羈芄蚁蚀膄膀莇螂羇肆莆袅膂莄莅薄羅莀莅螇芀芆莄衿肃膂莃羁袆蒁莂蚁肁莇莁螃袄芃蒀袆肀腿蒀薅袂肅葿蚈肈蒃蒈袀袁荿蒇羂膆芅蒆蚂罿膁蒅螄膅肇蒄袆羇莆薄薆膃节薃蚈羆膈薂螁膁膄薁羃肄蒃薀蚃袇荿蕿螅肂芅薈袇袅膁薈薇肁肇蚇虿袃莅蚆螂聿芁蚅袄袂芇蚄蚄膇膃蚃螆羀蒂蚂袈膅莈蚂羀羈芄蚁蚀膄膀莇螂羇肆莆袅膂莄莅薄羅莀莅螇芀芆莄衿肃膂莃羁袆蒁莂蚁肁莇莁螃袄芃蒀袆肀腿蒀薅袂肅葿蚈肈蒃蒈袀袁荿蒇羂膆芅蒆蚂罿膁蒅螄膅肇蒄袆羇莆薄薆膃节薃蚈羆膈薂螁膁膄薁羃肄蒃薀蚃袇
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8、虑应用新型碳纤维复合芯导线，提高电网的输送能力。1.2 国内外技术现状 我国是个缺电的国家，输电线路已不堪承受传输容量快速扩容的需求，由于过负荷造成的停电、断电故障频频发生，电力传输成为电力工业发展的“瓶颈”，各国均在研究新型架空输电路用导线，以取代传统的钢芯铝绞线。 目前世界上只有美国、日本、韩国开发出新型殷钢芯倍容量导线和新型合成导线，国内的产品研制和应用开始起步。碳纤维合成芯导线在国外的应用不长，美国 CTC 公司生产的 ACCC 碳纤维合成导线于 2004 年 8 月开始试用和运行，国内运行经验还较少。 1.3 项目主要研究内容 结合常州电网现状，分析一些老线路的公司技改、基建和业扩工
9、程，选择在现有导线截面小且需增容的线路上试用新型碳纤维合成芯导线，在不改变现有路径、通道的情况下，既要大幅度提高线路输送容量，又要确保线路的安全运行。同时进行相关经济比较，用较少的投资取得理想的效益。 从节能、降低成本、增加输送容量、提高电网安全运行等方面综合看，推广应用具有很大的经济和社会效益。有助于构造安全、环保、高效节约型输电网络。 1.4 项目技术原理 碳纤维复合芯导线(ACCC)，采用高性能碳纤维复合材料作为导线芯材，具有强度高、重量轻、膨胀系数小、耐腐蚀和耐高温等特点。 (1)强度高。用碳纤维复合芯替代传统的钢芯，抗拉强度是一般钢丝的 1.9 倍，允许提高杆塔间的跨距，以降低工程成
10、本。 (2)线膨胀系数小，弧垂小。复合材料芯线膨胀系数仅为钢芯的 1/8。在相同的实验条件下，随着温度的上升，导线弧垂变化量仅为常规钢芯铝绞线的 9.6%，高温下弧垂增量不到钢芯铝绞线的 1/10，减少架空线交跨距离。 (3)重量轻。复合材料芯比重为传统钢芯的 1/4，ACCC 导线单位长度重量约为常规钢芯铝绞线的 6080%，自重的减轻可使导线荷载减少约 25%。 重量轻和低弧垂的特性可以降低杆塔高度，减轻铁塔结构强度要求，节省线路综合造价。 (4)导电率高，载流量大，运行温度高。 ACCC 导线的合成碳纤维芯是非铁磁性材料，不存在磁损和涡流损耗。与钢芯铝绞线相比，在相同外径时，复合芯铝绞线
11、允许缠绕超过 28%截面积的铝线。ACCC 导线外层采用导电率不小于 63%IACS 的铝线，铝导体为耐高温退火铝，200下能有效运行，常规钢芯铝绞线使用温度极限最大 100。 由于铝截面增大和提高导线工作温度，导线的综合载流量理论上可提高至 2 倍。 图 1.4.4 ACCC 导线与钢芯铝绞线的断面比较图 (5)耐腐蚀性能好。 ACCC 导线的复合芯由玻璃纤维绝缘材料制成，具有较高的耐腐蚀性能，与铝线之间接触也不存在电腐蚀问题，可以解决长期运行中的腐蚀问题。 1.5 项目研究目标 应用新型合成导线，能够利用现有杆塔等设施，成倍地大幅度提高传输容量，减少传输中电力的损耗，同时可以减少土地资源、
12、有色金属资源等消耗。为研究其特性，积累使用和运行经验，本项目开展碳纤维合成芯导线的应用和研究。 2 研究方法和技术方案 2.1 项目研究方法 对常州电网中部分输送能力不足、改造困难的线路，应用碳纤维复合芯导线。 选择在现有导线截面小且需增容的线路上试用碳纤维合成芯导线，在不改变现有路径、通道的情况下，既要大幅度提高线路输送容量，又要确保线路的安全运行。同时进行相关经济比较，用较少的投资取得理想的效益。 项目的研究拟通过以下几个方面来开展： (1) 研究导线的机械力学特性，重新校核线路平断面，保证安全距离; (2) 研究导线的载流特性，确定线路的最大允许工作电流，核算线路在电网各种特殊运行方式下
