丁利　李金新　陸林　王旅航　王善知　劉春城

【摘 要】年來(lái)，我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)得到快速發(fā)展，電力需求增加迅速，部分輸電線(xiàn)路輸送能力不足、部分老舊線(xiàn)路技術(shù)改造困難，如何有效利用目前電網(wǎng)的輸電線(xiàn)路，提高輸電線(xiàn)路走廊單位土地面積的輸送容量、節(jié)約走廊用地，減少輸電線(xiàn)路對(duì)環(huán)境的影響、降低建設(shè)投資，是電力基礎(chǔ)建設(shè)必須關(guān)注的一個(gè)問(wèn)題。各國(guó)科研工作者為了解決這一難題開(kāi)發(fā)了碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線(xiàn)。與鋼芯導(dǎo)線(xiàn)相比，新型復(fù)合芯導(dǎo)線(xiàn)重量更輕，強(qiáng)度更大，熱膨脹系數(shù)更小，彈性系數(shù)更高，導(dǎo)電性能更好，且耐腐蝕、線(xiàn)損低等優(yōu)點(diǎn)。

【關(guān)鍵詞】碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線(xiàn)；機(jī)械性能試驗(yàn)；溫度—弛度特性

0 引言

我國(guó)是個(gè)缺電的國(guó)家，不僅發(fā)電業(yè)的發(fā)展滯后，輸電行業(yè)的缺點(diǎn)也顯現(xiàn)出來(lái)，線(xiàn)路已不能承受容量擴(kuò)大的需求，而且因?yàn)檫^(guò)負(fù)荷造成的停電斷電故障頻繁發(fā)生，電力傳輸成為電力工業(yè)發(fā)展的“瓶頸”，各國(guó)均在研究新型架空導(dǎo)線(xiàn)，用來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鋼芯鋁絞線(xiàn)，碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線(xiàn)也由此而產(chǎn)生。

ACCC碳纖維復(fù)合導(dǎo)線(xiàn)是目前全世界電力輸變電系統(tǒng)理想的取代傳統(tǒng)的鋼芯鋁鉸導(dǎo)線(xiàn)、鋁包鋼導(dǎo)線(xiàn)、鋁合金導(dǎo)線(xiàn)及進(jìn)口殷剛導(dǎo)線(xiàn)的新產(chǎn)品，ACCC碳纖維復(fù)合導(dǎo)線(xiàn)與傳統(tǒng)導(dǎo)線(xiàn)相比具有重量輕、強(qiáng)度大、低線(xiàn)損、弛度小、耐高溫、耐腐蝕、與環(huán)境親和等優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了電力傳輸?shù)墓?jié)能、環(huán)保與安全。ACCC碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線(xiàn)現(xiàn)在正處于自主研發(fā)階段，但有些技術(shù)還依賴(lài)于國(guó)外，還未給予系統(tǒng)研究，比如導(dǎo)線(xiàn)的疲勞性能，耐高溫、耐久性能等研究目前還處于空白階段，這些性能參數(shù)對(duì)于開(kāi)發(fā)ACCC導(dǎo)線(xiàn)是至關(guān)重要的，隨著電網(wǎng)輸電能力以及抗災(zāi)能力的不斷提高，無(wú)論從節(jié)能、節(jié)地、節(jié)材、環(huán)保和提高輸電能力等方面綜合來(lái)看，ACCC導(dǎo)線(xiàn)具有重大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

1 碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線(xiàn)疲勞振動(dòng)與機(jī)械性能

導(dǎo)線(xiàn)以 25%RTS 張力架設(shè)，一端懸垂，一端固定。振動(dòng)臺(tái)在導(dǎo)線(xiàn)某個(gè)共振頻率（一般取 20～40 Hz）下振動(dòng)，并控制試驗(yàn)的振動(dòng)角 25′～30′，振動(dòng)停止后，打開(kāi)懸垂線(xiàn)夾。觀察懸垂線(xiàn)夾處導(dǎo)線(xiàn)是否發(fā)生斷股。將激振臺(tái)的激振幅度調(diào)為10mm，激振頻率為39Hz左右，此時(shí)導(dǎo)線(xiàn)與激振器發(fā)生諧振。在懸垂線(xiàn)夾處，用鋁層將碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線(xiàn)纏繞包裹，防止在振動(dòng)過(guò)程中，碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線(xiàn)發(fā)生磨損。在微風(fēng)振動(dòng)疲勞測(cè)試系統(tǒng)上，記錄導(dǎo)線(xiàn)振動(dòng)開(kāi)始后的時(shí)間、頻率、振幅、波長(zhǎng)和波幅，直至碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線(xiàn)發(fā)生斷股。導(dǎo)線(xiàn)長(zhǎng)度為65m，在導(dǎo)線(xiàn)兩端施加25%RTS的荷載，額定抗拉力為193.1KN，振動(dòng)過(guò)程中半波長(zhǎng)為1.9m。

