大直徑及擴(kuò)徑導(dǎo)線防散股原因分析及措施研究

張爾樂 ，潘宏承 ，蔡劉露 ，金 榕 ，付寶良

（1.國家電網(wǎng)有限公司交流建設(shè)分公司，北京 100032；2.江蘇亨通電力特種導(dǎo)線有限公司，江蘇 蘇州 215234）

0 引言

目前，特高壓電網(wǎng)已從技術(shù)創(chuàng)新及工程示范階段進(jìn)入全面大規(guī)模建設(shè)階段，工程項(xiàng)目建設(shè)任務(wù)繁重［1］。隨著電壓等級(jí)的升高和輸電容量的增加，輸電線路工程所使用的導(dǎo)線截面逐步增大，大直徑及擴(kuò)徑導(dǎo)線越來越多地應(yīng)用于特高壓工程中。2012年至今，在國內(nèi)的特高壓交直流工程建設(shè)中，曾多次在導(dǎo)線展放過程中出現(xiàn)散股現(xiàn)象，降低導(dǎo)線的機(jī)械強(qiáng)度，增加線路運(yùn)行時(shí)導(dǎo)線的電暈損失。發(fā)生散股問題后，組織施工、制造、生產(chǎn)單位進(jìn)行現(xiàn)場勘查分析，但未能得出明確結(jié)論。

鑒于以上情況，首先分析導(dǎo)線散股原因，進(jìn)而提出為防止大直徑及擴(kuò)徑導(dǎo)線發(fā)生散股問題需要在生產(chǎn)和施工過程中關(guān)注的事項(xiàng)，以及若發(fā)生散股問題時(shí)現(xiàn)場處置注意要點(diǎn)，對后續(xù)類似工程建設(shè)及問題處理具有一定參考意義。

1 導(dǎo)線散股外力作用分析

張力放線時(shí)導(dǎo)線外層出現(xiàn)散股情況，實(shí)質(zhì)上是導(dǎo)線外層與內(nèi)層之間產(chǎn)生相對的不均勻間隙。張力放線時(shí)，導(dǎo)線從線軸放出，經(jīng)張力機(jī)的導(dǎo)向輪進(jìn)入張力輪，導(dǎo)線前行帶動(dòng)張力輪旋轉(zhuǎn)。張力輪的液壓系統(tǒng)對向前旋轉(zhuǎn)的張力輪施加阻力矩，使前行的導(dǎo)線表面受到張力輪的摩擦阻力，如圖1所示。當(dāng)導(dǎo)線相鄰層間的帖服性較差、導(dǎo)線絞合較為松散時(shí)，導(dǎo)線內(nèi)外層間就會(huì)產(chǎn)生過大的間隙，間隙的逐漸積累則會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)線散股。

圖1 張力輪摩擦力

另外，導(dǎo)線經(jīng)過放線滑車時(shí)，導(dǎo)線和放線滑車接觸的部位除承受自重和張力角度力的垂直分量外，還承受放線滑車包絡(luò)角所產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力，即上部鋁股承受拉伸，與放線滑輪槽表面接觸的下部鋁股承受擠壓，即導(dǎo)線經(jīng)過放線滑車時(shí)，會(huì)受到扭轉(zhuǎn)、彎折、擠壓以及向后的摩擦阻力的綜合作用［2］，當(dāng)導(dǎo)線相鄰層間的帖服性較差、導(dǎo)線絞合較為松散時(shí)，導(dǎo)線內(nèi)外層間就會(huì)產(chǎn)生過大的間隙，間隙的逐漸積累則會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)線散股。

大直徑導(dǎo)線、擴(kuò)徑導(dǎo)線由于其自身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)［3］，相鄰層鋁股間的間隙較其他導(dǎo)線更大，更易在外力的作用下發(fā)生散股。

