碳纤维导线架设施工技术材料

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1、碳纤维复合芯导线架设施工交流材料1 前 言随着我国输电线路技术的不断发展，许多新材料、新工艺不断应用于新建线路及增容改造线路中，碳纤维导线是一种节能型增容导线，其加强芯由特高强度碳纤维合成的芯棒代替传统的钢芯和钢绞线，外层采用定形铝绞合而成，在相同导线截面的情况下，相对于普通钢芯铝绞线，能输送更多电能理想的一种新型导线；使用碳纤维导线，由于碳纤维导线强度高，可以加大杆、塔之间的跨度，通过使用较少的杆、塔，降低建造成本。碳纤维导线的耐环境恶化性能好。不生锈，不腐蚀，不与铝导线或其它部件产生电解反应，可以循环利用。我公司至今已完成数个输电线路工程的碳纤维导线架设，碳纤维导线架设施工的关键点在于操作

2、中必须防止因导线弯曲半径超出允许限度、导线结构特殊性以及施工过程操作不当造成断线，福建省第二电力建设公司通过和设计单位、厂家共同研究，并广泛总结吸收国内施工单位的施工经验，在碳纤维导线架线施工工艺研究领域中取得了一大进展。经过多个工程的实践改进，形成一套成熟、实用的碳纤维导线架线施工工法，该工法已成功应用于我公司多个工程中，均得到满意效果，保证了施工的优质、安全，得到了业主、监理、运行单位的一致认可，同时得到了福建省电力有限公司的肯定，省内碳纤维导线均由我公司承担施工。2 工 艺 特 点导线采用张力放线工艺，全过程腾空展放，导线损伤小，施工效率高。采用一系列与碳纤维导线特殊要求配套的机械和专用

3、设备以及特殊的工艺，有效解决碳纤维导线在施工过程中对导线弯曲半径、碳芯内缩等方面的特殊要求，保证了施工安全和质量。碳纤维导线铝线材质为软铝，硬度较普通导线铝软，采用挂胶放线滑车，能有效减少导线在放线过程中的磨损和挤压。使用的张力轮直径和放线滑车的轮径满足厂家的要求，以保证碳纤维导线在展放过程中的弯曲半径。架设采用低张力和控制导线过滑车次数，有效减少导线受力后的挤压变形。采用抗弯旋转连接器，有效消除导线捻劲，防扭效果明显。牵引网套与碳纤维导线的对接存在一个非常关键的技术要求，如采用常规方法连接导线，一旦碳纤维芯收缩到一定程度甚至跑到不受力的蛇皮套外，那么蛇皮套抓住的如果仅仅是外铝层，就会发生跑线

4、事故，在导线端部加设2道固定夹具，有效解决了碳纤维芯内缩现象的发生，安全性大大加强。3 适 用 范 围适用于各种型号碳纤维导线在新建或增容改造输电线路导线架设施工过程中。4 工 艺 原 理根据碳纤维导线结构本身和架线工艺的特殊性，工法中采用挂胶放线滑车、控制过滑车次数，采用抗弯旋转连接器，碳纤维芯加装钢套，紧线时采用预绞丝专用卡线器，都是为了最大限度降低和减少对导线铝层的磨损和挤压变形、碳纤维芯内缩以及消除导线捻劲，保证导线特殊结构不发生变化，防止断线。5 施工工艺流程及操作要点5.1施工工艺流程施工工艺流程如图5.1所示牵张场布置跨越架搭设滑车悬挂铁塔验收架线施工计算工具试验架线施工准备展放

5、导引绳展放牵引绳导线展放弧垂观测压 接紧、挂线附件安装不合格合格三级检验转到对应工序返修验 收5.2操作要点5.2.1架线施工准备5.2.1.1工器具试验根据不同工况下分别对蛇皮网套、碳纤维芯固定夹具、紧线预绞丝（单层）、紧线预绞丝（双层）连接导线进行拉力试验，试验按负荷的1.25倍控制。综合考虑碳纤维芯内缩、外层软铝导线损伤等因素，确定放线时使用配套专用蛇皮套连接，并安装芯棒固定夹具，为了不损伤外层软铝导线，紧线张力时使用紧线预绞丝，张力小（张力小于30 kN）时可使用单层临锚预绞丝。张力大时预绞丝设计双层（加一层护线条）防止导线外层因紧线张力过大损伤。导线耐张线夹压接采用反压后进行握着力试

