艾文君 張博 宋高麗 劉澤輝

摘 要：碳纖維導(dǎo)線作為一種新型架空輸電導(dǎo)線，因其優(yōu)越的性能，已在電網(wǎng)中大范圍推廣應(yīng)用，但在舞動區(qū)應(yīng)用的情況尚未可知。為了研究碳纖維導(dǎo)線的舞動特性，本文以型號為500k JLRX/FIB-400/50的碳纖維導(dǎo)線為樣本，于舞動區(qū)的真型試驗(yàn)線路進(jìn)行了為期18個月的掛網(wǎng)試驗(yàn)研究。試驗(yàn)期間，通過在線監(jiān)測系統(tǒng)得到導(dǎo)線實(shí)時舞動張力數(shù)據(jù)，并據(jù)此對碳纖維導(dǎo)線的舞動形態(tài)特征和張力特征進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：碳纖維導(dǎo)線；真型試驗(yàn)線路；舞動形態(tài)特征；張力特征

中圖分類號：TM752 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-5168（2018）20-0078-03

Research on the Galloping Characteristic of Aluminum Conductor

Carbon Core based on True Type Test Lines

AI Wenjun1，2 ZHANGH Bo1，2 SONG Gaoli1，2 LIU Zehui1，2

（1.Electric Power Research Institute of State Grid Henan Electric Power Company，Zhengzhou Henan 450002；2. State Grid Key Laboratory of Power Overhead Transmission Line Galloping Prevention Technique， Zhengzhou Henan 450002）

Abstract： As a new type of overhead transmission line， ACCC（Aluminum Conductor Carbon Core） has been widely applied in the power grid because of its superior performance， but the application in the galloping area is not known. In order to study the galloping characteristics of ACCC， the model of 500k JLRX/FIB-400/50 ACCC was used as a sample， and a 18-month network test was conducted on the true type test line of the dancing area. During the test， the real-time dancing tension data of the wire was obtained through the online monitoring system， and the galloping characteristics and tension characteristics of ACCC were analyzed.

Keywords： ACCC；true type test line；galloping characteristic；tension characteristic

近年來，由于氣象復(fù)雜多變，輸電線路舞動頻繁發(fā)生，對電網(wǎng)造成了重大損害。我國地貌豐富多樣，是世界上舞動災(zāi)害最頻發(fā)、舞動區(qū)域最廣大的國家之一[1]。由于碳纖維導(dǎo)線在配電線路增容改造工程中的大量使用及其制造成本持續(xù)降低，在新建線路和高電壓等級線路中被大量推廣應(yīng)用，且得到廣泛認(rèn)可[2，3]。這意味著未來將會出現(xiàn)大量穿越舞動高發(fā)區(qū)的碳纖維導(dǎo)線線路。美國最早從2004年開始在德克薩斯州230kV的輸電線路上安裝碳纖維導(dǎo)線，我國于2006年在福建省、遼寧省的220kV線路增容改造中使用這種導(dǎo)線，隨后在其他省份推廣應(yīng)用[4]。但目前，國內(nèi)外尚沒有關(guān)于碳纖維導(dǎo)線在舞動區(qū)應(yīng)用的跟蹤報道，對碳纖維導(dǎo)線舞動形態(tài)特征及張力特征的研究也較少[5，6]。

因此，在新建線路和高電壓等級線路中大規(guī)模推廣碳纖維導(dǎo)線之前，有必要開展碳纖維導(dǎo)線在舞動區(qū)的應(yīng)用研究，重點(diǎn)關(guān)注碳纖維導(dǎo)線的舞動特性。

本文通過碳纖維導(dǎo)線在真型線路中的掛網(wǎng)研究，監(jiān)測碳纖維導(dǎo)線在特定氣象條件下的舞動數(shù)據(jù)，如導(dǎo)線舞動幅值、動張力等，并據(jù)此分析碳纖維導(dǎo)線的舞動形態(tài)特征和動張力特征。

1 碳纖維導(dǎo)線的特點(diǎn)

碳纖維導(dǎo)線全稱為碳纖維有機(jī)復(fù)合材料加強(qiáng)芯軟鋁絞線（Aluminum Conductor Composite Core/Trapezoidal Wire，ACCC/TW），是一種全新概念的架空輸電線路用導(dǎo)線。其具有強(qiáng)度高、線損低、導(dǎo)電率高、弧垂小、允許工作溫度高、載流量大、重量輕、耐腐蝕、使用壽命長和投資比高等特點(diǎn)。

與具有相同直徑的普通鋼芯鋁絞線相比，碳纖維導(dǎo)線的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，內(nèi)部芯棒為碳纖維樹脂復(fù)合材料包覆一層玻璃纖維樹脂復(fù)合材料制成，外部兩層為一系列呈梯形截面的軟鋁線絞合而成，如圖1所示。在性能上，碳纖維導(dǎo)線芯線抗拉強(qiáng)度是普通導(dǎo)線的2倍，彈性模量是普通導(dǎo)線的1/2，綜合拉斷力是普通導(dǎo)線的1.3倍。

2 真型試線路掛網(wǎng)方案

2.1 導(dǎo)線參數(shù)

