黃鵬賢 陳 強(qiáng)

?

碳纖維導(dǎo)線跨江架線施工技術(shù)的探討

黃鵬賢 陳 強(qiáng)

福建省第二電力建設(shè)公司

碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線是一種節(jié)能型增容導(dǎo)線，其加強(qiáng)芯由特高強(qiáng)度碳纖維合成的芯棒替代傳統(tǒng)的鋼芯和鋼絞線，外層鋁采用定形鋁絞合而成。在相同導(dǎo)體截面的情況下，相對(duì)于傳統(tǒng)鋼芯鋁絞線，能輸送更多電能理想的一種新型導(dǎo)線。碳纖維導(dǎo)線施工是一項(xiàng)新技術(shù)、新工藝，我們按照廠家提供的相關(guān)資料和施工技術(shù)規(guī)范，著重強(qiáng)調(diào)碳纖維導(dǎo)線架線施工關(guān)鍵點(diǎn)、特殊要求以及專(zhuān)用工具的使用，總結(jié)出行之有效的施工方法，以提高施工質(zhì)量和工藝水平。

碳纖維導(dǎo)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(yè)的快速發(fā)展，考慮今后賽江河道升級(jí)通航船只噸位增加等因素，同時(shí)消除對(duì)本工程今后安全運(yùn)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(dǎo)線，該耐張段線路長(zhǎng)1.569km，共有4基鐵塔。具體現(xiàn)場(chǎng)布置見(jiàn)附圖。

2 新、舊導(dǎo)線結(jié)構(gòu)特性(見(jiàn)表1)

表1 新、舊導(dǎo)線結(jié)構(gòu)特性

ACCC-1020單根碳纖維導(dǎo)線

3 架線施工計(jì)算

3.1 控制檔選擇

本牽張段有2個(gè)重要跨越檔#15-#16、#16-#17，需分別計(jì)算原導(dǎo)線牽放新碳纖維導(dǎo)線時(shí)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(mén)的要求，施工時(shí)主航道#15-#16檔、次航道#16-#17檔繩線對(duì)江面距離應(yīng)保持30米以上（最高水位時(shí)），以此作為計(jì)算依據(jù)。由設(shè)計(jì)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(diǎn)距兩桿塔的水平距離m；),計(jì)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(jù)張力機(jī)出口張力計(jì)算牽引力

張力機(jī)出口張力為: HO= Hi/Ki

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

經(jīng)計(jì)算HO=25.9kN

i—各檔編號(hào)，張力機(jī)到鄰塔i=1張力機(jī)鄰塔到第二基塔i=2，余此類(lèi)推，牽引機(jī)到鄰塔為施工段最后一個(gè)線檔；

ε—放線滑車(chē)綜合阻力系數(shù)，可取ε=1.008~1.010；

TP—導(dǎo)線的保證計(jì)算拉斷力，N；

hi—第i檔懸點(diǎn)高差，牽引機(jī)端懸點(diǎn)高于張力機(jī)端，hi取正值，反之取負(fù)值，m；

經(jīng)分析，最大牽引力Pmax出現(xiàn)在碳纖維導(dǎo)線快到牽引場(chǎng)時(shí)。

Pmax=m [HO*εn+w*（h1*εn+h2*εn-1…h(huán)nε+hn）] 計(jì)算Pmax=41.3kN

ε—滑車(chē)綜合阻力系數(shù)，計(jì)算牽引力時(shí)可取1.012～1.015；

n—施工段內(nèi)放線滑車(chē)總個(gè)數(shù)；

m—同時(shí)牽放的子導(dǎo)線根數(shù)。

3.3 最終緊線張力

經(jīng)計(jì)算溫度為20℃時(shí)，張力為46.8 kN；溫度為25℃時(shí)，張力為46.0 kN；溫度為30℃時(shí)，張力為45.3kN；

