“二牽一”張力更換碳纖維導(dǎo)線關(guān)鍵施工技術(shù)研究

呂寶生，張偉軍

（江蘇省送變電公司，江蘇南京210028）

“二牽一”張力更換碳纖維導(dǎo)線關(guān)鍵施工技術(shù)研究

呂寶生，張偉軍

（江蘇省送變電公司，江蘇南京210028）

以220 kV秦淮變-濱南變線路增容改造工程為施工范例，介紹了利用張力機(jī)反卷舊導(dǎo)線，更換碳纖維導(dǎo)線的施工方法，設(shè)計并加工了“二牽一”牽引板，解決了逆行牽引網(wǎng)套末端固定問題，采用新型碳纖維卡線器，提高了施工效率，可以推廣應(yīng)用到線路改造更換導(dǎo)線的工程。

“二牽一”牽引板；反卷；碳纖維導(dǎo)線；牽引網(wǎng)套；新型卡線器

隨著國民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，用電負(fù)荷快速增長，原有線路的輸電能力遠(yuǎn)不能滿足經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求。為優(yōu)化線路通道、降低施工難度，減少青苗的損壞，減輕外部因素對施工造成的阻力，往往利用原有通道和桿塔，將原普通導(dǎo)線更換成耐熱大容量的新型導(dǎo)線，以滿足輸送容量的要求。結(jié)合220 kV南京西環(huán)網(wǎng)加強(qiáng)工程220 kV秦淮變-濱南變線路增容改造工程，介紹“二牽一”張力更換碳纖維導(dǎo)線的施工方法，解決了施工過程中的關(guān)鍵技術(shù)問題，為類似工程施工積累了經(jīng)驗。

1　工程概況

工程位于南京市建鄴區(qū)，現(xiàn)狀220 kV秦濱2M15/2M16線1-2號、4-22號同塔雙回路雙分裂導(dǎo)線，導(dǎo)線型號為2×LGJ-300/25，現(xiàn)將其更換成單根JRLX/T-630/70型碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線，更換線路長度5.662 km。地線JL/LB1A-95/55鋁包鋼絞線和光纖復(fù)合架空地線（OPGW光纜）不更換。

2　施工方案的確定

2.1常規(guī)放線施工方法

通過人力展放導(dǎo)引繩，將導(dǎo)引繩端頭錨于鐵塔塔身處。停電后，將直線塔線夾換成放線滑車，然后在耐張塔兩側(cè)放松導(dǎo)線，把落地的舊導(dǎo)線分段開斷并回收。最后利用導(dǎo)引繩帶牽引繩，再由牽引繩“一牽一”張力牽引碳纖維導(dǎo)線。

2.2用1根舊導(dǎo)線牽引新導(dǎo)線

事先選擇好牽張場地，線路停電后，先回收1根舊導(dǎo)線，再用余下的1根舊導(dǎo)線“一牽一”張力牽引碳纖維導(dǎo)線?！耙粻恳弧睆埩恳椒椋河娩摻z繩套將放線段內(nèi)耐張塔處的舊導(dǎo)線連通，舊導(dǎo)線作為牽引繩，利用張力機(jī)直接反卷舊導(dǎo)線，實(shí)現(xiàn)舊導(dǎo)線牽引新導(dǎo)線。

2.3采用雙分裂舊導(dǎo)線牽引新導(dǎo)線

線路停電后，用鋼絲繩套將放線段內(nèi)耐張塔處的雙分裂舊導(dǎo)線連通，雙分裂舊導(dǎo)線作為牽引繩，采用“二牽一”方式，利用兩線張力機(jī)反卷舊導(dǎo)線，實(shí)現(xiàn)雙分裂舊導(dǎo)線牽引新導(dǎo)線［1］。

