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    《碳纖維復合芯導線的應用研究》項目報告

    文章出處:網絡責任編輯:管理員人氣:發表時間:2015-06-24【

    1 項目概述和技術原理

      1.1 項目背景

      針對目前電網中部分輸電線路輸送能力不足、部分老舊線路技術改造困難的情況下,為有效利用目前電網的輸電線路,考慮應用新型碳纖維復合芯導線,提高電網的輸送能力。

      1.2 國內外技術現狀

      我國是個缺電的國家,輸電線路已不堪承受傳輸容量快速擴容的需求,由于過負荷造成的停電、斷電故障頻頻發生,電力傳輸成為電力工業發展的“瓶頸”,各國均在研究新型架空輸電路用導線,以取代傳統的鋼芯鋁絞線。

      目前世界上只有美國、日本、韓國開發出新型殷鋼芯倍容量導線和新型合成導線,國內的產品研制和應用開始起步。碳纖維合成芯導線在國外的應用不長,美國CTC公司生產的ACCC碳纖維合成導線于2004年8月開始試用和運行,國內運行經驗還較少。 copyright 123456

      1.3 項目主要研究內容

      結合常州電網現狀,分析一些老線路的公司技改、基建和業擴工程,選擇在現有導線截面小且需增容的線路上試用新型碳纖維合成芯導線,在不改變現有路徑、通道的情況下,既要大幅度提高線路輸送容量,又要確保線路的安全運行。同時進行相關經濟比較,用較少的投資取得理想的效益。

      從節能、降低成本、增加輸送容量、提高電網安全運行等方面綜合看,推廣應用具有很大的經濟和社會效益。有助于構造安全、環保、高效節約型輸電網絡。

      1.4 項目技術原理

      碳纖維復合芯導線(ACCC),采用高性能碳纖維復合材料作為導線芯材,具有強度高、重量輕、膨脹系數小、耐腐蝕和耐高溫等特點。

      (1)強度高。用碳纖維復合芯替代傳統的鋼芯,抗拉強度是一般鋼絲的1.9倍,允許提高桿塔間的跨距,以降低工程成本。 123456

      (2)線膨脹系數小,弧垂小。復合材料芯線膨脹系數僅為鋼芯的1/8。在相同的實驗條件下,隨著溫度的上升,導線弧垂變化量僅為常規鋼芯鋁絞線的9.6%,高溫下弧垂增量不到鋼芯鋁絞線的1/10,減少架空線交跨距離。

      (3)重量輕。復合材料芯比重為傳統鋼芯的1/4,ACCC導線單位長度重量約為常規鋼芯鋁絞線的60~80%,自重的減輕可使導線荷載減少約25%。

      重量輕和低弧垂的特性可以降低桿塔高度,減輕鐵塔結構強度要求,節省線路綜合造價。

      (4)導電率高,載流量大,運行溫度高。

      ACCC導線的合成碳纖維芯是非鐵磁性材料,不存在磁損和渦流損耗。與鋼芯鋁絞線相比,在相同外徑時,復合芯鋁絞線允許纏繞超過28%截面積的鋁線。ACCC導線外層采用導電率不小于63%IACS的鋁線,鋁導體為耐高溫退火鋁,200℃下能有效運行,常規鋼芯鋁絞線使用溫度極限最大100℃。

    123456



      由于鋁截面增大和提高導線工作溫度,導線的綜合載流量理論上可提高至2倍。


    圖1.4.4 ACCC導線與鋼芯鋁絞線的斷面比較圖

      (5)耐腐蝕性能好。

      ACCC導線的復合芯由玻璃纖維絕緣材料制成,具有較高的耐腐蝕性能,與鋁線之間接觸也不存在電腐蝕問題,可以解決長期運行中的腐蝕問題。

      1.5 項目研究目標

      應用新型合成導線,能夠利用現有桿塔等設施,成倍地大幅度提高傳輸容量,減少傳輸中電力的損耗,同時可以減少土地資源、有色金屬資源等消耗。
    為研究其特性,積累使用和運行經驗,本項目開展碳纖維合成芯導線的應用和研究。