6、验，试验结果均符合设计要求。5.2.1.2牵张场布置：放线段长度宜为6公里，放线段内放线滑车数量不应超过15个。牵、张机一般布置于线路中心线上，在耐张塔前后档布置牵张场时，牵张机原则上应置于放线段线路方向的延长线上；横线路偏移不大于5；导线线盘与张力机的距离一般应大于7米，但不得小于5米，张力机到第一基杆塔的距离，应大于放线滑车高度的3倍，牵、张机进出线口出线夹角不宜超过15。接续管不得在张力机前进行压接，因接续管太长，不允许过滑车，应根据耐张段长和线长合理布线，确定在适宜档接续。h放线滑车5m3h线盘5.2.1.3滑车悬挂放线滑车轮槽底部直径，应大于导线直径的25倍，轮槽深度大于导线直径的1

7、.25倍，轮槽口宽度大于导线直径的2.4倍。放线张力正常，导线在放线滑车上的包络角大于25-50度时，应挂双滑车或使用一只槽底轮径大于30倍导线直径的滑车，防止导线在滑车上散股、损伤。耐张塔挂双滑车应计算滑轮顶悬挂点的高度差或挂具长度差，以调整双滑车的包络角相同。导线牵引受力后，应确保转角塔双滑车受力包络角相同。为防止横担受力过大而产生变形，可在滑车悬挂节点处和该节点上方塔身的相应节点间，加设一套钢丝绳套和链条葫芦组成的补强拉线，对导线横担进行补强。5.2.2展放牵引绳与普通（常规）线路张力放线施工基本相同，牵引绳使用编织防扭钢丝绳，牵引绳展放尽量采用动力伞、气艇、直升机分级牵放等方式。5.2

8、.3张力放线牵引网套（蛇皮套）需采用加长型，网套的有效握着长度须大于2.5米，导线插入网套后，先固定好待连接的碳纤维导线头，将其铝层小心锯除约300mm，即需露出碳纤维芯约300mm，使用特制的卡具将碳纤维芯固定，并用胶带包缠夹具，再将专用的单头蛇皮套套进，防止碳纤维芯在牵引过程中相对收缩，发生跑线事故。如图5-1所示：5.2.4紧、挂线5.2.4.1收余线导线展放完毕，进行牵引场导线锚线，若牵引场邻塔为直线塔，导线锚在牵引机前的锚线架上；若牵引场邻塔为耐张塔，应在走板刚过滑车后用锚线将导线锚在导线横担施工孔上。牵引场完成锚线后在张力场利用张力机回牵收余线，若张力场邻塔为直线塔，收余线后在张力

9、机前用锚线架锚线，若张力场邻塔为耐张塔，收余线后将导线在耐张塔上锚线后进行断线。5.2.4.2耐张塔高空临锚、断线耐张塔高空临锚应两侧平衡进行，即两侧同时锚线、同时收紧，以避免横担承受过大的不平衡张力。5.2.4.3后紧头耐张塔挂线在绝缘子串的近线端金具与导线适当位置上安装的预绞丝紧线器间布置滑车组，用滑车组、绞磨收紧碳纤维导线，然后将绝缘子串上的锚线装置（链条葫芦+预绞丝紧线器）与碳纤维导线锚固好，最后利用高空操作平台进行耐张线夹压接、挂线。（具体压接操作见5.2.5.2章节）5.2.4.4前紧头耐张塔紧、挂线与普通（常规）线路张力放线施工基本相同，在绝缘子串的近线端金具与导线适当位置上安装

10、的预绞丝紧线器间布置滑车组，用滑车组、绞磨收紧碳纤维导线，使其弧垂达到设计和规范要求，然后将绝缘子串上的锚线装置（链条葫芦+预绞丝紧线器）与碳纤维导线锚固好，利用锚线装置进行弧垂精调，紧线段内直线塔配合弧垂精调符合设计要求后画印，最后利用高空操作平台进行耐张线夹压接、挂线。5.2.4.5紧、挂线注意的问题锚线、紧挂线均应采用预绞丝紧线器，有效握着长度2.5米，紧线张力30kN时仅用单层，大于30kN时须采用双层预绞丝紧线器，导线上加装一层护条线，护线条长度3.0米。锚线长度应距导线开断处10-20米以外。紧线临锚要注意保护导线，导线落地时应铺设帆布，在紧线线器、钢丝绳等工器具与碳纤维导线可能接

