碳纖維導線跨江架線施工技術的探討

黃鵬賢 陳 強

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碳纖維導線跨江架線施工技術的探討

黃鵬賢 陳 強

福建省第二電力建設公司

碳纖維復合芯導線是一種節能型增容導線，其加強芯由特高強度碳纖維合成的芯棒替代傳統的鋼芯和鋼絞線，外層鋁采用定形鋁絞合而成。在相同導體截面的情況下，相對于傳統鋼芯鋁絞線，能輸送更多電能理想的一種新型導線。碳纖維導線施工是一項新技術、新工藝，我們按照廠家提供的相關資料和施工技術規范，著重強調碳纖維導線架線施工關鍵點、特殊要求以及專用工具的使用，總結出行之有效的施工方法，以提高施工質量和工藝水平。

碳纖維導線 舊線牽新線 張力放線 反壓

1 工程概況

為了滿足賽江兩岸造船業的快速發展，考慮今后賽江河道升級通航船只噸位增加等因素，同時消除對本工程今后安全運行的隱患，寧德甘棠-霞浦220kV線路工程將跨越賽江#14-#17耐張段原雙分裂LGJ-400/35鋼芯鋁絞線更換為輸送容量匹配的ACCC-1020單根碳纖維導線，該耐張段線路長1.569km，共有4基鐵塔。具體現場布置見附圖。

2 新、舊導線結構特性(見表1)

表1 新、舊導線結構特性

ACCC-1020單根碳纖維導線

3 架線施工計算

3.1 控制檔選擇

本牽張段有2個重要跨越檔#15-#16、#16-#17，需分別計算原導線牽放新碳纖維導線時跨越檔符合安全距離要求所需的最小張力，然后選擇較大者作為控制張力。按航道、航政部門的要求，施工時主航道#15-#16檔、次航道#16-#17檔繩線對江面距離應保持30米以上（最高水位時），以此作為計算依據。由設計平斷面定位圖查得各檔允許放線最大弧垂fn；水平張力按Hi=W*L1*L2/2/fn(W為繩線單位重量N/m；L1、L2為跨越控制點距兩桿塔的水平距離m；),計算得出控制檔為#16-#17，允許放線最大弧垂fn=31m，控制檔水平張力Hi=26.3kN。

3.2 根據張力機出口張力計算牽引力

張力機出口張力為: HO= Hi/Ki

Ki=0.945[εi-1+6wq(h1*εi-1+h2*εi-2…hi)/TP]

經計算HO=25.9kN

i—各檔編號，張力機到鄰塔i=1張力機鄰塔到第二基塔i=2，余此類推，牽引機到鄰塔為施工段最后一個線檔；

ε—放線滑車綜合阻力系數，可取ε=1.008~1.010；

TP—導線的保證計算拉斷力，N；

hi—第i檔懸點高差，牽引機端懸點高于張力機端，hi取正值，反之取負值，m；

經分析，最大牽引力Pmax出現在碳纖維導線快到牽引場時。

Pmax=m [HO*εn+w*（h1*εn+h2*εn-1…hnε+hn）] 計算Pmax=41.3kN

ε—滑車綜合阻力系數，計算牽引力時可取1.012～1.015；

n—施工段內放線滑車總個數；

m—同時牽放的子導線根數。

3.3 最終緊線張力

經計算溫度為20℃時，張力為46.8 kN；溫度為25℃時，張力為46.0 kN；溫度為30℃時，張力為45.3kN；

4 方案選擇及主要設備配置

根據現場情況，#14-#17跨江段采用原LGJ-400/35導線牽放ACCC-1020碳纖維導線,利用兩臺二線張力機并輪后作為牽張設備，以舊導線牽放新導線，舊導線回牽后直接盤卷入軸。

依據架線計算結果，選用一臺二線張力機（2*35kN）并輪后作為牽引設備，并后的最大回牽力為70kN；張力場設置一臺二線張力機（2*35kN），考慮在應急情況下作為倒牽備用，也進行并輪；原線路的舊導線LGJ-400/35導線作為牽引繩進行一牽一作業，其破斷力為103.9kN，可滿足要求；放線滑車選用Φ916三輪放線滑車（以滿足廠家要求25倍導線外徑的要求）；蛇皮套專門加工（允許負荷50kN),專用緊線預絞絲（允許負荷80kN）；旋轉連接器采用50kN抗彎旋轉連接器。