    2 研究方法和技術方案

      2.1 項目研究方法 內容來自123456

      對常州電網中部分輸送能力不足、改造困難的線路,應用碳纖維復合芯導線。

      選擇在現有導線截面小且需增容的線路上試用碳纖維合成芯導線,在不改變現有路徑、通道的情況下,既要大幅度提高線路輸送容量,又要確保線路的安全運行。同時進行相關經濟比較,用較少的投資取得理想的效益。

      項目的研究擬通過以下幾個方面來開展:

      (1) 研究導線的機械力學特性,重新校核線路平斷面,保證安全距離;

      (2) 研究導線的載流特性,確定線路的最大允許工作電流,核算線路在電網各種特殊運行方式下的過負荷能力;

      (3) 分析導線的弧垂與溫度、應力、代表檔距的對應變化關系;

      (4) 導線架線施工和安裝的特殊工藝;

      (5) 研究各種特殊金具的配置;
    本文來自123

      (6) 進行帶負荷運行調試,分析線路運行特殊要求;

      (7) 進行相關經濟比較。

      2.2 項目應用實施方案

      根據電網規劃及運行情況,選定現有導線截面小且需增容的線路之一“110kV常白線”上試用,在不改變現有路徑通道、不對桿塔進行改造的情況下,更換為ACCC碳纖維復合芯導線。

      常白線上現狀接2個110kV變電所,分別是:110kV采菱變,2x50MVA主變;110kV工業園變,2x50MVA主變。另原先還接有110kV湖塘變(2x40MVA),因輸送容量不足,現已臨時斷開。


    圖2.2 改造前110kV常白線接線圖

      原LGJ-185導線只能滿足帶一個變電所2臺主變的要求,遇故障或檢修,帶3臺50MVA主變,需輸送787A,LGJ-185導線就已不能承擔。導線輸送容量的限制給電網運行方式的靈活調整帶來困難。

    123456



      主線段線路已運行有20多年,通道復雜,線下房屋密集,原通道改造(換塔換大導線)很困難。該現狀很適合應用碳纖維復合芯導線。

      原線路導線均為LGJ-185。按最高允許溫度+70℃、基準環境溫度+25℃時,長期允許載流量510A,按照常州地區最高環境溫度+40℃校正后為435A,允許輸送容量為82900kW。

    表2.2.1 現狀線路輸送容量


    表2.2.2 改造后擬達到輸送容量

    增容改造實施:將常州變出線前段架空線的主線原LGJ-185導線更換為ACCC導線,長度1.8km。

      2.3 項目實施成果
      1、完成110kV常白線更換ACCC導線的設計和安裝;
    2、對所選的ACCC導線進行各項機械和電氣性能試驗;

      3、進行線路運行加負荷調試試驗;
    內容來自123456


      4、開展ACCC導線耐高溫、大載流量、低弧垂等方面性能的研究。

    3 項目研究和實施過程

      3.1 線路前期設計階段

      3.1.1 收集碳纖維復合芯導線的技術資料,研究其機械特性、電氣特性。

      部分規格的導線已由上海電纜研究所進行了試驗,現有資料的部分參數參考美國CTC公司提供的數據。本項目選定型號的ACCC/TW導線另外進行多項機械及電氣性能試驗。

      3.1.2 結合原線路資料,重新測定線路平斷面,掌握交叉跨越情況。

      110kV常白線主線段從220kV常州變~常白線采菱支接塔,長度1.8公里,桿塔均為雙回路(與110kV遙常線同桿架設),10基桿塔,為鋼管桿和鐵塔混合線路。全線平均檔距210米,最大檔距289米。

      設計時,全線重新測量了平斷面,詳細掌握各類交叉跨越情況。線路經過地區現為城區,下面房屋較多,交跨復雜,線路交叉跨越建筑物、電力線、通信線、城市道路等共42次。

    123456



      3.1.3 確定導線的型式截面、安全系數及應力、弧垂計算。

      根據原桿塔設計條件和線路交跨情況,初步確定導線的選型和截面匹配,確定合適的安全系數、最大使用張力。擬選擇Linnet431型(218mm2)截面的碳纖維復合芯導線,直徑(18.29mm)和單位長度重量(653kg/km)均不大于原LGJ-185導線的直徑(19.02mm)和單位長度重量(774kg/km)。導線的安全系數取3.5,最大使用張力20.7kN,不超過現有桿塔使用條件(23.0kN)。導地線安全系數、最大使用應力及平均使用應力見下表。

