一次碳纖維復合導線斷線案例分析

金 麟

（云南電網有限責任公司文山供電局，云南 文山 663000）

碳纖維復合導線是一種全新結構的節能型增容導線，與常規導線相比，具有重量輕、抗拉強度大、耐熱性能好、熱膨脹系數小、高溫弧垂小、導電率高、線損低、載流量大、耐腐蝕性能好和不易覆冰等一系列優點，綜合解決了架空輸電領域存在的各項技術瓶頸，代表了未來架空導線的技術發展趨勢，有助于構造安全、環保、高效節約型輸電網絡，應用在新建線路中，可提高線路的單位輸送容量，確保電網的堅強性，長遠經濟性更好[1-2]。應用在大跨越線路中，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線路工程中應用碳纖維復合導線時，110 kV線路N1-N2號塔B相導線在距離耐張線夾5.7 m位置發生斷線的案例，從現場檢查及檢測結果進行實例分析，并結合碳纖維復合導線的實踐經驗提出建議。

1 案例經過及分析

1.1 案例經過

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，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。鐵塔數量17基；該線路N1-N2號塔B相導線在距離耐張線夾5.7 m位置發生斷線。

1.2 案例分析

1.2.1 現場檢查

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

圖1 絞合式碳纖維復合芯導線斷線現場檢查組圖

該線路采用新型ACMCC-240/30絞合式碳纖維復合芯導線，采用氣象條件最大設計風速為25 m/s（10 m高），5 mm覆冰設計，導線參數及設計氣象條件見表1。

表1 ACMCC-240/30絞合式碳纖維復合芯導線參數

根據GB 50545—2010《110 kV～750 kV架空輸電線路設計規范》要求，本工程架線導線安全系數取2.5，地線安全系數取3。即該導線最大使用應力為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）設計放線弧垂為8.65 m，導線應力為46.4 N/mm，導線張力為12 486.34 N。導線應力為導線最大使用應力42.3%，導線張力為最大使用張力42.3%，滿足導線使用要求?，F場實測，施工放線弧垂為11.09 m，大于設計放線弧垂（8.65 m）。導線應力小于46.4 N/mm，導線張力小于12 486.34 N，滿足導線使用要求。

1.2.2 導線檢測

將本線路采用的新型ACMCC-240/30絞合式碳纖維復合芯導線進行取樣，取3個樣品進行外徑、表面質量、截面積、線密度、直流電阻、節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GB/T 32502—2016《復合材料芯架空導線》及技術規范書得出相應檢測結論：所檢項目外徑與常溫拉斷力符合技術規范要求，其余項均符合標準要求。

表2 線路設計氣象條件

表3 外徑、截面積、節徑比及絞向檢測數據表

表面質量檢測：復合芯導線表面未發現有肉眼（或正常校準視力）可見缺陷，無明顯失誤劃痕、壓痕等，未發現與良好的商品不相稱的任何缺陷。

1.3 原因初步分析

結合現場檢查情況及絞合式碳纖維復合芯導線樣品的外徑、表面質量、截面積、線密度、直流電阻、節徑比及絞向、常溫拉斷力共7項檢測結果，并考慮到絞合式碳纖維復合芯導線作為新型導線在重量、載流能力方面優勢明顯，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，初步判斷本次導線斷線的原因為：絞合式碳纖維復合芯導線在生產、運輸、施工、運行環境等相關環節中已發生碳芯受損，按照傳統架線施工工藝和現有的紅外測溫及外觀檢查的運維手段未能發現碳芯受損情況，從而造成導線斷線。

表4 直流電阻、線密度、常溫拉斷力檢測數據表

1.4 實踐建議

針對碳纖維復合導線斷線的案例，結合碳纖維復合導線的實踐經驗提出如下建議。

（1）精細管理碳纖維復合導線。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，禁止導線過盤；起重機起吊線盤應在中心孔位放置承重軸起吊；叉車運輸線盤時應從其側面接近，線盤豎立叉，且線盤存放應保持向上；線盤儲存于干燥、堅硬、水平的地面環境中，且儲存時間達3個月以上時，其儲存環境不能受到惡劣天氣的影響并使用鐵盤包裝。

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

圖2 放線滑車相關參數示意

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

（4）實時監控導線彎曲度。施工過程中與導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滿足碳纖維導線特性的要求，以保證導線曲折率的最大化。導線展放線的任何環節均應避免將碳纖維復合導線彎曲成銳角或小直徑彎曲導線，尤其是卡線器的位置未被正確固定，導致導線碳芯彎曲角度不正確，且不允許導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線上滑動。碳纖維復合導線抗拉不抗折的特性決定了任何環節導致的碳纖維復合導線彎曲成銳角的情況可直接斷定導線碳芯折斷。

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

（6）實施碳纖維復合導線運行全生命周期跟蹤，從導線的承載負荷、彎曲度、配件金具、運行環境以及溫度變化等多方面探索碳纖維復合導線運行情況，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線的最佳運行時間，從而避免碳纖維復合導線進入生命末期出現故障后再行更換的后果。

2 結束語

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