11、触的地方应用胶管包裹。为了防止导线在锚线器出口处因重力作用和断线冲击而造成断芯，在离预绞丝紧线器后1米左右处用白棕绳将导线吊在锚线的钢线上，断线前应用大绳控制好导线，勿使导线头自由下垂。挂线及调整弧垂时耐张线夹要做好保护措施，应用绳索临时绑扎固定耐张线夹，防止突然跌落，导致耐张线夹压接口处的的导线复合芯折断。高空锚固断线后的导线，必须当天安装完，如遇特殊情况未能完成，应设置二道防护措施，防止跑线。5.2.4弧垂观测5.2.4.1导线展放完毕如立即进行弧垂观测，需考虑初伸长问题，通常采用降温补偿法（按设计取值），如果放完导线24小时后进行驰度观测则不考虑初伸长。5.2.4.2碳纤维导线初伸长释放

12、较快，一般24小时后可释放70%-100%，故弧垂观测应严格按设计值进行观测，不得采用相间弧垂看平的方法观测。5.2.4.3同相子导线应尽量同时收紧或同时放松，尽量缩短操作时间，减小初伸长影响。5.2.5压接5.2.5.1直线连接碳纤维复合芯导线直线管由外套管、内衬管、楔形夹座、楔形夹、联结器组成。两端对接的碳纤维芯分别套上楔形夹座，再将楔形线夹夹紧碳纤维芯插入楔形夹座（楔形线夹细端应露出楔形夹座），然后通过联结器将其拧紧对接（联结器两端螺纹是反螺纹），最后将事先穿入导线的内衬管、外套管套上进行压接。压接时始终要从直线接续管的中心点向两端对称进行。直线金具安装效果图5-2所示后压先压后压5.2

13、.5.2耐张连接碳纤维复合芯导线耐张线夹由耐张线夹外套管、内衬管、联接环、楔形夹座、楔形线夹组成；楔形夹座插入碳纤维芯，然后将楔形线夹的细端夹住碳纤维芯插入楔形夹座内（楔形线夹细端应露出楔形夹座），然后将联接环拧入楔形夹座内，用扳手拧紧即完成碳纤维芯连接，最后将事先穿入导线的内衬管、外套管套上进行压接。20-40mm(后压)(先压)耐张线夹的施压有两种方法：正压、反压。当档距或耐张段较长时，一般采用正压；当档距或耐张段小于100米时，为防止起灯笼的产生，可采用反压；可根据具体情况而定，如果采用反压法，导线与楔形夹座间的预留空隙应加长，需厂家代表的指导下进行。5.2.6附件安装提线装置中提线吊钩

14、接触导线的宽度不得小于导线直径的8倍，接触部分应加衬垫，以防止损伤导线。包络角大于25度时应用两付提线装置。碳纤维导线紧线完毕后，应及时进行附件安装，以免振动产生断股，如当天不能完成附件安装，应设置临时防振措施。5.2.7其它措施碳纤维导线外层铝采用的是经退火后的软铝型线，其强度低（60MPa），在展放导线过程中会出现以下几种缺陷：1 导线型线受损：导线损伤情况外层铝毛刺外层铝损伤截面积不超过铝层总截面积的7%外层铝断股最内层铝断股或外层铝断3股以上8股及以上断1股12股及以上断2股16股及以上断3股处理措施用0#砂纸打磨护线预绞丝缠绕补修预绞丝补修开断接续以上护线预绞丝、补修预绞丝均为耐高温

15、材料制作。2 导线铝层松股：导线在锚线、紧线、安装耐张线夹及中间接续过程中，往往出现“灯笼”状。大部分“灯笼”在挂线受到张力后可以消除；个别没有完全恢复的“灯笼”可采用麻绳绞赶方式，尽可能的使该处导线恢复平整，如仍不平整，可采用预绞丝对导线进行包覆，以屏蔽导线外表不光滑可能产生的起始电晕降低现象。6 材 料 与 设 备6.1该工法中所使用的主要材料为碳纤维导线碳纤维复合芯导线是一种节能型增容导线，其加强芯由特高强度碳纤维合成的芯棒替代传统的钢芯和钢绞线，外层铝采用定形铝绞合而成。型号为JRLX/T(J-绞合，RL-软铝，X-型线，T-碳系列高性能材料，国际上通用型号为ACCC/TW：Alumi

16、num Conductor Composite Core/Trapezoidal Wire)的新型复合材料合成芯导线碳纤维导线，它的芯线是由碳纤维为中心层和玻璃纤维包覆制成的单根芯棒，外层与邻外层铝线股为梯形截面（如图6-1所示）。软铝层玻璃纤维碳纤维这种新型复合材料合成芯导线与现有的各种架空导线相比，具有重量轻、强度大、耐高温、耐腐蚀、线损低、驰度低等优点。碳纤维复合芯软铝导线比相同规格的普通钢芯铝绞线的载流量提高约一倍，另外，在经济电流密度输送下，导电率有显助提高，可有效减少电力损耗，在输变电线路中批量使用复合芯导线，节约电能就相当可观。复合芯软铝导线技术对节约电能、改善环境有着非常重要的