    表3.1.3.1 導地線安全系數及設計張力


    新架導線的弧垂最高氣溫時不超過原導線弧垂,確?,F有的各種交叉跨越設施均滿足安全限距的要求。這些條件保證主線段所有桿塔均不需進行改造,得以充分利用。

      碳纖維復合芯導線的鋁面積218平方米,大于原LGJ-185導線182.4平方米的鋁面積,載流能力大大增加。下表反映了本次選定的碳纖維復合芯導線與原導線參數的對比情況。
    123,123


    表3.1.3.2 碳纖維復合芯導線與原導線參數對比表
      

    根據導線的線膨脹系數與溫度、應力的對應變化關系,分析導線機械特性,進行應力、弧垂計算,架線施工張力弧垂計算。

      3.1.4 配合適的金具、附件

      本工程ACCC/TW導線所用耐張線夾,為專用配套的耐熱型線夾,內層不銹鋼,外層鋁合金。
    根據導線發熱特性,選擇專用的ACCC/TW導線配套耐熱型耐張線夾。配置合適的懸垂金具和耐熱型預絞絲護線條,合理組合附件安裝。導線的耐張線夾、引流板為ACCC/TW導線配套的專用線夾,預絞絲護線條、T接線夾等有南京線路器材廠專門設計。

      3.2 安裝施工階段

      3.2.1 施工技術準備

      本線路采用張力展放導線。架線前檢查各施工段的平斷面圖、明細表等,認真對施工場地進行調查、熟悉交叉跨越情況。合理布置張力場和牽引場的位置。對導、地線連接管及耐張管進行檢驗性壓接試驗。架線作業指導書經審批,架線前進行技術交底。進行牽、張場預選,本工程分為二牽,從110kV常白線G1電纜終端塔—G8支接塔為第一牽,從G8支接塔—G10支接塔的架空主線部分為第二牽。 copyright 123456

    表3.2.1 牽、張場預選表



    3.2.2 架線

      架線前調查清楚沿線的交叉跨越等障礙物,進行線路通道清理。根據現場情況搭設跨越架,安裝防磨滾筒。

      選擇和布置牽張場。采用一臺牽引機、一臺張力機進行導線展放施工,一牽一展放方式。為了避免ACCC導線與原線路舊導線之間的磨碰。本工程利用原線路LGJ-185導線作為牽引繩張力展放ACCC導線。

      下面是幾張現場安裝圖片。






    3.2.3 其他安裝

      進行緊線和掛線施工,弧垂調整,導、地線液壓,附件安裝,導線跳線安裝等。于2006年11月完成110kV常白線增容改造ACCC導線的安裝施工,并投入運行。 內容來自123456

    3.3 導線性能試驗

      3.3.1 專項性能試驗

      對本項目采用的Linnet431規格ACCC/TW導線專門委托上海電纜研究所開展了以下8項性能試驗。


      3.3.1.1 導線握力試驗(常溫)

      試驗目的:測試ACCC/TW導線安裝專用楔型線夾后的握著力。

      試驗結果:

      無中間接續的試樣,握力試驗結果為81.4kN;

      有中間接續的試樣,握力試驗結果為81.0kN。

      證明ACCC/TW導線安裝專用楔型線夾后的握力滿足不小于90%計算拉斷力(72.46kN)的要求。

      3.3.1.2 導線高溫(140~200℃)拉力試驗

      試驗目的:測試ACCC/TW導線在高溫條件下的總拉力。

      試驗結果:

      ACCC/TW導線試樣在140℃高溫通電加熱3小時后,直接做拉力試驗,高溫拉斷力為74.6kN,與計算拉斷力相比沒有損失;160℃高溫通電加熱3小時后,高溫拉斷力下降為64.0kN,為計算拉斷力(72.46kN)的88%;180℃高溫通電加熱3小時后,高溫拉斷力下降為56.8kN,為計算拉斷力(72.46kN)的78%;在200℃高溫通電加熱3~8小時后,直接做拉力試驗,高溫拉斷力下降為48~50kN,約為計算拉斷力(72.46kN)的66%~69%。
    內容來自123456