5 方案的實施

5.1 施工試驗

由于本工程碳纖維導線使用張力較大，根據不同工況下分別對蛇皮網套、臨時錨固預絞絲（單層）、緊線預絞絲（雙層）連接方式進行拉力試驗，試驗按負荷的1.25倍控制。綜合考慮碳芯內縮、外層軟鋁導線損傷等因素，確定放線時使用配套專用蛇皮套連接，并安裝芯棒固定夾具，為了不損傷外層軟鋁導線，緊線時使用緊線預絞絲，預絞絲設計雙層（加一層護線條）防止導線外層因緊線張力過大損傷。臨時錨固、張力小（張力小于30 kN）時可使用單層臨錨預絞絲。

導線耐張線夾壓接采用反壓后進行握著力試驗，試驗結果均符合設計要求。

5.2 牽張場布置

張力場布置在#17大號側，因#14地形受限，故將牽引場布置在#13小號側。

5.3 懸掛滑車、原導線與牽張機對接

根據碳纖維導線特性及包絡角計算，放線滑車段內均選用φ916雙滑車，允許荷載為80kN），滿足要求，兩滑車間用L50*6角鋼撐開。

直線塔：直接利用原線路的懸垂串懸掛放線滑車，可按照附件安裝的逆順序，拆除原直線懸垂串的線夾以及導線上的鋁包帶、防振錘，將導線移入放線滑車中。

耐張塔：待耐張段內的各直線塔懸垂線夾更換為放線滑車后，拆除耐張塔的引流線及防振錘等附件，然后在下子導線與耐張串間利用1-1滑車組，卸掉耐張線夾與耐張串的連接銷釘，鋸掉耐張線夾引流板，將從張力場側放過來碳纖維導線穿過放線滑車的碳纖維導線與#17塔小號側耐張線夾鋼錨相連（碳纖維導線+專用蛇皮套+5噸旋轉連接器+φ17.5鋼絲繩套+5噸抗彎旋轉連接器+400/35鋼錨），另外一根保持掛線狀態；同時牽引場展放φ18牽引繩至#14塔上與大號側耐張線夾鋼錨完成對接。

5.4 導線展放及臨時過渡

導線利用一根舊線牽新線，另外一根保持掛線狀態，待放線后松線拆除。在放線過程，沿線各桿號護線人員應監護連接頭位置，連接點不應直接過滑車，待連接頭快到達滑車口時，應停止牽引，采用絞磨臨時過渡將連接頭通過滑車后，再恢復正常牽引速度。

由于該段碳纖維導線按#14-#17耐張段配置長度，盤長1680m，但張力場距離#17塔510米，盤中余線難以滿足張力場設置較要求，所以在導線剩下5圈時換盤，將φ18牽引繩接上旋轉連接器與導線相連（碳纖維導線+專用蛇皮套+5噸抗彎旋轉連接器+φ18牽引繩）跟出張力機，直至碳纖維導線到達#14塔。

牽引過程要求派專人觀測繩線馳度，監測點位于#15-#16-#17檔，在沒有船通過時，盡量放低張力，#16-#17檔弧垂最低點距離江面10m左右（上相張力控制在1.5噸左右、下相1.8噸左右），如遇船通過，應提前提高導線弧垂至最高水位30米以上并停止牽引待船過后再繼續牽引。施工過程三相導線應盡量保持相近的放線張力。

為保證導線在張力機進口與出口處張力差較小，張力放線架應設置油壓裝置，以防止碳纖維導線在張力機滾筒內松股或起燈籠。

5.5 錨線

跨江段導線由#17塔往#14塔方向牽引，當碳纖維導線牽引至#14塔時，停止牽引，將跨江段導線直接錨于#14大號側絕緣子串聯板上（用2個10tU型環鎖在三角聯板兩邊用φ17.5短鋼絲繩對連），然后進行壓接后緊頭掛線（錨線采用6噸手板葫蘆配φ17.5鋼絲繩一作二用專用緊線器錨住導線），錨線位置應考慮便于進行#14塔高空壓接、掛線；掛線完畢慢慢松出碳纖維導線錨線裝置，直至拆除；此時應注意觀察江面上的導線弧垂，若太低應在#17側將導線收緊。其間應利用一套錨線裝置（6噸鏈條葫蘆+φ17.5鋼絲繩）收緊后將舊導線耐張線夾與聯板分離；