本文選用國內(nèi)典型碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線廠家生產(chǎn)的碳纖維導(dǎo)線作為樣本，以三相四分裂的形式懸掛于實(shí)驗(yàn)室真型輸電線路的3#塔—6#塔之間。試驗(yàn)參數(shù)如表1所示。

2.2 導(dǎo)線布置

真型試驗(yàn)線路#3—#6段為緊湊型試驗(yàn)線路段，可懸掛四分裂導(dǎo)線和六分裂導(dǎo)線，線路三相呈倒三角布置（見圖2）。由#3—#6面向大號側(cè)分左右，各相導(dǎo)線由右至左（由南向北）依次命名為A相（南相）、B相（中相）和C相（北相）。試驗(yàn)檔距如表2所示，桿塔類型參數(shù)如表3所示。

2.3 金具使用情況

為了模擬真實(shí)線路舞動情況，此次研究中線路金具完全按照線路設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。使用到的金具主要有以下4種。①耐張線夾，用于固定導(dǎo)線，以承受導(dǎo)線張力，并將導(dǎo)線掛至耐張串組或桿塔上的金具。②懸垂線夾，用于將導(dǎo)線固定在直線桿塔的絕緣子串上，廣泛使用的主要有2種類型，即預(yù)絞式線夾和老式船型線夾。此次研究用到的是預(yù)絞式懸垂線夾。③防振錘，用來減少導(dǎo)線因風(fēng)力作用產(chǎn)生的震動。④四分裂子間隔棒，用于分裂導(dǎo)線中限制子導(dǎo)線之間的相對運(yùn)動及在正常運(yùn)行情況下保持分裂導(dǎo)線的幾何形狀。常見的類型有4種：預(yù)絞絲固定Ⅰ型、預(yù)絞絲固定Ⅱ型、常規(guī)Ⅰ型、常規(guī)Ⅱ型。此次研究中用到的是固定方式較為牢固的預(yù)絞絲式四分裂子間隔棒。

3 舞動數(shù)據(jù)分析

3.1 導(dǎo)線舞動形態(tài)特征

本次試驗(yàn)中三相導(dǎo)線由于掛點(diǎn)位置的差異，其舞動特征并不完全相同，具體舞動特征如表4所示。其中，中相導(dǎo)線在#4—#6塔之間舞動幅值與其他兩相不同；三相導(dǎo)線的舞動頻率整體分布相似，只是細(xì)節(jié)上略微存在差別。導(dǎo)線雙半波模態(tài)如圖3所示。典型的頻譜分析結(jié)果如圖4所示。

<3.2 舞動導(dǎo)線張力特征

通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)線舞動時會在預(yù)緊力的基礎(chǔ)上產(chǎn)出交變載荷，引起動態(tài)張力增大。試驗(yàn)中在線監(jiān)測設(shè)備實(shí)時監(jiān)測了導(dǎo)線舞動的幅值和張力數(shù)據(jù)，通過對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析可得出以下結(jié)論。①時間、風(fēng)速和幅值三者成正比關(guān)系[7]，這與已有研究成果一致。圖5為1次典型的導(dǎo)線舞動動態(tài)張力隨風(fēng)速增加的過程。從圖中可以看出，初期，風(fēng)速增幅較大；后期處于平穩(wěn)狀態(tài)。風(fēng)速增大的同時，導(dǎo)線張力幅值也隨之增大，且導(dǎo)線張力幅值曲線與風(fēng)速曲線形態(tài)相似；風(fēng)速和導(dǎo)線張力幅值曲線增幅呈指數(shù)增長。②導(dǎo)線發(fā)生舞動時，最大動態(tài)張力可以達(dá)到靜態(tài)覆冰張力的1.3～1.5倍。圖6為試驗(yàn)中選中的兩個不同舞動時段的導(dǎo)線動態(tài)張力值。

4 結(jié)論

通過此次碳纖維導(dǎo)線在真型線路的掛網(wǎng)試驗(yàn)中的分析研究可得出：碳纖維導(dǎo)線在適當(dāng)?shù)谋L(fēng)載荷作用下會發(fā)生舞動；不同線路參數(shù)和冰風(fēng)條件下導(dǎo)線舞動幅值、張力動態(tài)特性不同；線路舞動時間、風(fēng)速和幅值三者成正比；在試驗(yàn)期間觀測到的碳纖維導(dǎo)線舞動后的最大幅值超過3m，最大動張力為靜態(tài)覆冰張力的1.5倍。

參考文獻(xiàn)：

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[2]魏晗興，朱波，陳原.新型碳纖維復(fù)合芯鋁合金導(dǎo)線的特性研究[J].功能材料，2009（12）：1993-1995.

[3]付晶晶.碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線在輸電線路工程中的應(yīng)用研究[D].保定：華北電力大學(xué)，2014.

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[5]鞠彥忠，李秋晨，孟亞男.碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線與傳統(tǒng)導(dǎo)線的比較研究[J].華東電力，2011（7）：1191-1194.

[6]趙曉鋒.碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線在輸電線路重冰區(qū)域上的應(yīng)用[J].中小企業(yè)管理與科技，2013（6）：217-219.

[7]朱寬軍，劉超群，任西春.架空輸電線路舞動時導(dǎo)線動態(tài)張力分析[J].中國電力，2005（10）：41-44.