      這個結果說明,ACCC/TW在160℃高溫以上,拉斷力距不小于90%計算拉斷力的要求有一定的損失,隨著溫度上升,損失逐步加大。   

    3.3.1.3 導線應力—應變試驗

      試驗目的:測定ACCC/TW導線的應力—應變特性。

      試驗結果:

      導線的最終彈性模數平均值為66.3 GPa;

      碳纖維復合芯的最終彈性模數平均值為113.3 GPa;

      繪制出導線應力—應變曲線圖。


      3.3.1.4 導線熱膨脹試驗

      試驗目的:測定ACCC/TW導線的熱膨脹系數。

      試驗結果:(試樣長度50米)

      拐點溫度(80℃左右)以下該導線實測線膨脹系數為13.0×10-6(1/℃);

      拐點溫度(80℃左右)以上該導線實測線膨脹系數為1.65×10-6(1/℃)。

      3.3.1.5 導線弧垂特性試驗 本文來自123

      試驗目的:用以評估ACCC/TW導線在實驗室條件下的高溫弧垂特性。

      試驗結果:測量導線弧垂和張力隨溫度變化的情況,分別繪制出該ACCC/TW導線在加載不同初始張力(15%RTS、25%RTS、35%RTS)下的弧垂—溫升曲線和張力—溫升曲線。

      3.3.1.6 導線蠕變試驗

      試驗目的:確定ACCC/TW導線的蠕變特性。

      試驗結果:

      得出蠕變方程式;

    計算出在15%、25%和35%的張力下10年(87600小時)后的蠕變量;

      繪制出蠕變曲線。

      3.3.1.7 碳纖維復合芯耐熱性能檢驗

      試驗目的:測試碳纖維復合芯的耐熱性能。

      試驗結果:碳纖維復合芯經過不同加熱溫度和不同加熱時間后的拉力結果,芯仍能保持合適的拉力(未加熱時的90%以上)。

      3.3.1.8 導線載流量測試及計算 123456

      試驗目的:測試ACCC/TW導線在實驗室條件下的載流量;計算ACCC導線在不同環境條件下的載流量。

      試驗結果:

      測出無風、無日照和自然對流條件的實驗室測試數據;

      計算得出導線載流量的理論計算數據表(分別為在國內常用參數條件下和在IEC61597-1995推薦的參數條件下)。

      分析:與鋼芯鋁絞線相比,ACCC/TW導線得載流量有比較明顯得提高,而且導線允許得使用溫度更高(最高200℃)以及具有低弧垂的特性,因此,ACCC/TW導線載流能力有明顯優勢。

      3.3.2 借鑒的其他項目試驗

      借鑒其他規格的ACCC/TW導線已進行的試驗有以下一些。

      3.3.2.1 導線高溫(150℃)拉力試驗

      試驗目的:測試ACCC/TW導線在150℃溫度下的拉斷力。

      試驗結果:在150℃溫度下,ACCC/TW導線能夠滿足不小于計算拉斷力的90%。

    123456




      分析:由于復合芯的熱膨脹系數比外層軟鋁線的熱膨脹系數小的多,在150℃高溫下,所有拉力都加載在復合芯上,鋁線由于熱膨脹伸長量很大,基本不承受拉力,所以高溫下導線的拉力與復合芯的拉力基本一致。