5.6 緊線、觀測馳度

待#14塔大號側錨線壓接掛線完畢后，在張力場進行跨江段緊線。在導線上安裝專用緊線器進行緊線，緊線完畢，用專用緊線器+9噸鏈條葫蘆+10噸U型環錨在耐張串上（同#14操作），以手板葫蘆微調耐張段的弧垂后劃印、壓接、掛線。

#15-#16檔、#16-#17檔作為觀測檔，在塔上利用自行加工的夾具固定經緯儀采用等長法進行弛度觀測，弧垂調整按照緊-松-緊、遠-中-近的方式進行，先調整距前緊頭最遠的弧垂觀測檔，此檔不宜收緊過量（使其弧垂合格或略小于要求弧垂），慢慢回松，使緊線段中部的觀測檔弧垂達到規定值（使其弧垂合格或略大于要求弧垂），再收緊導線使距緊線場最近的觀測檔弧垂達到規定值。

因碳纖維導線初伸長釋放較快，一般24小時可釋放70%，故馳度應嚴格按設計值觀測，不得采用相間看平的方法觀測；另外應注意耐張線夾出口處導線不得彎折，特別是在調整馳度時，要用繩索綁扎，切不可使耐張線夾突然下落，導致碳纖維導線在耐張線夾出口處折斷。

5.7 壓接

ACCC導體的耐張線夾由帶螺紋的、楔形內腔的套管（張力元件）、一對圓柱形楔形夾、拉環螺栓、鋁過渡接管及外部鋁壓接套管（鋁端子）元件組成。碳纖維復合芯通過楔形線夾與鋼錨連接，楔形線夾對碳芯的握緊力將成為連接力能夠滿足施工及運行安全的關鍵所在。為保證高空壓接質量及工藝要求，壓接前在線上應設置高空平臺，耐張線夾鋁管壓接采用反壓，即從鋁管管口向鋼錨頭方向壓接。

具體壓接過程：

5.7.1根據張力元件長度剝去定長的鋁絲，不得損傷復合芯。當完成安裝準備時，用鋸切去復合芯的端頭，用干布清潔復合芯。

5.7.2將過渡接管及端子套到導體上，使之不會干擾楔形線夾及張力元件的安裝。

5.7.3將張力元件套到復合芯上，從有螺紋的一端將楔形線夾插入其內腔中，楔形小的一端先插入。在張力元件的另一端應看得見楔形小的一端。

5.7.4將拉環螺栓旋入張力元件有螺紋的一端，直至規定的力矩。

5.7.5插入高溫導電膏。

5.7.6將壓接端子套到張力元件及已旋上的拉環螺栓上，并將其全部覆蓋。

5.7.7套入過渡接管直到與機加工的限位環相觸。

5.7.8將高溫導電膠插入到壓接端子的孔中。高溫導電膠可將端子內腔中的潮氣減到最少并可阻止氧化鋁形成。

5.8 附件安裝

為解決用普通的提線器易造成碳纖維導線損傷，故在掛線點橫擔前后側施工孔懸掛2付6噸手板葫蘆+配套懸垂線夾XGU-5將導線平衡提起呈八字型，然后進行附件安裝。提線應保持受力平衡，防止單邊提線受力過大。

如不能當天完成附件安裝應設置臨時防振，防止因振動引起的導線滑線、跑線等意外事故發生。

6 施工總結

6.1預絞絲安裝位置綜合考慮臨時錨線及緊線安裝方便。緊線預絞絲式錨線金具相對于普通卡線器顯得有些不便。

6.2碳纖維導線抗扭性能較差，為了消除碳纖維導線捻勁，在本次展放施工中采用抗彎旋轉連接器，防扭效果明顯。

6.3為有效解決管口松股問題，壓接可采取反壓。耐張線夾壓接后要注意保護，進行必要的固定，防止因突然下落造成導線在耐張線夾出口處折斷。

通過施工中應用和摸索從全過程控制情況及結果來看，達到預期效果，對今后在此類施工過程中，總結行之有效的施工方法和控制措施，能針對性的指導施工，為今后同類施工積累了經驗。