13、的过负荷能力; (3) 分析导线的弧垂与温度、应力、代表档距的对应变化关系; (4) 导线架线施工和安装的特殊工艺; (5) 研究各种特殊金具的配置; (6) 进行带负荷运行调试，分析线路运行特殊要求; (7) 进行相关经济比较。 2.2 项目应用实施方案 根据电网规划及运行情况，选定现有导线截面小且需增容的线路之一“110kV 常白线”上试用，在不改变现有路径通道、不对杆塔进行改造的情况下，更换为 ACCC 碳纤维复合芯导线。 常白线上现状接 2 个 110kV 变电所，分别是：110kV 采菱变，2x50MVA 主变;110kV 工业园变，2x50MVA 主变。另原先还接有 110kV 湖
14、塘变(2x40MVA)，因输送容量不足，现已临时断开。 图 2.2 改造前 110kV 常白线接线图 原 LGJ-185 导线只能满足带一个变电所 2 台主变的要求，遇故障或检修，带 3 台50MVA 主变，需输送 787A，LGJ-185 导线就已不能承担。导线输送容量的限制给电网运行方式的灵活调整带来困难。 主线段线路已运行有 20 多年，通道复杂，线下房屋密集，原通道改造(换塔换大导线)很困难。该现状很适合应用碳纤维复合芯导线。 原线路导线均为 LGJ-185。按最高允许温度+70、基准环境温度+25时，长期允许载流量 510A，按照常州地区最高环境温度+40校正后为 435A，允许输送
15、容量为82900kW。 表 2.2.1 现状线路输送容量表 2.2.2 改造后拟达到输送容量增容改造实施：将常州变出线前段架空线的主线原 LGJ-185 导线更换为 ACCC 导线，长度 1.8km。 2.3 项目实施成果 1、完成 110kV 常白线更换 ACCC 导线的设计和安装;2、对所选的 ACCC 导线进行各项机械和电气性能试验; 3、进行线路运行加负荷调试试验; 4、开展 ACCC 导线耐高温、大载流量、低弧垂等方面性能的研究。 3 项目研究和实施过程 3.1 线路前期设计阶段 3.1.1 收集碳纤维复合芯导线的技术资料，研究其机械特性、电气特性。部分规格的导线已由上海电缆研究所进
16、行了试验，现有资料的部分参数参考美国 CTC公司提供的数据。本项目选定型号的 ACCC/TW 导线另外进行多项机械及电气性能试验。 3.1.2 结合原线路资料，重新测定线路平断面，掌握交叉跨越情况。 110kV 常白线主线段从 220kV 常州变常白线采菱支接塔，长度 1.8 公里，杆塔均为双回路(与 110kV 遥常线同杆架设)，10 基杆塔，为钢管杆和铁塔混合线路。全线平均档距210 米，最大档距 289 米。 设计时，全线重新测量了平断面，详细掌握各类交叉跨越情况。线路经过地区现为城区，下面房屋较多，交跨复杂，线路交叉跨越建筑物、电力线、通信线、城市道路等共 42次。 3.1.3 确定导
17、线的型式截面、安全系数及应力、弧垂计算。 根据原杆塔设计条件和线路交跨情况，初步确定导线的选型和截面匹配，确定合适的安全系数、最大使用张力。拟选择 Linnet431 型(218mm2)截面的碳纤维复合芯导线，直径(18.29mm)和单位长度重量(653kg/km)均不大于原 LGJ-185 导线的直径(19.02mm)和单位长度重量(774kg/km)。导线的安全系数取 3.5，最大使用张力 20.7kN，不超过现有杆塔使用条件(23.0kN)。导地线安全系数、最大使用应力及平均使用应力见下表。 表 3.1.3.1 导地线安全系数及设计张力型 号 最大使用张力 平均运行张力 安全系数原 LG