4 方案選擇及主要設(shè)備配置

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，#14-#17跨江段采用原LGJ-400/35導(dǎo)線牽放ACCC-1020碳纖維導(dǎo)線,利用兩臺(tái)二線張力機(jī)并輪后作為牽張?jiān)O(shè)備，以舊導(dǎo)線牽放新導(dǎo)線，舊導(dǎo)線回牽后直接盤(pán)卷入軸。

依據(jù)架線計(jì)算結(jié)果，選用一臺(tái)二線張力機(jī)（2*35kN）并輪后作為牽引設(shè)備，并后的最大回牽力為70kN；張力場(chǎng)設(shè)置一臺(tái)二線張力機(jī)（2*35kN），考慮在應(yīng)急情況下作為倒?fàn)總溆茫策M(jìn)行并輪；原線路的舊導(dǎo)線LGJ-400/35導(dǎo)線作為牽引繩進(jìn)行一牽一作業(yè)，其破斷力為103.9kN，可滿足要求；放線滑車(chē)選用Φ916三輪放線滑車(chē)（以滿足廠家要求25倍導(dǎo)線外徑的要求）；蛇皮套專(zhuān)門(mén)加工（允許負(fù)荷50kN),專(zhuān)用緊線預(yù)絞絲（允許負(fù)荷80kN）；旋轉(zhuǎn)連接器采用50kN抗彎旋轉(zhuǎn)連接器。

5 方案的實(shí)施

5.1 施工試驗(yàn)

由于本工程碳纖維導(dǎo)線使用張力較大，根據(jù)不同工況下分別對(duì)蛇皮網(wǎng)套、臨時(shí)錨固預(yù)絞絲（單層）、緊線預(yù)絞絲（雙層）連接方式進(jìn)行拉力試驗(yàn)，試驗(yàn)按負(fù)荷的1.25倍控制。綜合考慮碳芯內(nèi)縮、外層軟鋁導(dǎo)線損傷等因素，確定放線時(shí)使用配套專(zhuān)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(dǎo)線，緊線時(shí)使用緊線預(yù)絞絲，預(yù)絞絲設(shè)計(jì)雙層（加一層護(hù)線條）防止導(dǎo)線外層因緊線張力過(guò)大損傷。臨時(shí)錨固、張力小（張力小于30 kN）時(shí)可使用單層臨錨預(yù)絞絲。

導(dǎo)線耐張線夾壓接采用反壓后進(jìn)行握著力試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果均符合設(shè)計(jì)要求。

5.2 牽張場(chǎng)布置

張力場(chǎng)布置在#17大號(hào)側(cè)，因#14地形受限，故將牽引場(chǎng)布置在#13小號(hào)側(cè)。

5.3 懸掛滑車(chē)、原導(dǎo)線與牽張機(jī)對(duì)接

根據(jù)碳纖維導(dǎo)線特性及包絡(luò)角計(jì)算，放線滑車(chē)段內(nèi)均選用φ916雙滑車(chē)，允許荷載為80kN），滿足要求，兩滑車(chē)間用L50*6角鋼撐開(kāi)。

直線塔：直接利用原線路的懸垂串懸掛放線滑車(chē)，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(dǎo)線上的鋁包帶、防振錘，將導(dǎo)線移入放線滑車(chē)中。

耐張塔：待耐張段內(nèi)的各直線塔懸垂線夾更換為放線滑車(chē)后，拆除耐張塔的引流線及防振錘等附件，然后在下子導(dǎo)線與耐張串間利用1-1滑車(chē)組，卸掉耐張線夾與耐張串的連接銷(xiāo)釘，鋸掉耐張線夾引流板，將從張力場(chǎng)側(cè)放過(guò)來(lái)碳纖維導(dǎo)線穿過(guò)放線滑車(chē)的碳纖維導(dǎo)線與#17塔小號(hào)側(cè)耐張線夾鋼錨相連（碳纖維導(dǎo)線+專(zhuān)用蛇皮套+5噸旋轉(zhuǎn)連接器+φ17.5鋼絲繩套+5噸抗彎旋轉(zhuǎn)連接器+400/35鋼錨），另外一根保持掛線狀態(tài)；同時(shí)牽引場(chǎng)展放φ18牽引繩至#14塔上與大號(hào)側(cè)耐張線夾鋼錨完成對(duì)接。