      3.3.2.2 碳纖維復合芯鹽霧腐蝕試驗

      試驗目的:通過在強腐蝕氣氛的腐蝕試驗,評估碳纖維在自然條件下的耐腐蝕性能。

      試驗結果:試樣表面完好,無可見腐蝕現象;試驗前后試樣重量基本沒有變化。

      證明碳纖維復合芯在5%NaCl鹽霧氣氛下360h試樣無腐蝕。


      3.3.2.3 導線及復合芯壓扁試驗

      試驗目的:測試ACCC/TW導線及碳纖維復合芯在一定的壓力負荷作用下損壞程度;分別比較ACCC/TW導線與鋼芯鋁絞線和碳纖維復合芯與鋼芯的抗壓性能。

      試驗結果:在受控制的壓力負荷作用下有一定的變形,鋁絲部分變形較大,碳纖維復合芯變形較小。 123456

      證明了ACCC/TW導體承受壓力而不會產生嚴重損壞的能力,這種壓力在ACCC/TW導線的正常處理、安裝或運行中均可能遇到。

      3.3.2.4 導線過滑輪試驗

      試驗目的:驗證線路張力放線對ACCC/TW導線的影響,包括表面是否存在損傷,線股是否存在松股、起燈籠現象,以及鋁線強度是否有明顯變化等。

      試驗結果:ACCC/TW導線未見起燈籠現象,也未見明顯松股,但軟鋁線表面有擦痕;過滑輪后鋁單絲抗拉強度均在60~90MPa范圍內,鋁線強度沒有明顯的提高。

      3.3.2.5 導線微風振動疲勞試驗

      試驗目的:評估線路的振動疲勞性能。

      試驗結果:通過耐振疲勞試驗。3根試樣分別經過3x107次連續振動疲勞試驗后,對懸垂線夾處的導線進行拆股觀察,未見有任何開裂斷股現象。

      3.3.2.6 導線的電暈及無線電干擾試驗 copyright 123456

      試驗目的:測試ACCC/TW導線的電暈熄滅電壓和無線電干擾電壓;比較型線與圓線在電暈及無線電干擾的水平。

    試驗結果:復合芯梯形單線同芯層鋁導線ACCC/TW與鋼芯鋁絞線LGJ的可見電暈和無線電干擾電壓試驗結果基本一致,鋼芯鋁絞線略優于復合芯梯形單線同芯層鋁導線,兩者均滿足220kV輸電線路的運行要求。

      3.4 導線運行調試試驗

      3.4.1 加負荷試驗方式下現場的接線

      為掌握實際運行中的ACCC導線載流性能和弧垂特性,擬將電網按以下形式改接,臨時接入110kV湖塘變,試驗結束后再斷開。預計最大負荷約15萬kW左右。

    試驗時間:冬季2006年 12月 20 日;

      夏季2007年 8月15 日。



    圖3.4.1 負荷試驗方式下現場接線圖 內容來自123456

      3.4.2 線路巡視復查

      為保證調試成功,運行單位線路工區組織一次特殊巡視,對110kV常白線主線段各處的導線、絕緣子、桿塔狀況、通道情況、交叉跨越情況等再做一次復查,及時消除不安全因素。為保證兩條線路搭接順利,線路工區負責對110kV常白線#1~#27~原#36段相位進行現場復核,武進供電公司負責對110kV滆湖線#22~湖塘變~滆湖變段相位進行現場復核,確保線路接通時相位一致。

      3.4.3 運行方式調整過程

     ?、?、8:30 110kV常白7550線、滆湖7731線臨時搭通工作結束后,線路工區梁整民向調度匯報:110kV常白7550線、滆湖7731線已臨時搭通,保證相位正確,線路可以送電。

     ?、?、拆除110kV常白7550線、滆湖7731線各側接地線。

     ?、?、常州變:常白線713開關轉為副母運行。

     ?、?、調度通知測試現場指揮:110kV常白7550線準備帶負荷。 123,123

     ?、?、采菱變:由芳采線合環調常白線供電,芳采線712開關轉為熱備用(自投啟用)。

     ?、?、武調:
    ① 工業園變:合環調常白線供電,遙工線轉為備用 (自投啟用)。

       ② 湖塘變:合環調滆湖線供電,武湖線轉為備用(自投啟用)。

     ?、?、調度通知測試現場指揮:110kV常白7550線已帶全部負荷

     ?、?、測試工作結束后由現場指揮向調度匯報:110kV常白7550線帶負荷測試工作結束,110kV常白7550線、滆湖7731線可以停電,拆開臨時搭頭線。

     ?、?、線路搭頭拆開后,調度恢復正常運行方式。


      3.4.4 現場測試工作

      3.4.4.1 測試時間

      冬季試驗:2006年 12月 20 日,上午9:00 ~ 下午16:00。

      夏季試驗:2007年 8月15 日,上午9:00 ~ 下午16:00。
    123456


      3.4.4.2 現場測量內容

      選定代表性兩檔,按照不同時間段負荷和電流的變化情況,進行ACCC/TW導線弧垂和溫度的跟蹤測量。

      第1檔: #5~# 6,檔距289米;

      第2檔: #9~#10;檔距195米。

      測溫設備:紅外熱像儀。

      測高設備:全站儀、激光測高儀。

      另外,對以下附件相應進行測溫,以觀測附件的溫升變化:
    A處:#5塔導線懸垂線夾;