18、J-185 20953 N 15715 N 3.0ACCC/TW-Linnet43120703 N15941 N（22%RTS）3.5新架导线的弧垂最高气温时不超过原导线弧垂，确保现有的各种交叉跨越设施均满足安全限距的要求。这些条件保证主线段所有杆塔均不需进行改造，得以充分利用。 碳纤维复合芯导线的铝面积 218 平方米，大于原 LGJ-185 导线 182.4 平方米的铝面积，载流能力大大增加。下表反映了本次选定的碳纤维复合芯导线与原导线参数的对比情况。 表 3.1.3.2 碳纤维复合芯导线与原导线参数对比表项 目 ACCC/TW-Linnet431 LGJ-185 单丝根数(芯铝) 1 1
19、6 7 28 直 径 (mm) 18.29 19.02 单位重量 (kg/m) 655 774 综合截面 (mm2) 246.6 216.76 铝截面(mm2) 218.4 182.4 计算拉断力 (kN) 72.46 61.6 设计安全系数 3.5 3 最大使用张力(kN) 20.70 20.95 平均运行张力(kN) 15.94 15.72 20直流电阻(/km) 0.128 0.163 最高允许温度() 200 70 根据导线的线膨胀系数与温度、应力的对应变化关系，分析导线机械特性，进行应力、弧垂计算，架线施工张力弧垂计算。 3.1.4 配合适的金具、附件 本工程 ACCC/TW 导线所
20、用耐张线夹，为专用配套的耐热型线夹，内层不锈钢，外层铝合金。根据导线发热特性，选择专用的 ACCC/TW 导线配套耐热型耐张线夹。配置合适的悬垂金具和耐热型预绞丝护线条，合理组合附件安装。导线的耐张线夹、引流板为 ACCC/TW 导线配套的专用线夹，预绞丝护线条、T 接线夹等有南京线路器材厂专门设计。 3.2 安装施工阶段 3.2.1 施工技术准备 本线路采用张力展放导线。架线前检查各施工段的平断面图、明细表等,认真对施工场地进行调查、熟悉交叉跨越情况。合理布置张力场和牵引场的位置。对导、地线连接管及耐张管进行检验性压接试验。架线作业指导书经审批，架线前进行技术交底。进行牵、张场预选，本工程分
21、为二牵，从 110kV 常白线 G1 电缆终端塔G8 支接塔为第一牵，从 G8 支接塔G10 支接塔的架空主线部分为第二牵。 表 3.2.1 牵、张场预选表序号 牵、张场 现场桩号 控制桩号 放线段长 度（m） 导线盘长 （m）1 牵引场 G1 电缆终端塔 G1G8 1410 1510张力场 G8 支接塔2 牵引场 G10 支接塔、G8 支接塔 G8G10 390 4203.2.2 架线 架线前调查清楚沿线的交叉跨越等障碍物，进行线路通道清理。根据现场情况搭设跨越架,安装防磨滚筒。 选择和布置牵张场。采用一台牵引机、一台张力机进行导线展放施工，一牵一展放方式。为了避免 ACCC 导线与原线路旧
22、导线之间的磨碰。本工程利用原线路 LGJ-185 导线作为牵引绳张力展放 ACCC 导线。 下面是几张现场安装图片。3.2.3 其他安装 进行紧线和挂线施工，弧垂调整，导、地线液压，附件安装，导线跳线安装等。于2006 年 11 月完成 110kV 常白线增容改造 ACCC 导线的安装施工，并投入运行。3.3 导线性能试验3.3.1 专项性能试验 对本项目采用的 Linnet431 规格 ACCC/TW 导线专门委托上海电缆研究所开展了以下 8项性能试验。 3.3.1.1 导线握力试验(常温) 试验目的：测试 ACCC/TW 导线安装专用楔型线夹后的握着力。 试验结果： 无中间接续的试样，握力
23、试验结果为 81.4kN; 有中间接续的试样，握力试验结果为 81.0kN。 证明 ACCC/TW 导线安装专用楔型线夹后的握力满足不小于 90%计算拉断力(72.46kN)的要求。 3.3.1.2 导线高温(140200)拉力试验 试验目的：测试 ACCC/TW 导线在高温条件下的总拉力。 试验结果： ACCC/TW 导线试样在 140高温通电加热 3 小时后，直接做拉力试验，高温拉断力为 74.6kN，与计算拉断力相比没有损失;160高温通电加热 3 小时后，高温拉断力下降为 64.0kN，为计算拉断力(72.46kN)的 88%;180高温通电加热 3 小时后，高温拉断力下降为 56.8
