一次碳纖維復(fù)合導(dǎo)線斷線案例分析

金 麟

（云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司文山供電局，云南 文山 663000）

碳纖維復(fù)合導(dǎo)線是一種全新結(jié)構(gòu)的節(jié)能型增容導(dǎo)線，與常規(guī)導(dǎo)線相比，具有重量輕、抗拉強度大、耐熱性能好、熱膨脹系數(shù)小、高溫弧垂小、導(dǎo)電率高、線損低、載流量大、耐腐蝕性能好和不易覆冰等一系列優(yōu)點，綜合解決了架空輸電領(lǐng)域存在的各項技術(shù)瓶頸，代表了未來架空導(dǎo)線的技術(shù)發(fā)展趨勢，有助于構(gòu)造安全、環(huán)保、高效節(jié)約型輸電網(wǎng)絡(luò)，應(yīng)用在新建線路中，可提高線路的單位輸送容量，確保電網(wǎng)的堅強性，長遠經(jīng)濟性更好[1-2]。應(yīng)用在大跨越線路中，可以大幅降低跨越塔的高度，從而有效減少桿塔和基礎(chǔ)的材料用量，達到降低工程造價的目的。本文就某供電局110 kV線路工程中應(yīng)用碳纖維復(fù)合導(dǎo)線時，110 kV線路N1-N2號塔B相導(dǎo)線在距離耐張線夾5.7 m位置發(fā)生斷線的案例，從現(xiàn)場檢查及檢測結(jié)果進行實例分析，并結(jié)合碳纖維復(fù)合導(dǎo)線的實踐經(jīng)驗提出建議。

1 案例經(jīng)過及分析

1.1 案例經(jīng)過

新建某110 kV線路工程起自220 kV某變電站，終至110 kV某變電站，線路總長4.77 km，單、雙回路混合架設(shè)，其中新建單回路架空線路3.67 km，單回路改雙回路1.04 km，新建進線電纜0.06 km。鐵塔數(shù)量17基；該線路N1-N2號塔B相導(dǎo)線在距離耐張線夾5.7 m位置發(fā)生斷線。

1.2 案例分析

1.2.1 現(xiàn)場檢查

該線路N1-N2號塔B相導(dǎo)線在距離耐張線夾5.7 m位置發(fā)生斷線，其絞合式碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線內(nèi)部碳芯斷口整齊，外部鋁絞線斷裂有變形，如圖1所示。

圖1 絞合式碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線斷線現(xiàn)場檢查組圖

該線路采用新型ACMCC-240/30絞合式碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線，采用氣象條件最大設(shè)計風(fēng)速為25 m/s（10 m高），5 mm覆冰設(shè)計，導(dǎo)線參數(shù)及設(shè)計氣象條件見表1。

表1 ACMCC-240/30絞合式碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線參數(shù)

根據(jù)GB 50545—2010《110 kV～750 kV架空輸電線路設(shè)計規(guī)范》要求，本工程架線導(dǎo)線安全系數(shù)取2.5，地線安全系數(shù)取3。即該導(dǎo)線最大使用應(yīng)力為109.678 9 N/mm，最大使用張力為29 514.600 0 N。

對照百米弧垂表得出，AG1-AG2為孤立檔，空氣溫度20℃時（取當日氣溫）設(shè)計放線弧垂為8.65 m，導(dǎo)線應(yīng)力為46.4 N/mm，導(dǎo)線張力為12 486.34 N。導(dǎo)線應(yīng)力為導(dǎo)線最大使用應(yīng)力42.3%，導(dǎo)線張力為最大使用張力42.3%，滿足導(dǎo)線使用要求。現(xiàn)場實測，施工放線弧垂為11.09 m，大于設(shè)計放線弧垂（8.65 m）。導(dǎo)線應(yīng)力小于46.4 N/mm，導(dǎo)線張力小于12 486.34 N，滿足導(dǎo)線使用要求。

1.2.2 導(dǎo)線檢測

將本線路采用的新型ACMCC-240/30絞合式碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線進行取樣，取3個樣品進行外徑、表面質(zhì)量、截面積、線密度、直流電阻、節(jié)徑比及絞向以及常溫拉斷力共7項檢測（見表2、表3），并依據(jù)GB/T 32502—2016《復(fù)合材料芯架空導(dǎo)線》及技術(shù)規(guī)范書得出相應(yīng)檢測結(jié)論：所檢項目外徑與常溫拉斷力符合技術(shù)規(guī)范要求，其余項均符合標準要求。

表2 線路設(shè)計氣象條件

表3 外徑、截面積、節(jié)徑比及絞向檢測數(shù)據(jù)表

表面質(zhì)量檢測：復(fù)合芯導(dǎo)線表面未發(fā)現(xiàn)有肉眼（或正常校準視力）可見缺陷，無明顯失誤劃痕、壓痕等，未發(fā)現(xiàn)與良好的商品不相稱的任何缺陷。

1.3 原因初步分析

結(jié)合現(xiàn)場檢查情況及絞合式碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線樣品的外徑、表面質(zhì)量、截面積、線密度、直流電阻、節(jié)徑比及絞向、常溫拉斷力共7項檢測結(jié)果，并考慮到絞合式碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線作為新型導(dǎo)線在重量、載流能力方面優(yōu)勢明顯，但其本身存在的抗彎能力低和易折斷的缺點目前暫無有效的檢測方法，初步判斷本次導(dǎo)線斷線的原因為：絞合式碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線在生產(chǎn)、運輸、施工、運行環(huán)境等相關(guān)環(huán)節(jié)中已發(fā)生碳芯受損，按照傳統(tǒng)架線施工工藝和現(xiàn)有的紅外測溫及外觀檢查的運維手段未能發(fā)現(xiàn)碳芯受損情況，從而造成導(dǎo)線斷線。