      B處:#10支接塔,主線ACCC耐張線夾、工業園側LGJ-300/25導線耐張線夾、采菱側LGJ-185導線耐張線夾;

      C處:#1終端塔,電纜接線端子、LGJ-185導線。

      3.4.4.3 相關測試記錄舉例

      例:測量檔號: #5 ~ #6。

      (1)冬季試驗:測量檔距 289 米;環境氣溫:上午陰5℃,下午陰10℃。
    內容來自123456

    表3.4.4.3-1 冬季試驗現場監測記錄


    (2)夏季試驗:測量檔距 289 米;環境氣溫:上午陰28℃,下午晴32℃。

    表3.4.4.3-2 夏季試驗現場監測記錄


    經復核線路斷面,溫度變化下現有的各種交叉跨越設施均滿足安全限距的要求。

    4 研究成果和效益

      4.1 導線機械性能的研究

      碳纖維復合芯導線(ACCC),采用高性能碳纖維復合材料作為導線芯材來代替鋼芯,與鋼芯鋁絞線相比,在相同的外徑時,復合芯鋁絞線允許纏繞超過20%的導電鋁線。機械性能上具有以下一些特點。

    4.1.1 強度高

      用碳纖維復合芯替代傳統的鋼芯,抗拉強度可達到2399MPa,是一般鋼絲(1240MPa)的1.9倍。

    123456



      抗拉強度的提高允許提高桿塔間的跨距,以降低工程成本。

      4.1.2 線膨脹系數小,弧垂小

      復合材料芯的線膨脹系數為1.6×10-6(1/℃)。鋼芯鋁絞線一般為20×10-6。

      經過熱膨脹試驗(試樣長度50米),測試出ACCC/TW導線的線膨脹系數α:

      ü 拐點溫度(80℃左右)以下為13.0×10-6(1/℃);

      ü 拐點溫度(80℃左右)以上為1.65×10-6(1/℃)。

      由于復合芯的熱膨脹系數比外層軟鋁線的熱膨脹系數小的多,在一定的溫度(即拐點溫度)以上,導線的所有機械張力都將由碳纖維復合芯來承受,此溫度時鋁導體部分的應力變為零。鋁線由于熱膨脹伸長量很大,基本不承受拉力,整根導線的熱膨脹和彈性伸長取決于復合芯的熱膨脹和伸長率。所以整個導線的熱膨脹很小,線長變化很小,隨著溫度的上升,弧垂增加得很小。

    123456



      下圖是另一規格的ACCC/TW-Drake1020導線與直徑相近的LGJ-400/35導線進行高溫弧垂─溫升比較試驗的曲線圖(測試檔距50米)。


    圖4.1.3 兩種絞線弧垂─溫升曲線比較圖

      可以分析出,在相同的實驗條件下,溫度從50℃上升到130℃,LGJ-400/35導線弧垂從190mm增加到620mm,提高了2.3倍;ACCC/TW-Drake導線弧垂從175mm增加到245mm,提高了0.4倍。ACCC/TW導線的弧垂變化量僅為常規鋼芯鋁絞線的1/6。溫度越往上升,ACCC/TW導線的弧垂變化量越小,基本不增加。

      可見,碳纖維復合芯導線與常規鋼芯鋁絞線相比具有顯著的低弧垂特性。能減少架空線走廊的交跨絕緣距離,提高運行安全和可靠性。

      4.1.3 重量輕

      復合材料芯比重僅1.9/cm3,為傳統鋼芯的1/4。

    本文來自123



      本次選擇的Linnet431型的碳纖維復合芯導線,直徑18.29mm,與原LGJ-185鋼芯鋁絞線19.02mm接近,單位長度重量653kg/km,小于原LGJ-185導線774kg/km。但鋁面積達218mm2,與原LGJ-185導線(鋁面積182.4mm2)相比,單位鋁截面積對應導線重量為常規鋼芯鋁絞線的70%。
    自重的減輕可使導線荷載減少約25%。重量輕和低弧垂的特性可以降低桿塔高度,減輕鐵塔結構強度要求,節省線路綜合造價。