2.4方案比較

常規(guī)架線施工方法雖然技術(shù)經(jīng)驗成熟，但施工工序煩瑣，所需工具、設(shè)備多，工作量大，影響施工進(jìn)度。導(dǎo)引繩展放和舊導(dǎo)線分段落地，會造成大量的苗木、經(jīng)濟(jì)作物和大棚損毀，增加賠償費(fèi)用，也可能會引起阻撓施工而延長停電時間，影響電網(wǎng)正常運(yùn)行，跨越電力線路多，展放導(dǎo)引繩難度大，落線安全風(fēng)險高。

雙分裂舊導(dǎo)線“二牽一”張力牽引新導(dǎo)線的施工方法其優(yōu)點(diǎn)是需用設(shè)備少且工序簡單，無需展放導(dǎo)引繩，節(jié)省人力，青苗損壞小，賠償費(fèi)用少。其缺點(diǎn)是可借鑒的施工經(jīng)驗少，需研制部分放線工器具。采用1根舊導(dǎo)線“一牽一”張力牽引新導(dǎo)線的施工方法，其缺點(diǎn)介于上述2種施工方法之間，優(yōu)點(diǎn)是經(jīng)驗成熟。

從工序、進(jìn)度、經(jīng)濟(jì)、安全等幾個方面綜合分析比較（見表1），確定選用雙分裂舊導(dǎo)線“二牽一”張力牽引新導(dǎo)線的施工方法。

表1　重要因素對比表

3　施工關(guān)鍵技術(shù)

3.1“二牽一”牽引板設(shè)計

“二牽一”牽引板由2塊牽引板組成，中間通過2根鋼絲繩連結(jié)。第1塊牽引板在板本體內(nèi)部加裝2個滑輪，并通過鋼絲繩與2根舊導(dǎo)線相連，使?fàn)恳?根舊導(dǎo)線受力大小相等，在牽引過程中處于平衡狀態(tài)，其后部中間掛防捻平衡錘，兩側(cè)分別對稱連接2個抗彎旋轉(zhuǎn)連接器。第2塊牽引板前部中心對稱的兩側(cè)同樣布置2個抗彎旋轉(zhuǎn)連接器，后部中心連接要展放的1根新導(dǎo)線。這種牽引板實(shí)現(xiàn)了“二牽一”展放導(dǎo)線的施工要求［2，3］，如圖1所示。

圖1　“二牽一”牽引板結(jié)構(gòu)

根據(jù)牽張力計算表，設(shè)計牽引板的額定負(fù)荷為60 kN，設(shè)計安全系數(shù)為3。在2塊牽引板的連接上使用2根新型50 kN抗彎旋轉(zhuǎn)連接器，由于牽引板過放線滑輪時沖擊力比較大，單純用鋼絲繩連接安全可靠度不高，如使用抗彎連接器容易使鋼絲繩產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)。鋼絲繩與旋轉(zhuǎn)連接器壓接起來形成抗彎旋轉(zhuǎn)連接器，既能起到抗彎的作用又能防止纏繞，強(qiáng)度得到了保證。

因牽引板尺寸與三輪D916放線滑車相配合，并要保證牽引板內(nèi)的2個滑輪不能相碰撞，所以滑輪直徑不能太大。綜合考慮，滑輪直徑設(shè)計為D116 mm。牽引板內(nèi)滑輪連接鋼絲繩要求必須自由移動，以控制2根導(dǎo)線張力保持平衡，同時考慮舊線子導(dǎo)線之間的偏差。所以選擇長度20 m的D15.5 mm鋼絲繩。

前、后牽引板距離要合適，太小容易造成翻轉(zhuǎn)，太大運(yùn)行不平穩(wěn)。經(jīng)反復(fù)試驗，決定選用4 m的間距滿足工程需要。抗彎旋轉(zhuǎn)連接器、平衡錘的質(zhì)量和長度直接決定牽引板的實(shí)際尺寸，平衡錘選用長度1100 mm、D 80 mm的6節(jié)錳鋼。平衡錘末端與后牽引板最短距離為440 mm，如圖2所示。