表4 直流電阻、線密度、常溫拉斷力檢測數(shù)據(jù)表

1.4 實踐建議

針對碳纖維復(fù)合導(dǎo)線斷線的案例，結(jié)合碳纖維復(fù)合導(dǎo)線的實踐經(jīng)驗提出如下建議。

（1）精細管理碳纖維復(fù)合導(dǎo)線。遵循小心輕放的原則，線盤在運輸或存放過程中不能單一面受力，禁止導(dǎo)線過盤；起重機起吊線盤應(yīng)在中心孔位放置承重軸起吊；叉車運輸線盤時應(yīng)從其側(cè)面接近，線盤豎立叉，且線盤存放應(yīng)保持向上；線盤儲存于干燥、堅硬、水平的地面環(huán)境中，且儲存時間達3個月以上時，其儲存環(huán)境不能受到惡劣天氣的影響并使用鐵盤包裝。

（2）施工安裝關(guān)注點。牽張場的布置時，張力機應(yīng)布置于順線路方向，不得使用落地滑車等方式轉(zhuǎn)向，且導(dǎo)線進張力機的水平夾角不應(yīng)大于10°。若大于10°，在導(dǎo)線盤和張力機之間安裝不小于導(dǎo)線直徑30倍工作直徑的滑車，將導(dǎo)線引入張力機導(dǎo)向輪，專用滑車投入使用將有效避免導(dǎo)線折斷。嚴禁使用小滑車展放碳纖維復(fù)合導(dǎo)線，滑車的直徑Ds（槽底部）不低于30×導(dǎo)線直徑；第一個滑車以及最后一個滑車的正切角應(yīng)稍大，如40×導(dǎo)線直徑；槽半徑Rg范圍不低于0.55×導(dǎo)線直徑；槽深Dg＞1.25×導(dǎo)線直徑；槽展開角為Gf范圍15°~20°。如圖2所示。

圖2 放線滑車相關(guān)參數(shù)示意

（3）配置碳纖維復(fù)合導(dǎo)線專用金具。卡線器的尺寸、實際夾持強度必須與導(dǎo)線匹配；網(wǎng)套連接器使用廠家配套專用捆綁工具，以防止卡線器磨損、尺寸不匹配或網(wǎng)套連接器捆綁過渡導(dǎo)致的碳芯滑動或者損傷導(dǎo)線。正確使用提線器提線，以防止在提線過程中導(dǎo)線過度彎曲，碳芯損的損傷。

（4）實時監(jiān)控導(dǎo)線彎曲度。施工過程中與導(dǎo)線直接接觸的機具張力機、放線滑車、卡線器、提線器和壓接機模具應(yīng)滿足碳纖維導(dǎo)線特性的要求，以保證導(dǎo)線曲折率的最大化。導(dǎo)線展放線的任何環(huán)節(jié)均應(yīng)避免將碳纖維復(fù)合導(dǎo)線彎曲成銳角或小直徑彎曲導(dǎo)線，尤其是卡線器的位置未被正確固定，導(dǎo)致導(dǎo)線碳芯彎曲角度不正確，且不允許導(dǎo)線在放線過程中彈跳，或使用直徑低于500 mm的獨輪飛車坐人在導(dǎo)線上滑動。碳纖維復(fù)合導(dǎo)線抗拉不抗折的特性決定了任何環(huán)節(jié)導(dǎo)致的碳纖維復(fù)合導(dǎo)線彎曲成銳角的情況可直接斷定導(dǎo)線碳芯折斷。

（5）確保所有與導(dǎo)線接觸的連接件都具有與線路設(shè)計相同的允許工作溫度，以防止配件因高于設(shè)計溫度而失去強度。如：防震錘、間隔棒、端子板、絕緣子、接續(xù)管、耐張線夾、引流板、纖維化合物、螺栓等。

（6）實施碳纖維復(fù)合導(dǎo)線運行全生命周期跟蹤，從導(dǎo)線的承載負荷、彎曲度、配件金具、運行環(huán)境以及溫度變化等多方面探索碳纖維復(fù)合導(dǎo)線運行情況，實時評估運行狀況，推斷剩余運行時間，以逐漸掌握碳纖維導(dǎo)線的最佳運行時間，從而避免碳纖維復(fù)合導(dǎo)線進入生命末期出現(xiàn)故障后再行更換的后果。

2 結(jié)束語

針對此次碳纖維復(fù)合導(dǎo)線斷線的案例，本文從現(xiàn)場檢查，外徑、表面質(zhì)量、截面積、線密度、直流電阻、節(jié)徑比及絞向、常溫拉斷力7項檢測、原因初步判斷方面進行實例分析，提出碳纖維復(fù)合導(dǎo)線精細管理、施工安裝關(guān)注點、專用金具配置、導(dǎo)線彎曲度實時監(jiān)控、連接件工作溫度、導(dǎo)線運行全生命周期跟蹤6個維度的實踐建議，對于新型碳纖維復(fù)合導(dǎo)線在電力系統(tǒng)高壓輸電線路中的應(yīng)用具有一定的借鑒意義。