17、意义，具有广泛的应用前景。 碳纤维导线与普通钢芯铝绞线，结构、技术参数见表6.1碳纤维导线结构、技术参数 表6.1项目单位供货商保证值型号/ACCC Drake 1020 kcmil结构铝丝根数/尺寸22/5.47 合成碳纤维根数/尺寸1/9.50 截面积铝丝mm2516.8 合成碳纤维mm270.9 综合截面mm2587.7 外层绞向/右向外径mm28.14 计算重量kg/km1554极限抗拉强度RTSkN182.25(导线),169.10(芯)弹性模量kN/mm240.338(芯)线膨胀系数106/22.13(芯)20时直流电阻/km0.0541允许正常运行电流（70）kA0.967(有风

18、有阳光辐射时载流量,环境温度25)最大允许电流（200）kA1.863(有风有阳光辐射时载流量,环境温度25)6.2主要施工机械设备见表6.2（以展放双分裂ACCC-1020碳纤维导线为例）施工主要机械设备一览表 表6.2序号机械设备名称性能参数单位数量备注01二线张力机持续张力大于35kN台1轮径大于1.2m，张力轮挂胶02放线滑车3轮860个60轮径大于25倍D，导线轮槽挂胶03预绞丝紧线器个30长度不小于2.5m04碳芯固定夹具个24特制楔形夹具05特殊蛇皮套条6与导线接触部位长度加长，大于2.5m06特殊压模M63副6ACCC配套07抗弯旋转连接器大于50kN个508提线器（提线钩）个

19、6与导线接触部位长度大于8倍导线直径，并衬软垫.注：上表中常规架线机械设备未列入7 质 量 措 施7.1质量控制标准7.1.1110-500 kV架空线路施工及验收规范（GB50233-2005）7.1.2超高压架空输电线路张力架线施工工艺导则（SDJJS2-1987）7.1.3碳纤维导线设计图纸7.1.4碳纤维厂家安装要求、手册等7.2质量控制措施7.2.1由于碳纤维复合芯导线外层铝股为软铝，导线在张力放线全过程，应注意保护碳纤维导线，避免接触硬物，可以在地面上铺彩条布或其他软物，防止导线受损。7.2.2 7.2.3碳纤维导线在同一处损伤、强度损失不超过总拉断力的17%时，应用专用预绞丝全张

20、力补修条进行补修，超过锯断接头。7.2.4为解决用普通导线的提线钩容易造成碳纤维导线软铝层损伤，故在附件安装时应使用配套悬垂线夹代替提线钩进行附件安装。7.2.5碳纤维导线的碳纤维芯连接是采用装配式连接方式，楔形线夹对碳纤维芯的握紧力7.2.6出线安装的操作台应使用不会刮伤导线的钢管制作，导轮亦要用尼龙轮或其他软制轮。7.2.7切割导线铝股严禁伤及碳纤维，导线的连接部分不得有线股绞制不良、断股、缺股等缺陷。7.2.8断线压接应严格按厂家提供的工艺要求进行，压接过程碳纤维芯必须保持干燥状态，故雨天及大雾天气不得进行压接作业。7.2.9压后对边距不应超过0.866*0.993*D+0.2(mm)标

21、准，弯曲度不得大于2%；压接时导线及压接管等配件不得与地面直接接触。8 安 全 措 施8.1组织全体架线施工人员学习电力建设安全工作规程(线路部分) 有关规定，认真进行安全、技术交底和安全教育，保证每个施工人员都能基本掌握施工工艺及其操作要领，未经培训教育者，不得参加本工程施工。8.2施工必须有安全技术措施，并在施工前进行交底和做好监护工作。以交底的措施，未经审批人同意，不得擅自变更。8.3合理选择牵张场，通过各种受力计算，合理选用机械设备及工器具；主要受力工器具应符合技术检验标准，并附有许用荷载标志；使用前必须进行检查，不合格者严禁使用，严禁以大代小，严禁超载使用。8.4专用工具（特制专用蛇