2 導(dǎo)線散股內(nèi)部原因分析及處理

標(biāo)準(zhǔn)GB／T 1179—2017《圓線同心絞架空導(dǎo)線》主要依據(jù)IEC 61089—1991《圓線同心絞架空導(dǎo)線》及其修正案編制，并根據(jù)我國工程實(shí)際需要和國際標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展需求，增加了部分技術(shù)性條款（主要集中在使用的原材料類型和試驗(yàn)檢測項(xiàng)目）。該標(biāo)準(zhǔn)詳細(xì)規(guī)定了圓線同心絞架空導(dǎo)線的電氣性能和機(jī)械性能［4］，大直徑及擴(kuò)徑導(dǎo)線生產(chǎn)應(yīng)該要達(dá)到該標(biāo)準(zhǔn)的要求。為預(yù)防導(dǎo)線散股發(fā)生，在生產(chǎn)過程須加強(qiáng)對單絲質(zhì)量及絞制工藝的控制。

2.1 單絲質(zhì)量

單絲質(zhì)量出現(xiàn)問題會(huì)引起導(dǎo)線的機(jī)械性能達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)，從而導(dǎo)致導(dǎo)線在使用中容易出現(xiàn)散股情況。目前，大部分生產(chǎn)廠家鋼絲為半成品采購，鋁絲為自購鋁錠進(jìn)行連鑄連軋和拉絲處理。導(dǎo)線絞制前應(yīng)按照GB／T 1179—2017《圓線同心絞架空導(dǎo)線》要求對單絲的電氣性能和機(jī)械性能進(jìn)行試驗(yàn)檢測，并對相關(guān)試驗(yàn)檢測嚴(yán)格把關(guān)，減少因原材料材質(zhì)不合格導(dǎo)致的質(zhì)量問題。

2.2 絞制工藝

目前，導(dǎo)線生產(chǎn)廠家大都采用框絞線機(jī)一次性絞制成型，單絲張力、絞制速度等均為控制臺(tái)集中控制，通過參數(shù)設(shè)置確保導(dǎo)線各層絞制方向、節(jié)距、節(jié)徑比等滿足規(guī)范要求，但設(shè)備的參數(shù)設(shè)置不當(dāng)或設(shè)備使用不當(dāng)時(shí)，易造成導(dǎo)線膠合松散，在使用中出現(xiàn)散股問題。

2.2.1 框絞機(jī)絞籠單線放線張力設(shè)置不合理

框絞機(jī)是導(dǎo)線絞制的重要設(shè)備，如圖2所示，框絞機(jī)絞籠單線放線張力值偏小或張力不均勻會(huì)導(dǎo)致大直徑鋁線或鋁合金線帖服性差、單線復(fù)位困難。而按照架空導(dǎo)線生產(chǎn)工藝規(guī)范，絞合后所有鋼線（鋁包鋼線）應(yīng)自然地處于各自位置，當(dāng)切斷時(shí)，19根及以下鋼絞線（鋁包鋼絞線）各線端應(yīng)保持在原位或容易用手復(fù)位的位置［4］。

為滿足上述工藝要求，經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)調(diào)校，得到以下結(jié)論：鋁線單線放線張力設(shè)定值宜設(shè)定為單絲抗拉力的5%～8%，并可根據(jù)單線實(shí)際直徑大小適當(dāng)調(diào)節(jié)；放線張力上限應(yīng)以使絞合頭處單線線徑縮減不大于0.005 mm為準(zhǔn)，各盤放線張力偏差不超過20 N；鋁合金線的放線張力宜按照不小于普通鋁線放線張力1.5倍為準(zhǔn)。

圖2 框絞機(jī)

2.2.2 預(yù)成型裝置使用不當(dāng)

預(yù)成型裝置如圖3所示。該裝置未使用或調(diào)解不當(dāng)，會(huì)使大直徑鋁線或高強(qiáng)度鋁合金線扭絞過程中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力無法消除，進(jìn)而導(dǎo)致導(dǎo)線絞合松散。因此，在導(dǎo)線絞制生產(chǎn)中，推薦采用預(yù)成型裝置，可以消除大直徑鋁線或高強(qiáng)度鋁合金線扭絞過程中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，防止導(dǎo)線絞合松散。