24、kN，为计算拉断力(72.46kN)的 78%;在 200高温通电加热 38 小时后，直接做拉力试验，高温拉断力下降为 4850kN，约为计算拉断力(72.46kN)的 66%69%。 这个结果说明，ACCC/TW 在 160高温以上，拉断力距不小于 90%计算拉断力的要求有一定的损失，随着温度上升，损失逐步加大。 3.3.1.3 导线应力应变试验 试验目的：测定 ACCC/TW 导线的应力应变特性。 试验结果： 导线的最终弹性模数平均值为 66.3 GPa; 碳纤维复合芯的最终弹性模数平均值为 113.3 GPa; 绘制出导线应力应变曲线图。 3.3.1.4 导线热膨胀试验 信 试验目的：测
25、定 ACCC/TW 导线的热膨胀系数。 试验结果：(试样长度 50 米) 拐点温度(80左右)以下该导线实测线膨胀系数为 13.010-6(1/); 拐点温度(80左右)以上该导线实测线膨胀系数为 1.6510-6(1/)。 3.3.1.5 导线弧垂特性试验 试验目的：用以评估 ACCC/TW 导线在实验室条件下的高温弧垂特性。 试验结果：测量导线弧垂和张力随温度变化的情况，分别绘制出该 ACCC/TW 导线在加载不同初始张力(15%RTS、25%RTS、35%RTS)下的弧垂温升曲线和张力温升曲线。 3.3.1.6 导线蠕变试验 试验目的：确定 ACCC/TW 导线的蠕变特性。 试验结果：
26、得出蠕变方程式;计算出在 15%、25%和 35%的张力下 10 年(87600 小时)后的蠕变量; 绘制出蠕变曲线。 3.3.1.7 碳纤维复合芯耐热性能检验 试验目的：测试碳纤维复合芯的耐热性能。 试验结果：碳纤维复合芯经过不同加热温度和不同加热时间后的拉力结果，芯仍能保持合适的拉力(未加热时的 90%以上)。 3.3.1.8 导线载流量测试及计算 试验目的：测试 ACCC/TW 导线在实验室条件下的载流量;计算 ACCC 导线在不同环境条件下的载流量。 试验结果：测出无风、无日照和自然对流条件的实验室测试数据; 计算得出导线载流量的理论计算数据表(分别为在国内常用参数条件下和在 IEC6
27、1597-1995 推荐的参数条件下)。 分析：与钢芯铝绞线相比，ACCC/TW 导线得载流量有比较明显得提高，而且导线允许得使用温度更高(最高 200)以及具有低弧垂的特性，因此，ACCC/TW 导线载流能力有明显优势。 3.3.2 借鉴的其他项目试验 借鉴其他规格的 ACCC/TW 导线已进行的试验有以下一些。 3.3.2.1 导线高温(150)拉力试验 试验目的：测试 ACCC/TW 导线在 150温度下的拉断力。 试验结果：在 150温度下，ACCC/TW 导线能够满足不小于计算拉断力的 90%。 分析：由于复合芯的热膨胀系数比外层软铝线的热膨胀系数小的多，在 150高温下，所有拉力都
28、加载在复合芯上，铝线由于热膨胀伸长量很大，基本不承受拉力，所以高温下导线的拉力与复合芯的拉力基本一致。 3.3.2.2 碳纤维复合芯盐雾腐蚀试验 试验目的：通过在强腐蚀气氛的腐蚀试验，评估碳纤维在自然条件下的耐腐蚀性能。 试验结果：试样表面完好，无可见腐蚀现象;试验前后试样重量基本没有变化。 证明碳纤维复合芯在 5%NaCl 盐雾气氛下 360h 试样无腐蚀。 3.3.2.3 导线及复合芯压扁试验 试验目的：测试 ACCC/TW 导线及碳纤维复合芯在一定的压力负荷作用下损坏程度;分别比较 ACCC/TW 导线与钢芯铝绞线和碳纤维复合芯与钢芯的抗压性能。 试验结果：在受控制的压力负荷作用下有一定
29、的变形，铝丝部分变形较大，碳纤维复合芯变形较小。 证明了 ACCC/TW 导体承受压力而不会产生严重损坏的能力，这种压力在 ACCC/TW 导线的正常处理、安装或运行中均可能遇到。 3.3.2.4 导线过滑轮试验 试验目的：验证线路张力放线对 ACCC/TW 导线的影响，包括表面是否存在损伤，线股是否存在松股、起灯笼现象，以及铝线强度是否有明显变化等。 试验结果：ACCC/TW 导线未见起灯笼现象，也未见明显松股，但软铝线表面有擦痕;过滑轮后铝单丝抗拉强度均在 6090MPa 范围内，铝线强度没有明显的提高。 3.3.2.5 导线微风振动疲劳试验 试验目的：评估线路的振动疲劳性能。 试验结果：