由表1可知，碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線(xiàn)在振動(dòng)試驗(yàn)過(guò)程中，其振動(dòng)振幅始終保持在10mm，在振動(dòng)開(kāi)始6h之內(nèi)，其振動(dòng)頻率為37.8HZ，以后保持在39.0HZ，計(jì)算過(guò)程中取其頻率值為39.0HZ。振動(dòng)累計(jì)時(shí)間為174h（626400s）?？捎?jì)算得到在微風(fēng)疲勞試驗(yàn)振動(dòng)中，振動(dòng)臺(tái)模擬的風(fēng)速，其值為4.875m/s。碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線(xiàn)鋁股斷裂時(shí)，導(dǎo)線(xiàn)的總的振動(dòng)次數(shù)為24403680次。

2 碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線(xiàn)溫度特性研究

本文研究了鋼芯軟鋁絞線(xiàn)和碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線(xiàn)在高溫作用下其弧垂變化特性。為碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線(xiàn)在熱帶地區(qū)的應(yīng)用提供試驗(yàn)數(shù)據(jù)參考。

2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)置

導(dǎo)線(xiàn)的溫度特性試驗(yàn)是測(cè)試在快速升溫條件下，導(dǎo)線(xiàn)的弛度變化規(guī)律。因此，試驗(yàn)設(shè)置如下：

（1）導(dǎo)線(xiàn)的跨距為49.8m，分兩個(gè)檔距，跨中檔距采用懸垂線(xiàn)夾加持。

（2）導(dǎo)線(xiàn)的接頭采用壓接方式，導(dǎo)線(xiàn)連接在液電拉力試驗(yàn)機(jī)上。

（3）在導(dǎo)線(xiàn)的兩端施加25%RTS荷載。

（4）導(dǎo)線(xiàn)表面無(wú)明顯損傷，線(xiàn)股無(wú)松股。

（5）在懸垂線(xiàn)夾兩端設(shè)置加熱源。用連接變電器的壓件裹置銅絲在導(dǎo)線(xiàn)上，通入銅絲的電流為低電壓大電流。

（6）用米尺測(cè)量檔距中間處的導(dǎo)線(xiàn)弧垂。

2.2 加載方式

在碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線(xiàn)上設(shè)置四個(gè)溫度測(cè)點(diǎn)，用溫度測(cè)試儀連接在溫度測(cè)點(diǎn)。 采用溫度測(cè)試儀測(cè)量導(dǎo)線(xiàn)的溫度。逐漸增加導(dǎo)線(xiàn)的溫度，每5℃記錄一次，取四個(gè)溫度的平均值為導(dǎo)線(xiàn)此刻的溫度值。從室內(nèi)溫度開(kāi)始測(cè)量，測(cè)量到160℃。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，得出碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線(xiàn)和鋼芯軟鋁絞線(xiàn)的溫度—弧垂曲線(xiàn)。由圖1可知，相對(duì)于鋼芯軟鋁絞線(xiàn)，碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線(xiàn)在80℃左右時(shí)弧垂出現(xiàn)拐點(diǎn)。在80℃之前時(shí)，碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線(xiàn)的弧垂增加較大，80℃之后碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線(xiàn)的弧垂增加量較小，趨于平衡。而鋼芯軟鋁絞線(xiàn)的溫度—弧垂增加量變化幅度較大，相對(duì)于碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線(xiàn)的弧垂大。

3 結(jié)束語(yǔ)

碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線(xiàn)是一種新型的導(dǎo)線(xiàn)，盡管為電網(wǎng)的增容提供全新的解決途徑，由于技術(shù)與歷史的原因，我國(guó)沒(méi)有對(duì)碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線(xiàn)進(jìn)行全面的檢測(cè)與評(píng)估，本篇文章就是著重于碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線(xiàn)良好的發(fā)展前景，為碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線(xiàn)的運(yùn)行提供了試驗(yàn)的基礎(chǔ)和理論分析。

主要成果如下：

（1）對(duì)ACCC導(dǎo)線(xiàn)進(jìn)行了一系列力學(xué)性能試驗(yàn)。通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，ACCC的彈性模數(shù)高于常規(guī)的鋼芯鋁絞線(xiàn)，這有利于ACCC的抗張力性能。

（2）通過(guò)對(duì)ACCC和鋼芯軟鋁絞線(xiàn)進(jìn)行溫度—弛度特性試驗(yàn)，通過(guò)試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，同等條件下，ACCC的弧垂比鋼芯軟鋁絞線(xiàn)的弧垂小，而且伴隨溫度的增加，ACCC的弧垂變化較小。ACCCC存在溫度折點(diǎn)，而且在這溫度折點(diǎn)以下，ACCC的弧垂與鋼芯軟鋁絞線(xiàn)相差不大，但是當(dāng)運(yùn)行溫度在溫度拐點(diǎn)以上時(shí)，ACCC的弧垂與鋼芯軟鋁絞線(xiàn)的弧垂相差卻很大，這非常利于碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線(xiàn)在高溫下運(yùn)用，也說(shuō)充分說(shuō)明該導(dǎo)線(xiàn)對(duì)電網(wǎng)有很好的擴(kuò)容性。

【參考文獻(xiàn)】

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[責(zé)任編輯：王偉平]