5.4 導(dǎo)線展放及臨時(shí)過(guò)渡

導(dǎo)線利用一根舊線牽新線，另外一根保持掛線狀態(tài)，待放線后松線拆除。在放線過(guò)程，沿線各桿號(hào)護(hù)線人員應(yīng)監(jiān)護(hù)連接頭位置，連接點(diǎn)不應(yīng)直接過(guò)滑車(chē)，待連接頭快到達(dá)滑車(chē)口時(shí)，應(yīng)停止?fàn)恳捎媒g磨臨時(shí)過(guò)渡將連接頭通過(guò)滑車(chē)后，再恢復(fù)正常牽引速度。

由于該段碳纖維導(dǎo)線按#14-#17耐張段配置長(zhǎng)度，盤(pán)長(zhǎng)1680m，但張力場(chǎng)距離#17塔510米，盤(pán)中余線難以滿足張力場(chǎng)設(shè)置較要求，所以在導(dǎo)線剩下5圈時(shí)換盤(pán)，將φ18牽引繩接上旋轉(zhuǎn)連接器與導(dǎo)線相連（碳纖維導(dǎo)線+專(zhuān)用蛇皮套+5噸抗彎旋轉(zhuǎn)連接器+φ18牽引繩）跟出張力機(jī)，直至碳纖維導(dǎo)線到達(dá)#14塔。

牽引過(guò)程要求派專(zhuān)人觀測(cè)繩線馳度，監(jiān)測(cè)點(diǎn)位于#15-#16-#17檔，在沒(méi)有船通過(guò)時(shí)，盡量放低張力，#16-#17檔弧垂最低點(diǎn)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(guò)，應(yīng)提前提高導(dǎo)線弧垂至最高水位30米以上并停止?fàn)恳^(guò)后再繼續(xù)牽引。施工過(guò)程三相導(dǎo)線應(yīng)盡量保持相近的放線張力。

為保證導(dǎo)線在張力機(jī)進(jìn)口與出口處張力差較小，張力放線架應(yīng)設(shè)置油壓裝置，以防止碳纖維導(dǎo)線在張力機(jī)滾筒內(nèi)松股或起燈籠。

5.5 錨線

跨江段導(dǎo)線由#17塔往#14塔方向牽引，當(dāng)碳纖維導(dǎo)線牽引至#14塔時(shí)，停止?fàn)恳瑢⒖缃螌?dǎo)線直接錨于#14大號(hào)側(cè)絕緣子串聯(lián)板上（用2個(gè)10tU型環(huán)鎖在三角聯(lián)板兩邊用φ17.5短鋼絲繩對(duì)連），然后進(jìn)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(zhuān)用緊線器錨住導(dǎo)線），錨線位置應(yīng)考慮便于進(jìn)行#14塔高空壓接、掛線；掛線完畢慢慢松出碳纖維導(dǎo)線錨線裝置，直至拆除；此時(shí)應(yīng)注意觀察江面上的導(dǎo)線弧垂，若太低應(yīng)在#17側(cè)將導(dǎo)線收緊。其間應(yīng)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(dǎo)線耐張線夾與聯(lián)板分離；

5.6 緊線、觀測(cè)馳度

待#14塔大號(hào)側(cè)錨線壓接掛線完畢后，在張力場(chǎng)進(jìn)行跨江段緊線。在導(dǎo)線上安裝專(zhuān)用緊線器進(jìn)行緊線，緊線完畢，用專(zhuān)用緊線器+9噸鏈條葫蘆+10噸U型環(huán)錨在耐張串上（同#14操作），以手板葫蘆微調(diào)耐張段的弧垂后劃印、壓接、掛線。