30、通过耐振疲劳试验。3 根试样分别经过 3x107 次连续振动疲劳试验后，对悬垂线夹处的导线进行拆股观察，未见有任何开裂断股现象。 3.3.2.6 导线的电晕及无线电干扰试验 试验目的：测试 ACCC/TW 导线的电晕熄灭电压和无线电干扰电压;比较型线与圆线在电晕及无线电干扰的水平。试验结果：复合芯梯形单线同芯层铝导线 ACCC/TW 与钢芯铝绞线 LGJ 的可见电晕和无线电干扰电压试验结果基本一致，钢芯铝绞线略优于复合芯梯形单线同芯层铝导线，两者均满足 220kV 输电线路的运行要求。 3.4 导线运行调试试验 3.4.1 加负荷试验方式下现场的接线 为掌握实际运行中的 ACCC 导线载流性能
31、和弧垂特性，拟将电网按以下形式改接，临时接入 110kV 湖塘变，试验结束后再断开。预计最大负荷约 15 万 kW 左右。 试验时间：冬季 2006 年 12 月 20 日; 夏季 2007 年 8 月 15 日。 图 3.4.1 负荷试验方式下现场接线图 3.4.2 线路巡视复查 为保证调试成功，运行单位线路工区组织一次特殊巡视，对 110kV 常白线主线段各处的导线、绝缘子、杆塔状况、通道情况、交叉跨越情况等再做一次复查，及时消除不安全因素。为保证两条线路搭接顺利，线路工区负责对 110kV 常白线#1#27原#36 段相位进行现场复核，武进供电公司负责对 110kV 滆湖线#22湖塘变滆
32、湖变段相位进行现场复核，确保线路接通时相位一致。 3.4.3 运行方式调整过程 、8：30 110kV 常白 7550 线、滆湖 7731 线临时搭通工作结束后，线路工区梁整民向调度汇报：110kV 常白 7550 线、滆湖 7731 线已临时搭通，保证相位正确，线路可以送电。 、拆除 110kV 常白 7550 线、滆湖 7731 线各侧接地线。 、常州变：常白线 713 开关转为副母运行。 、调度通知测试现场指挥：110kV 常白 7550 线准备带负荷。 、采菱变：由芳采线合环调常白线供电，芳采线 712 开关转为热备用(自投启用)。、武调： 工业园变：合环调常白线供电，遥工线转为备用
33、(自投启用)。 湖塘变：合环调滆湖线供电，武湖线转为备用(自投启用)。 、调度通知测试现场指挥：110kV 常白 7550 线已带全部负荷、测试工作结束后由现场指挥向调度汇报：110kV 常白 7550 线带负荷测试工作结束，110kV 常白 7550 线、滆湖 7731 线可以停电，拆开临时搭头线。 、线路搭头拆开后，调度恢复正常运行方式。 3.4.4 现场测试工作 3.4.4.1 测试时间 冬季试验：2006 年 12 月 20 日，上午 9：00 下午 16：00。 夏季试验：2007 年 8 月 15 日，上午 9：00 下午 16：00。 3.4.4.2 现场测量内容 选定代表性两档
34、，按照不同时间段负荷和电流的变化情况，进行 ACCC/TW 导线弧垂和温度的跟踪测量。 第 1 档： #5# 6，档距 289 米; 第 2 档： #9#10;档距 195 米。 测温设备：红外热像仪。 测高设备：全站仪、激光测高仪。 另外，对以下附件相应进行测温，以观测附件的温升变化：A 处：#5 塔导线悬垂线夹;B 处：#10 支接塔，主线 ACCC 耐张线夹、工业园侧 LGJ-300/25 导线耐张线夹、采菱侧LGJ-185 导线耐张线夹; C 处：#1 终端塔，电缆接线端子、LGJ-185 导线。 3.4.4.3 相关测试记录举例 例：测量档号： #5 #6。 (1)冬季试验：测量档距