22、皮套、芯棒固定夹具、预绞丝紧线器）在使用前应按不同工况下分别按照规定方式安装后进行拉力试验，试验按负荷的1.25倍控制。8.5放线中应在牵张场、沿线杆号以及其他特殊位置派专人负责，同时保证通讯联络畅通、及时、可靠。8.6牵张场必须做好可靠、符合要求的临时接地措施，防止感应电伤人，如采用带电跨越，应将跨越电力线两侧的放线滑车进行接地处理。8.7重要跨越档，所有的放线、紧线及附件安装等作业必须做二道保护措施，确保安全。8.8改建线路应在施工前应检查铁塔变形、构件锈蚀情况，对有变形或锈蚀严重的构件应予更换；在拆旧线和架设新线过程中，应做好拆旧段两端耐张塔的临时拉线。8.9遇到雷雨、暴雨、浓雾、五级及

23、以上大风等恶劣天气严禁进行放线及紧线作业。9 环 保 措 施9.1建立健全的环境保护管理组织体系和制度；施工组织设计、施工作业指导书中应制定详细的环保措施，施工前做好布置，施工中认真执行。9.2开展环境保护意识的教育，提高施工人员保护环境的自觉性；工程施工中应严格遵守国家及地方政府下发的有关环境保护的法律、法规和规章制度，坚持安全文明施工，严禁野蛮施工，不滥砍林木，保护植被。9.3尽量采用腾空方式展放导引绳（如采用动力伞、气艇、直升机等方式），避免过多砍伐放线通道林木、农作物等，减少环境破坏。9.4施工期间，严格控制破坏植被的面积，除不可避免的施工占地外，不再发生其他形式的人为破坏；9.5施工

24、中应杜绝机械设备漏油，降低机械噪音，减少环境污染及对周边居民的影响；如机械设备出现漏油，应及时进行需要维修，同时应采取对维修场地铺垫防渗油布等措施，防止废油污染土地。9.6牵张场布置合理，不乱开施工作业区域，尽量减少临时占地面积及对农作物的损坏，施工完毕恢复原貌。9.7施工过程中产生的固体废弃物，应定点堆放，整理收集后带离施工现场集中处理，做到工完、料净、场地清。10 效 益 分 析10.1直接经济效益福建省第二电力建设公司采用的碳纤维导线架设施工工法，已经过多年数个工程的实践和积累，其施工效率高、占用施工资源少，且碳纤维导线架设施工过程安全和工程质量能够的可靠保证，特别在增容改造特殊工程中，

25、施工效率高，在人机料法环以及青苗赔偿等方面每个工程节约费用从几万元至几十万元不等，大大提高了施工经济效益。10.2社会效益施工完毕的碳纤维导线质量大幅度提高，施工工程质量得到进一步提高，为线路安全稳定运行打下了坚实的基础，赢得了省公司、业主、设计、监理单位的肯定，同时也为碳纤维导线的大范围应用提供了实践依据和技术支持。11 应 用 实 例11.1园田塘-曹溪220kV线路改造工程工程起自曹溪 220kV变构架,止于原曹旧线开断进园田塘变曹溪侧24塔，改造线路全长5.118km，共13基单回路铁塔。其中直线塔6基，耐张转角塔7基；导线采用碳纤维导线（型号为JRLX/T 517/71，Drake

26、1020kcmil），沿线均为山地和丘陵地带，地形起伏较大，地表植被茂密，主要的运输公路为机耕路，交通条件一般。该工程于2006年05月26日开始施工，2006年7月竣工投入运行，到目前为止已经稳定运行2年多，经过回访，运行单位反馈线路运行状况良好，增容效果明显。11.2永安电厂增田220kV线路改造工程应用情况本改造工程起自永安电厂220kV出线构架，止于220kV增田变，改造前导线为2LGJX400/35导线，改造后导线采用碳纤维导线（型号为JRLX/T 517/71，Drake 611 kcmil），线路全长9.1km，该工程于2005年04月3日开始施工，2005年5月竣工投入运行，到

27、目前为止已经稳定运行4年多，经过回访，运行单位反馈线路运行状况良好，增容效果明显。11.3宁德甘棠白花220kV线路改造工程应用情况工程对宁德甘棠白花220kV线路全线进行改造施工，改造线路全长79.490km，其中需更换为ACCC-816碳纤维导线部分为67.954km：更换ACCC-611碳纤维导线部分为2.818km，本工程途经罗源县（松山镇、白塔镇、西兰镇、洪洋镇、中房镇）宁德市（金涵镇、七都镇、八都镇、）、福安市（甘棠镇），线路途经地区主要为高山和丘陵，线路途经地区主要为高山和丘陵，沿线地形起伏大，地表植被茂密，全线共涉及157基铁塔（其中转角塔47基、直线塔110基）。该工程于2007年9月竣工投入运行，到目前为止已经稳定运行2年多，经过回访，运行单位反馈线路运行状况良好，增容效果明显。