    4.1.4 碳纖維復合芯導線單絲性能表


    4.1.5 碳纖維合成芯導線參數表


    4.1.6 ACCC/TW導線的應力—應變特性

      根據應力—應變特性試驗的結果,測試出:

      l 導線的最終彈性模數平均值為66.3 GPa;

      l 碳纖維復合芯的最終彈性模數平均值為113.3GPa

    123,123



    繪制出導線應力—應變曲線見下圖。


    圖4.1.6 ACCC/TW導線應力—應變曲線圖

      4.1.7 ACCC/TW導線的蠕變特性

      蠕變試驗的結果,得出以下蠕變方程式:



    繪制出蠕變曲線見下圖。

    圖4.1.7 ACCC/TW導線蠕變曲線圖

      對導線架設后的塑性伸長,仍可采用降溫法來補償??紤]補償初伸長的等效溫度用公式 Δt e = ε e /α 近似計算,降溫值為25~30℃。

      4.2 導線耐熱性能的研究

      ACCC/TW導線外層鋁導體為耐高溫退火鋁,200℃下能有效運行,常規鋼芯鋁絞線使用溫度極限最大100℃。對碳纖維復合芯的耐熱性能檢驗,經熱老化試驗,芯的耐熱性能如下表。 本文來自123


    表4.2.1 碳纖維復合芯熱老化試驗值表

      結果表明,碳纖維復合芯經過不同加熱溫度和不同加熱時間后,恢復正常溫度后,芯仍能保持不小于90%計算拉斷力的拉力。

    根據前述,整根ACCC導線高溫拉力試驗的情況,ACCC導線在140℃高溫下,能夠保持不小于計算拉斷力的拉力。

    表4.2.2 ACCC/TW導線高溫下拉力試驗值表



    經分析,由于復合芯的熱膨脹系數比外層軟鋁線的熱膨脹系數小的多,在140℃高溫下,所有拉力都加載在復合芯上,所以高溫下導線的拉力與復合芯的拉力基本一致。

      當溫度達到160℃,ACCC導線高溫拉斷力下降為計算拉斷力的88%,隨著溫度的進一步上升,拉斷力下降得較多,核算高溫運行時的導線安全系數是十分必要的,最重要的是恢復常溫后仍能保持滿足要求的拉斷力,以確保氣象控制條件下導線的安全系數。
    123456


      4.3 導線載流特性的研究

      4.3.1 載流截面分析

      碳纖維復合芯采用合成碳纖維,全部都是非鐵磁性材料,而且不導電,所以不存在鋼絲材料引起的磁損和渦流損耗,在輸送相同負荷條件下,具有更低的運行溫度,可減少輸電損失約6%。外層采用導電率不小于63%IACS的鋁線。

      本此采用的 ACCC/TW-Linnet431型導線,外徑18.29mm,比原LGJ-185鋼芯鋁絞線19.02mm還小,鋁線絞制成梯型(如下圖剖面圖),增加了單位面積導電能力。碳纖維復合芯導線的鋁面積218mm2,原LGJ-185導線的182.4mm2,載流鋁截面前者比后者多20%,載流能力大大增加。


    圖4.3.1 ACCC/TW- Linnet導線剖面圖


      由于鋁截面增大和提高導線工作溫度,導線的綜合載流量理論上可提高至2倍。
    copyright 123456


      4.3.2 在無風、無日照和自然對流條件下,實驗室測試數據見下表。

      表4.3.2 無風、無日照和自然對流條件下載流量試驗數據

      4.3.3.2. 環境條件Ⅱ(IEC 61597-1995推薦計算參數下)載流量計算值

      基準條件: 風速 1.0 m/s

    日照強度 900 W/m2

      導體表面吸收系數 0.5

      導體輻射系數 0.6

      環境溫度 20~45 ℃ 請

      導體工作溫度 70~150 ℃

    表4.3.3.2 環境條件Ⅱ下ACCC/TW-Linnet431的載流量



    4.3.4 線路輸送能力分析

      根據前面的耐熱性能和載流特性的分析,本次應用的ACCC-Linnet431導線,長期允許工作溫度宜控制在140℃,按夏季最高環境溫度40℃,最大允許工作電流宜控制在837A,隨季節變化,環境溫度的降低,可適當提高最大允許工作電流,參考上表4.3.3.1。

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