圖2　“二牽一”牽引板

“二牽一”牽引板出廠前采用500 kN臥式試驗機(jī)進(jìn)行3次無沖擊狀態(tài)拉力試驗，在1.6倍的額定負(fù)荷下，保持10 min未發(fā)生永久變形和裂紋現(xiàn)象，達(dá)到了設(shè)計和使用要求。

3.2壓接管過輪槽

舊導(dǎo)線耐張管和直線管無法用鋼護(hù)套管進(jìn)行保護(hù)，在過放線滑車和張力機(jī)輪槽時，會發(fā)生彎曲現(xiàn)象。該彎曲是否造成鋁管和鋼錨裂紋的產(chǎn)生，需要從理論上進(jìn)行分析。

壓接管過放線滑車時，壓接部分剛度較大，軸向拉力和垂直荷載共同作用于導(dǎo)線上，只是不壓區(qū)發(fā)生彎曲，彎曲程度不大。而壓接管過張力機(jī)輪槽，由于牽引力比較大，并且反復(fù)纏繞在張力輪上，壓接管會發(fā)生整體彎曲，其曲率半徑與張力機(jī)輪槽曲率半徑一致，如圖3所示。

圖3　耐張塔兩側(cè)導(dǎo)線連接

耐張管經(jīng)過輪槽時，鋁管產(chǎn)生的伸長率按照下式計算：

式中：δ為耐張段整體伸長率；l'為耐張管外緣線長度，mm；l為耐張段中心線長度，mm；R為張力機(jī)輪槽半徑，mm（該工程張力機(jī)輪槽直徑1850 mm）；r為鋁管壓接后直徑，mm。該工程舊導(dǎo)線壓接管型號分別是NY-300/25.1和JYD-300/25，其通過ZQT2×70張力機(jī)輪槽和三輪D916放線滑車時的延伸率見表2。

表2　壓接管延伸率%

耐張線夾、接續(xù)金具的材料采用L3（即1050A）鋁合金和10號鋼，其標(biāo)準(zhǔn)延伸率分別為23%和31%。表2可以看出，在施工過程中，壓接管各部分材料延伸率遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其標(biāo)準(zhǔn)延伸率。模擬試驗也證實(shí)了壓接管通過張力機(jī)輪槽的可行性。

3.3耐張塔導(dǎo)線連接

對于線路中間的耐張塔，先拆除跳線及跳線串，鋸下耐張壓管引流板并銼除棱角。然后采用走—走—30 kN滑車組平衡掛線方式兩側(cè)同時收緊導(dǎo)線，卸下耐張鋼錨與調(diào)整板之間的連接U型環(huán)，將D15連接鋼絲繩套從2個耐張鋼錨中穿過，然后利用50 kN抗彎連接器進(jìn)行連接，如圖3所示，緩慢松絞磨時，將鋼絲繩放入放線滑車相應(yīng)槽口內(nèi)，使導(dǎo)線張力由耐張絕緣子上，轉(zhuǎn)移至連接鋼絲繩上［4］。

連接鋼絲繩套的長度是該項施工的關(guān)鍵。鋼絲繩長度在滿足導(dǎo)線對跨越物安全距離的條件下，盡可能減小耐張段內(nèi)的導(dǎo)線張力，確保在連接鋼絲繩將同相舊線相連時不產(chǎn)生較大的弧垂變化和導(dǎo)線滑移［5］。

對于平原丘陵地區(qū)的短耐張段，檔距分別為l1，…，lk，…，ln，懸掛點(diǎn)高差角分別為φ1，…，φk…，φn，其中控制檔為k檔。

導(dǎo)線弧垂增大，與耐張段內(nèi)導(dǎo)線總線長的變化量之間的關(guān)系［6］為：

式中：ΔL為1個耐張段內(nèi)導(dǎo)線的線長變化量，m；fk為控制檔內(nèi)導(dǎo)線原有弧垂值，m；f'k為張力放線時控制檔內(nèi)導(dǎo)線弧垂值，m；φk為控制檔的兩懸掛點(diǎn)高差角；lk為控制檔的檔距，m；ω為導(dǎo)線的單位自重，N/m；E為導(dǎo)線的彈性系數(shù)，MPa；A為導(dǎo)線的截面積，mm2。鋼絲繩長度與線長變化量存在如下關(guān)系：