圖3 預(yù)成型裝置

通過長期試驗(yàn)總結(jié)，預(yù)成型裝置的邊輪距離和下壓量可按式（1）和式（2）調(diào)節(jié)。

式中：L1為預(yù)成型裝置邊輪距；H1為預(yù)成型裝置下壓量，如圖4所示；L2為導(dǎo)線相應(yīng)絞合層實(shí)際節(jié)距；a為邊輪距調(diào)節(jié)系數(shù)，一般取0.85～0.95；D1為導(dǎo)線相應(yīng)絞合層實(shí)際絞線外徑；b為下壓量調(diào)節(jié)系數(shù)，一般取 0.88～0.92。

圖4 預(yù)成型裝置邊輪距、下壓量

2.2.3 絞合并線點(diǎn)位置不當(dāng)

若絞合并線點(diǎn)距離分線板過近，則過早地將鋁線或鋁合金線進(jìn)行絞合并線處理，單線殘余應(yīng)力未完全釋放，導(dǎo)致導(dǎo)線絞合松散。尼龍并線模應(yīng)調(diào)節(jié)至各層鋁線或鋁合金線自然絞合處，如圖5所示。

2.2.4 并線尼龍模內(nèi)徑設(shè)置不當(dāng)

并線尼龍模內(nèi)徑尺寸偏大或定徑區(qū)過短，單線帖服性差，導(dǎo)致導(dǎo)線絞合松散。經(jīng)長期試驗(yàn)總結(jié)得到，尼龍哈夫模內(nèi)徑尺寸應(yīng)較相應(yīng)各導(dǎo)線絞合層外徑小0.3～0.5 mm，當(dāng)尼龍哈夫模內(nèi)徑尺寸不再小于絞合層外徑時(shí)，必須更換哈夫模。此外，尼龍哈弗模定徑區(qū)長度應(yīng)不小于76 mm。尼龍哈夫模內(nèi)徑、定徑區(qū)長度如圖6所示。

圖5 絞合并線距離

圖6 尼龍哈夫模內(nèi)徑及定徑區(qū)長度

2.2.5 去應(yīng)力裝置使用不當(dāng)

導(dǎo)線絞制過程中，應(yīng)使用去應(yīng)力裝置，去應(yīng)力裝置一般分為5輪去應(yīng)力裝置、3輪去應(yīng)力裝置，5輪去應(yīng)力裝置如圖7所示。去應(yīng)力裝置未使用或調(diào)解不當(dāng)，大直徑鋁線或高強(qiáng)度鋁合金線扭絞過程中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力無法消除，導(dǎo)致導(dǎo)線絞合松散。經(jīng)長期試驗(yàn)得出，使用5輪型去應(yīng)力裝置，縱向距離不得小于5 mm，適用于直徑小于30 mm的導(dǎo)線，其縱向距離如圖8所示；使用3輪型去應(yīng)力裝置，縱向距離不得小于8 mm，適用于直徑不小于30 mm的導(dǎo)線。

圖7 五輪去應(yīng)力裝置實(shí)物

圖8 五輪去應(yīng)力裝置縱向距離

3 導(dǎo)線防散股施工措施

大直徑及擴(kuò)徑導(dǎo)線生產(chǎn)結(jié)束后，一般要經(jīng)過線股復(fù)位、線股附著性及滑輪模擬等檢驗(yàn)環(huán)節(jié)檢測導(dǎo)線的絞線質(zhì)量。但是在復(fù)雜的現(xiàn)場施工環(huán)境中，上述檢驗(yàn)步驟仍略顯不足，因而可能導(dǎo)致部分導(dǎo)線在施工階段仍會(huì)發(fā)生散股。