#15-#16檔、#16-#17檔作為觀測(cè)檔，在塔上利用自行加工的夾具固定經(jīng)緯儀采用等長(zhǎng)法進(jìn)行弛度觀測(cè)，弧垂調(diào)整按照緊-松-緊、遠(yuǎn)-中-近的方式進(jìn)行，先調(diào)整距前緊頭最遠(yuǎn)的弧垂觀測(cè)檔，此檔不宜收緊過(guò)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(cè)檔弧垂達(dá)到規(guī)定值（使其弧垂合格或略大于要求弧垂），再收緊導(dǎo)線使距緊線場(chǎng)最近的觀測(cè)檔弧垂達(dá)到規(guī)定值。

因碳纖維導(dǎo)線初伸長(zhǎng)釋放較快，一般24小時(shí)可釋放70%，故馳度應(yīng)嚴(yán)格按設(shè)計(jì)值觀測(cè)，不得采用相間看平的方法觀測(cè)；另外應(yīng)注意耐張線夾出口處導(dǎo)線不得彎折，特別是在調(diào)整馳度時(shí)，要用繩索綁扎，切不可使耐張線夾突然下落，導(dǎo)致碳纖維導(dǎo)線在耐張線夾出口處折斷。

5.7 壓接

ACCC導(dǎo)體的耐張線夾由帶螺紋的、楔形內(nèi)腔的套管（張力元件）、一對(duì)圓柱形楔形夾、拉環(huán)螺栓、鋁過(guò)渡接管及外部鋁壓接套管（鋁端子）元件組成。碳纖維復(fù)合芯通過(guò)楔形線夾與鋼錨連接，楔形線夾對(duì)碳芯的握緊力將成為連接力能夠滿足施工及運(yùn)行安全的關(guān)鍵所在。為保證高空壓接質(zhì)量及工藝要求，壓接前在線上應(yīng)設(shè)置高空平臺(tái)，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(guò)程：

5.7.1根據(jù)張力元件長(zhǎng)度剝?nèi)ザㄩL(zhǎng)的鋁絲，不得損傷復(fù)合芯。當(dāng)完成安裝準(zhǔn)備時(shí)，用鋸切去復(fù)合芯的端頭，用干布清潔復(fù)合芯。

5.7.2將過(guò)渡接管及端子套到導(dǎo)體上，使之不會(huì)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(fù)合芯上，從有螺紋的一端將楔形線夾插入其內(nèi)腔中，楔形小的一端先插入。在張力元件的另一端應(yīng)看得見(jiàn)楔形小的一端。

5.7.4將拉環(huán)螺栓旋入張力元件有螺紋的一端，直至規(guī)定的力矩。

5.7.5插入高溫導(dǎo)電膏。

5.7.6將壓接端子套到張力元件及已旋上的拉環(huán)螺栓上，并將其全部覆蓋。

5.7.7套入過(guò)渡接管直到與機(jī)加工的限位環(huán)相觸。

5.7.8將高溫導(dǎo)電膠插入到壓接端子的孔中。高溫導(dǎo)電膠可將端子內(nèi)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(dǎo)線損傷，故在掛線點(diǎn)橫擔(dān)前后側(cè)施工孔懸掛2付6噸手板葫蘆+配套懸垂線夾XGU-5將導(dǎo)線平衡提起呈八字型，然后進(jìn)行附件安裝。提線應(yīng)保持受力平衡，防止單邊提線受力過(guò)大。

如不能當(dāng)天完成附件安裝應(yīng)設(shè)置臨時(shí)防振，防止因振動(dòng)引起的導(dǎo)線滑線、跑線等意外事故發(fā)生。

6 施工總結(jié)

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

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

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

通過(guò)施工中應(yīng)用和摸索從全過(guò)程控制情況及結(jié)果來(lái)看，達(dá)到預(yù)期效果，對(duì)今后在此類(lèi)施工過(guò)程中，總結(jié)行之有效的施工方法和控制措施，能針對(duì)性的指導(dǎo)施工，為今后同類(lèi)施工積累了經(jīng)驗(yàn)。