式中：aj為第j耐張桿塔需要接入鋼絲繩長度，m；ΔLi，ΔLi+1分別為放線段內(nèi)，第j耐張桿塔兩側(cè)耐張段線長變化量，m；λ為耐張絕緣子串的長度，m。

3.4網(wǎng)套末端固定

實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，牽引網(wǎng)套在逆行時，網(wǎng)套末端與放線滑車槽口、毛竹跨越架頂桿之間經(jīng)常出現(xiàn)沖擊、摩擦等現(xiàn)象，沖擊力過大時會使網(wǎng)套末端出現(xiàn)微小位移。網(wǎng)套末端一旦出現(xiàn)位移，網(wǎng)套股線構(gòu)建的平行四邊形改變，減小了網(wǎng)套與導(dǎo)線之間的正壓力，網(wǎng)套的握著力迅速降低，造成“跑線”事件。

DL 5009.2—2013第3.4.26條要求：網(wǎng)套末端應(yīng)用鐵絲綁扎，綁扎不得少于20圈，完全依靠鐵絲綁扎產(chǎn)生的壓力來實(shí)現(xiàn)摩擦力固定，受力相對較小。經(jīng)分析計算，改用鋁制套管對放線網(wǎng)套進(jìn)行壓接固定，其作用效果遠(yuǎn)勝于鐵絲綁扎，可以確保放線網(wǎng)套不會出現(xiàn)滑移。對該工程采用的鋁制套管，利用LGJ-630/45鋼芯鋁絞線制作試件3個，在500 kN臥式試驗機(jī)上分別加載15 kN，30 kN，50 kN，并且用長柄鐵錘猛烈逆向擊打壓接在放線網(wǎng)套上的鋁制套管，模擬網(wǎng)套末端受沖擊的現(xiàn)象。反復(fù)打擊后，3個網(wǎng)套末端均未出現(xiàn)移動。試驗證明，采用該方法安全可靠，簡單可行。

該工程9-22號放線段長度5.662 km，而JRLX/T-630/70碳纖維導(dǎo)線單盤最大長度只有3.5 km，需分2盤進(jìn)行張力展放，盤長分別為2.468 km和1.611 km。2盤導(dǎo)線之間用牽引網(wǎng)套連接，網(wǎng)套末端固定套管利用ACSR-720/50導(dǎo)線耐張管制作。制作的套管內(nèi)徑40 mm，外徑52 mm，長度100 mm，內(nèi)外壁進(jìn)行倒圓角處理，防止切割網(wǎng)套和減輕與放線滑車的沖擊。碳纖維導(dǎo)線兩端頭間的連接，如圖4所示。

圖4　碳纖維導(dǎo)線中間連接

3.5新型卡線器設(shè)計

對碳纖維芯導(dǎo)線進(jìn)行臨時錨固、緊線、掛線時，生產(chǎn)廠家提供的是緊線預(yù)絞絲（配護(hù)線條）。由于緊線預(yù)絞絲長度超過3 m且鋼度較大，在牽、張場地面臨錨或緊線、掛線操作時，不但麻煩，而且耗時較長［7］。由于緊線預(yù)絞絲存在上述弊端，專門研制了碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線專用卡線器。該卡線器原理仍然采用四連桿結(jié)構(gòu)型式，其特點(diǎn)為操作簡便，叼夾牢靠，受力合理，握著力與拉力配比恰當(dāng)［8］。

分析四連桿機(jī)構(gòu)力學(xué)行為，卡線器卡線器握著力與拉力之間的關(guān)系［9］為：

式中：F為卡線器握著力，N；f為卡線器鉗口與導(dǎo)線的摩擦系數(shù)；T為拉環(huán)所承受的拉力，N；k為連桿機(jī)構(gòu)的放大倍數(shù)。