1）張力輪、放線滑輪、旋轉(zhuǎn)連接器應(yīng)轉(zhuǎn)動(dòng)靈活。若上述旋轉(zhuǎn)部件轉(zhuǎn)動(dòng)不靈活，容易對導(dǎo)線外層產(chǎn)生較大的摩擦力，導(dǎo)致導(dǎo)線外層與鄰?fù)鈱又g產(chǎn)生較大間隙，當(dāng)間隙累積到一定程度時(shí)導(dǎo)致散股發(fā)生。現(xiàn)場管理單位應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行機(jī)具管理制度，按要求開展機(jī)具第三方檢查、機(jī)具報(bào)審、日常檢查與保養(yǎng)維護(hù)，經(jīng)常檢查保養(yǎng)張力輪、放線滑輪、旋轉(zhuǎn)連接器，減少因張力輪、放線滑車、旋轉(zhuǎn)連接器不能有效轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)致的散股問題。

2）導(dǎo)線在張力機(jī)輪槽內(nèi)的布置，應(yīng)保證出線方向同導(dǎo)線最外層絞向一致。目前國內(nèi)的導(dǎo)線最外層一般為“右向”，應(yīng)保證導(dǎo)線出線方向亦為右向。

3）導(dǎo)線應(yīng)位于放線滑車輪槽正中央。導(dǎo)線張力放線過程中，耐張塔的放線滑車存在側(cè)向應(yīng)力，在施工過程中需根據(jù)所展放線索的不同張力及時(shí)進(jìn)行預(yù)偏處理。若預(yù)偏處理不及時(shí)未能使導(dǎo)線處于滑車輪槽正中央，導(dǎo)線外層會(huì)受到扭轉(zhuǎn)、彎折、擠壓作用，使得導(dǎo)線外層與相鄰層之間的間隙變大，情況嚴(yán)重時(shí)發(fā)生散股［5-6］。此種情況發(fā)生導(dǎo)致散股的概率較大，應(yīng)重點(diǎn)注意。

4）張力場不宜設(shè)置轉(zhuǎn)向，張力機(jī)后部尾車宜帶低張力。

5）大直徑、擴(kuò)徑導(dǎo)線在壓接時(shí)，由于各方向受力不均勻、導(dǎo)線內(nèi)外層受摩擦力差異、導(dǎo)線鋁線彈性模量比鋼芯小等因素影響，導(dǎo)線會(huì)產(chǎn)生不均勻形變，當(dāng)形變超過時(shí)鋼芯后就出現(xiàn)散股，嚴(yán)重時(shí)出現(xiàn)“燈籠”現(xiàn)象［7］。 針對壓接后造成的散股或“燈籠”現(xiàn)象，可采取以下措施：減小導(dǎo)線壓接管長度；優(yōu)化壓接模設(shè)計(jì)，減小壓接受力不均勻情況；增大壓接壓力，減少外層導(dǎo)線延伸；采用反向壓接，即從鋁管導(dǎo)線的端部向中部壓接，可讓導(dǎo)線壓接后導(dǎo)線向自由端部延伸，導(dǎo)線壓應(yīng)力可向?qū)Ь€端部釋放，從而減小導(dǎo)線變形［7］。

4 導(dǎo)線散股后現(xiàn)場處置措施

縮小架線區(qū)段。根據(jù)以往導(dǎo)線散股數(shù)據(jù)分析，導(dǎo)線應(yīng)力集中導(dǎo)致散股大多出現(xiàn)在第二盤導(dǎo)線之后，故出現(xiàn)問題后宜及時(shí)調(diào)整后續(xù)架線區(qū)段。

采用牽引管加旋轉(zhuǎn)連接器的方式替代直線壓接管，展放完成后，割除相關(guān)部位并高空壓接直線管。壓接前，導(dǎo)線應(yīng)錨固可靠，臨時(shí)錨線在前端加設(shè)卡線器，形成雙重保護(hù)。

5 結(jié)語

分析了大直徑及擴(kuò)徑導(dǎo)線產(chǎn)生散股的內(nèi)部、外部原因，并對應(yīng)給出了大直徑及擴(kuò)徑導(dǎo)線在生產(chǎn)制造、施工過程中預(yù)防散股的控制性措施，對優(yōu)化大直徑及擴(kuò)徑導(dǎo)線生產(chǎn)制造工藝、預(yù)防張力放線中的散股現(xiàn)象具有一定實(shí)際意義。