35、 289 米;环境气温：上午阴 5，下午阴 10。 表 3.4.4.3-1 冬季试验现场监测记录时 间 电流值(A) 导线温度() 弧垂值(m) 10:10 10:20 10:30 10:45 10:55 11:0511:15 13:00 13:10 13:30 14:10 14:45 15:10 15:15 15:30 16:00 0 274.2 452.4 505.7 778.1 732.4 711.4 744.7 738.9737.7722.5 718.4 468.2 296.5213.9 0 5.0 6.1 7.9 14.9 32.5 30.8 35.6 46.7 46.9 48.7
36、44.1 40.4 21.6 17.5 12.1 9.2 4.06 4.28 4.44 5.17 6.55 6.49 6.62 6.84 6.85 6.86 6.826.80 6.02 5.75 4.62 4.16 (2)夏季试验：测量档距 289 米;环境气温：上午阴 28，下午晴 32。 表 3.4.4.3-2 夏季试验现场监测记录时 间 电流值(A) 导线温度() 弧垂值(m) 9:3010:00 10:30 10:5011:00 11:15 11:30 13:00 13:30 13:50 14:2014:4515:05 15:30 网 16:00543.8 560.8 755.9 74
37、0.7 708.4 685.6 646.3 743.0 765.8 781.7 788.1 795.7 421.3 591.2 282.4 32.0 32.2 49.8 49.3 51.8 51.1 47.4 49.4 51.4 56.0 56.4 56.8 38.6 42.4 30.5 6.59 6.62 6.88 6.85 6.92 6.87 6.75 6.87 6.88 6.96 6.97 6.98 6.63 6.70 6.55 经复核线路断面，温度变化下现有的各种交叉跨越设施均满足安全限距的要求。 4 研究成果和效益 4.1 导线机械性能的研究 碳纤维复合芯导线(ACCC)，采用高性能
38、碳纤维复合材料作为导线芯材来代替钢芯，与钢芯铝绞线相比，在相同的外径时，复合芯铝绞线允许缠绕超过 20%的导电铝线。机械性能上具有以下一些特点。4.1.1 强度高用碳纤维复合芯替代传统的钢芯，抗拉强度可达到 2399MPa，是一般钢丝(1240MPa)的1.9 倍。 抗拉强度的提高允许提高杆塔间的跨距，以降低工程成本。 4.1.2 线膨胀系数小，弧垂小 复合材料芯的线膨胀系数为 1.610-6(1/)。钢芯铝绞线一般为 2010-6。 经过热膨胀试验(试样长度 50 米)，测试出 ACCC/TW 导线的线膨胀系数 ： 拐点温度(80左右)以下为 13.010-6(1/); 拐点温度(80左右)
39、以上为 1.6510-6(1/)。 由于复合芯的热膨胀系数比外层软铝线的热膨胀系数小的多，在一定的温度(即拐点温度)以上，导线的所有机械张力都将由碳纤维复合芯来承受，此温度时铝导体部分的应力变为零。铝线由于热膨胀伸长量很大，基本不承受拉力，整根导线的热膨胀和弹性伸长取决于复合芯的热膨胀和伸长率。所以整个导线的热膨胀很小，线长变化很小，随着温度的上升，弧垂增加得很小。 下图是另一规格的 ACCC/TW-Drake1020 导线与直径相近的 LGJ-400/35 导线进行高温弧垂温升比较试验的曲线图(测试档距 50 米)。 图 4.1.3 两种绞线弧垂温升曲线比较图 可以分析出，在相同的实验条件下
40、，温度从 50上升到 130，LGJ-400/35 导线弧垂从 190mm 增加到 620mm，提高了 2.3 倍;ACCC/TW-Drake 导线弧垂从 175mm 增加到 245mm，提高了 0.4 倍。ACCC/TW 导线的弧垂变化量仅为常规钢芯铝绞线的 1/6。温度越往上升，ACCC/TW 导线的弧垂变化量越小，基本不增加。 可见，碳纤维复合芯导线与常规钢芯铝绞线相比具有显著的低弧垂特性。能减少架空线走廊的交跨绝缘距离，提高运行安全和可靠性。 4.1.3 重量轻 复合材料芯比重仅 1.9/cm3，为传统钢芯的 1/4。 本次选择的 Linnet431 型的碳纤维复合芯导线，直径 18.