針對碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線應(yīng)用軟鋁而不耐磨、易變形的特點(diǎn)，加大了卡線器鉗口長度?？ň€器采取提高壓拉比技術(shù)方案，以增加軟鋁與碳纖維復(fù)合芯的摩擦力。其鉗口彎曲部分是針對碳纖維復(fù)合芯彎曲半徑的要求設(shè)計的。JRLX/T-630/70碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線專用卡線器KTLQ-50按照50 kN額定荷載設(shè)計，在1.6倍額定荷載下進(jìn)行試驗，持續(xù)10 min，各活動零件無卡阻、裂紋、斷裂等現(xiàn)象出現(xiàn)。該碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線專用卡線器應(yīng)用到工程中，不但縮短了因絞纏緊線預(yù)絞絲造成的施工時間延長，減少了高空作業(yè)時間，降低了錨線施工操作的難度，提高了施工效率，而且還有效地避免了碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線芯棒內(nèi)縮現(xiàn)象，從而保證了施工質(zhì)量。

4　效果檢查

該工程4-22號（終端塔）段采用張力放線，共分為2個牽張段，根據(jù)現(xiàn)場地形情況，將9-10號檔作為牽引場，線路兩端作為張力場。該線路共停電15 d，投入了4個施工組，期間還進(jìn)行了4處35 kV和2處110 kV被跨越線路絕緣封頂網(wǎng)的搭、折。由于采用了“二牽一”張力牽引放線方式，改進(jìn)了導(dǎo)線的臨時錨固方法，施工時間大為縮短。1個牽張段放線平均用時3 d，1基耐張塔從高空開線至高空緊線結(jié)束約用時2 d，安全、順利地完成了長5.662 km、10個耐張段的雙回線路的換線任務(wù)。截至目前，線路已投運(yùn)3個月，運(yùn)行狀態(tài)良好，未發(fā)生任何質(zhì)量和安全事件。

5　結(jié)束語

“二牽一”牽引板的設(shè)計、壓接管過輪槽的力學(xué)分析和耐張塔導(dǎo)線連接鋼絲套長度計算確保了方案的可行性；網(wǎng)套末端固定方式的改進(jìn)，增強(qiáng)了施工安全可靠度；新型卡線器的實(shí)施，提高了施工效率，縮短了停電施工時間，不僅有經(jīng)濟(jì)效益，而且具有環(huán)境效益和社會效益，該施工方法可推廣到電網(wǎng)建設(shè)中雙分裂舊導(dǎo)線更換新型導(dǎo)線的增容改造工程上，同時對線路搶修也有一定的借鑒意義。但該方法仍需進(jìn)一步完善，如逆行壓接管進(jìn)入張力機(jī)輪槽，從第二圈開始，在管口出現(xiàn)鋁股斷絲現(xiàn)象，如何避免這一現(xiàn)象，還需進(jìn)一步研究；由于改造線路中，放線段內(nèi)耐張塔較多，如何更加快捷有效消除舊導(dǎo)線的扭矩，值得大家思考。

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Research on the Key Construction Technology for"Two Pulls One" Tension Change Carbon Fiber Line

LYU Baosheng，ZHANG Weijun
（Jiangsu Power Transmission and Transformation Corporation，Nanjing 210028，China）

In this paper，taking the 220kV Qinhuai substation-Binnan transmission line uprating project as an example，the method of using tension machine to roll old wire and replacing carbon fiber wires are introduced.A"two pulls one"draw plate is designed to fix the end of net sleeve.Due to the use of new carbon fiber device，construction efficiency is improved for engineering application.

"Two pulls one"draw plate；tension；warp；carbon fiber wire；traction network set

TM752

B

1009-0665（2015）01-0052-04

2014-08-19；

2014-10-14

呂寶生（1981），男，黑龍江依安人，工程師，從事輸電線路施工技術(shù)與管理工作；

張偉軍（1960），男，江蘇南京人，高級工程師，從事輸電線路施工技術(shù)與管理工作。