41、29mm，与原 LGJ-185 钢芯铝绞线 19.02mm 接近，单位长度重量 653kg/km，小于原 LGJ-185 导线 774kg/km。但铝面积达218mm2，与原 LGJ-185 导线(铝面积 182.4mm2)相比，单位铝截面积对应导线重量为常规钢芯铝绞线的 70%。自重的减轻可使导线荷载减少约 25%。重量轻和低弧垂的特性可以降低杆塔高度，减轻铁塔结构强度要求，节省线路综合造价。 4.1.4 碳纤维复合芯导线单丝性能表 单丝性能 符号 碳纤维合成芯导线铝线 碳纤维芯直 径 mm 4.16 5.97强 度 N 805 70000导 电 率 IACS 63 0延 伸 率 2030线
42、密度 kg/dm3 2.703 1.935线膨胀系数 10-6/ 23 (0-200) 1.6 (15-200)4.1.5 碳纤维合成芯导线参数表 序号 参 数 符 号网 导线1 规格 Linnet 431kcmil2 标称截面 mm2 2183 铝线数量 16碳纤维芯数量 14 计算截面 mm2 246.4铝线 mm2 218.4碳纤维芯 mm2 285 碳纤维芯直径 mm 5.97整根导线直径 mm 18.296 导线质量 kg/km 655芯质量 kg/km 52备网 铝质量 kg/km 6037 额定强度 kN 72.468 弹性模量 MPa 66300 (拐点温度以下)12932 (
43、拐点温度以上) 9 线膨胀系数 10-6 1/ 13 (拐点温度以下)1.65 (拐点温度以上) 10 塑性及蠕变伸长 10-4 5.12（25%RTS）11 最小弯曲半径 mm 5494.1.6 ACCC/TW 导线的应力应变特性 根据应力应变特性试验的结果，测试出： l 导线的最终弹性模数平均值为 66.3 GPa; l 碳纤维复合芯的最终弹性模数平均值为 113.3GPa。绘制出导线应力应变曲线见下图。 n 信 图 4.1.6 ACCC/TW 导线应力应变曲线图 4.1.7 ACCC/TW 导线的蠕变特性 蠕变试验的结果，得出以下蠕变方程式: 绘制出蠕变曲线见下图。 图 4.1.7 AC
44、CC/TW 导线蠕变曲线图 对导线架设后的塑性伸长，仍可采用降温法来补偿。考虑补偿初伸长的等效温度用公式 t e = e / 近似计算，降温值为 2530。 4.2 导线耐热性能的研究 ACCC/TW 导线外层铝导体为耐高温退火铝，200下能有效运行，常规钢芯铝绞线使用温度极限最大 100。对碳纤维复合芯的耐热性能检验，经热老化试验，芯的耐热性能如下表。表 4.2.1 碳纤维复合芯热老化试验值表 试验温度() 试验时间 拉断力(kN) 与计算拉断力百分比 160 400 h 72.2 100% 180 400 h 67.7 93% 200 50 h 69.2 96% 200 200 h 68.
45、7 95% 200 400 h 66.6 92% 结果表明，碳纤维复合芯经过不同加热温度和不同加热时间后，恢复正常温度后，芯仍能保持不小于 90%计算拉断力的拉力。根据前述，整根 ACCC 导线高温拉力试验的情况，ACCC 导线在 140高温下，能够保持不小于计算拉断力的拉力。 表 4.2.2 ACCC/TW 导线高温下拉力试验值表 试验温度() 试验时间 拉断力(kN) 与计算拉断力百分比 140 3 h 74.6 100% 160 3 h 64.0 88% 180 3 h 56.8 78% 200 3 h 48.0 66% 经分析，由于复合芯的热膨胀系数比外层软铝线的热膨胀系数小的多，在
46、140高温下，所有拉力都加载在复合芯上，所以高温下导线的拉力与复合芯的拉力基本一致。 当温度达到 160，ACCC 导线高温拉断力下降为计算拉断力的 88%，随着温度的进一步上升，拉断力下降得较多，核算高温运行时的导线安全系数是十分必要的，最重要的是恢复常温后仍能保持满足要求的拉断力，以确保气象控制条件下导线的安全系数。 信息请登陆:输配电设备网 4.3 导线载流特性的研究 4.3.1 载流截面分析 碳纤维复合芯采用合成碳纤维，全部都是非铁磁性材料，而且不导电，所以不存在钢丝材料引起的磁损和涡流损耗，在输送相同负荷条件下，具有更低的运行温度，可减少输电损失约 6%。外层采用导电率不小于 63%
47、IACS 的铝线。 本此采用的 ACCC/TW-Linnet431 型导线，外径 18.29mm，比原 LGJ-185 钢芯铝绞线19.02mm 还小，铝线绞制成梯型(如下图剖面图)，增加了单位面积导电能力。碳纤维复合芯导线的铝面积 218mm2，原 LGJ-185 导线的 182.4mm2，载流铝截面前者比后者多 20%，载流能力大大增加。 图 4.3.1 ACCC/TW- Linnet 导线剖面图 由于铝截面增大和提高导线工作温度，导线的综合载流量理论上可提高至 2 倍。 信息4.3.2 在无风、无日照和自然对流条件下，实验室测试数据见下表。 表 4.3.2 无风、无日照和自然对流条件下载
48、流量试验数据 4.3.3.2. 环境条件(IEC 61597-1995 推荐计算参数下)载流量计算值 基准条件： 风速 1.0 m/s日照强度 900 W/m2导体表面吸收系数 0.5 导体辐射系数 0.6 环境温度 2045 导体工作温度 70150 表 4.3.3.2 环境条件下 ACCC/TW-Linnet431 的载流量4.3.4 线路输送能力分析 根据前面的耐热性能和载流特性的分析，本次应用的 ACCC-Linnet431 导线，长期允许工作温度宜控制在 140，按夏季最高环境温度 40，最大允许工作电流宜控制在 837A，随季节变化，环境温度的降低，可适当提高最大允许工作电流，参考
49、上表 4.3.3.1。 袃膀莃螆肅莆螁螆膈艿蚇螅芀蒄薃螄羀芇葿螃肂蒂莅袂膄芅蚄袁袄蒁薀袀羆芃蒆袀腿葿蒂衿芁莂螀袈羁膅蚆袇肃莀薂袆膅膃蒈羅袅莈莄羅羇膁蚃羄聿莇蕿羃节腿薅羂羁蒅蒁羁肄芈螀羀膆蒃蚆罿芈芆薂聿羈蒂蒈蚅肀芄莄蚄膃蒀蚂蚃羂芃蚈蚂肅薈薄蚂膇莁蒀蚁艿膄蝿蚀罿荿蚅虿肁膂薁螈膃莈蒇螇袃膀莃螆肅莆螁螆膈艿蚇螅芀蒄薃螄羀芇葿螃肂蒂莅袂膄芅蚄袁袄蒁薀袀羆芃蒆袀腿葿蒂衿芁莂螀袈羁膅蚆袇肃莀薂袆膅膃蒈羅袅莈莄羅羇膁蚃羄聿莇蕿羃节腿薅羂羁蒅蒁羁肄芈螀羀膆蒃蚆罿芈芆薂聿羈蒂蒈蚅肀芄莄蚄膃蒀蚂蚃羂芃蚈蚂肅薈薄蚂膇莁蒀蚁艿膄蝿蚀罿荿蚅虿肁膂薁螈膃莈蒇螇袃膀莃螆肅莆螁螆膈艿蚇螅芀蒄薃螄羀芇葿螃肂蒂莅袂膄芅蚄袁袄蒁薀袀羆芃蒆袀腿葿蒂衿芁莂螀袈羁膅蚆袇肃莀薂袆膅膃蒈羅袅莈莄羅羇膁蚃羄聿莇蕿羃节腿薅羂羁蒅蒁羁肄芈螀羀膆蒃蚆罿芈芆薂聿羈蒂蒈蚅肀芄莄蚄膃蒀蚂蚃羂芃蚈蚂肅薈薄蚂膇莁蒀蚁艿膄蝿蚀罿荿蚅虿肁膂薁螈膃莈蒇螇袃膀莃螆肅莆螁螆膈艿蚇螅芀蒄薃螄羀芇葿螃肂蒂莅袂膄芅蚄袁袄蒁薀袀羆芃蒆袀腿葿蒂衿芁莂螀袈羁膅蚆袇肃
