碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線(xiàn)是一種全新結(jié)構(gòu)的節(jié)能型增容導(dǎo)線(xiàn)，與常規(guī)導(dǎo)線(xiàn)相比，具有重量輕、強(qiáng)度大、耐熱性能好、線(xiàn)膨脹系數(shù)小、高溫弧垂小、電導(dǎo)率高、線(xiàn)路損耗低、載流量大、耐腐蝕性能好、不易覆冰等一系列優(yōu)點(diǎn)，綜合解決了架空輸電領(lǐng)域存在的各項(xiàng)技術(shù)瓶頸，代表了未來(lái)架空導(dǎo)線(xiàn)的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，有助于構(gòu)造安全、環(huán)保、節(jié)約型輸電網(wǎng)絡(luò)。同時(shí)也成為2011年兩會(huì)期間“十一五”國(guó)家重大科技成就展新亮點(diǎn)。

    雖然碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線(xiàn)與傳統(tǒng)的鋼芯鋁絞線(xiàn)一樣具有相同或相近的特性，均屬架空導(dǎo)線(xiàn)，但其在展放、架設(shè)等過(guò)程中有著自身的特點(diǎn)。本文將主要探討碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線(xiàn)初伸長(zhǎng)的問(wèn)題及解決辦法。

1、架空導(dǎo)線(xiàn)初伸長(zhǎng)的定義

    由于架空導(dǎo)線(xiàn)實(shí)際上并不是*彈性體，因此初次受張力作用后不僅會(huì)產(chǎn)生彈性伸長(zhǎng)，還會(huì)產(chǎn)生*性的塑蠕（塑性和蠕變）伸長(zhǎng)。*性的塑蠕伸長(zhǎng)包括4部分：絞制過(guò)程中線(xiàn)股間沒(méi)有充分張緊，受拉后線(xiàn)股互相擠壓，接觸點(diǎn)局部變形而產(chǎn)生的擠壓變形伸長(zhǎng)；架空導(dǎo)線(xiàn)的zui終應(yīng)力應(yīng)變曲線(xiàn)和初始應(yīng)力應(yīng)變曲線(xiàn)不同，形成的塑性伸長(zhǎng)；金屬體長(zhǎng)時(shí)間受拉，內(nèi)部晶體的錯(cuò)位和滑移而產(chǎn)生的蠕變伸長(zhǎng)；拉應(yīng)力超過(guò)彈性極限，金屬體進(jìn)入塑性形變范圍而產(chǎn)生的塑性伸長(zhǎng)。架空導(dǎo)線(xiàn)的蠕變特性主要取決于材料的分子結(jié)構(gòu)、結(jié)晶方式，還與外部荷載和溫度有關(guān)。架空導(dǎo)線(xiàn)產(chǎn)生的*性塑蠕伸長(zhǎng)，在線(xiàn)路運(yùn)行的初期zui為明顯，故在線(xiàn)路工程上稱(chēng)之為架空導(dǎo)線(xiàn)的初伸長(zhǎng)。通常將架空導(dǎo)線(xiàn)的初伸長(zhǎng)定義為架空導(dǎo)線(xiàn)在年均運(yùn)行應(yīng)（0.25σ_p）下，持續(xù)10年所產(chǎn)生的塑蠕伸長(zhǎng)。架空導(dǎo)線(xiàn)的初伸長(zhǎng)使檔內(nèi)線(xiàn)長(zhǎng)增加，弧垂增大，使架空導(dǎo)線(xiàn)對(duì)地或跨越物的安全距離減小，進(jìn)而造成事故，所以在線(xiàn)路設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮架空導(dǎo)線(xiàn)初伸長(zhǎng)的影響。

    架線(xiàn)開(kāi)始時(shí)，隨張力的增大，應(yīng)變沿初始應(yīng)變線(xiàn)OaJ變化，σ_J為zui大架線(xiàn)應(yīng)力；隨弧垂的調(diào)整，應(yīng)力在σ_J以下往返變化，但應(yīng)變不再沿初始應(yīng)變曲線(xiàn)OaJ往返，而沿直線(xiàn)JJ₀變化，相應(yīng)的彈性系數(shù)E_J>E_c，a₀J₀為相應(yīng)的塑性伸長(zhǎng)。該塑性伸長(zhǎng)在觀測(cè)弧垂過(guò)程中會(huì)自然消除，不影響線(xiàn)路的運(yùn)行。架空導(dǎo)線(xiàn)架設(shè)后，受氣象條件規(guī)律性往復(fù)變化的影響，架空導(dǎo)線(xiàn)的應(yīng)力也階段性的增大、減小，在zui大運(yùn)行應(yīng)力σ_M及其以下往復(fù)變化。初次達(dá)到σ_M時(shí)，應(yīng)變沿初始彈性曲線(xiàn)上升。經(jīng)歷若干年若干次循環(huán)的積累，工作點(diǎn)將沿微傾的橫線(xiàn)由M移至e，架空導(dǎo)線(xiàn)產(chǎn)生蠕變伸長(zhǎng)ε_M。此后運(yùn)行應(yīng)力變化時(shí)，應(yīng)變則往返于ee₀應(yīng)變線(xiàn)，相應(yīng)的斜率為zui終彈性系數(shù)E。這樣架空導(dǎo)線(xiàn)在運(yùn)行中共產(chǎn)生了ε₀≈J₀e₀的塑蠕伸長(zhǎng)，即初伸長(zhǎng)。

2、碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線(xiàn)初伸長(zhǎng)的特點(diǎn)

    一碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線(xiàn)由碳纖維復(fù)合芯和軟鋁型線(xiàn)構(gòu)成，其主要承力部分是碳纖維復(fù)合芯。雖然碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線(xiàn)具有架空導(dǎo)線(xiàn)的一般特點(diǎn)，但由于其碳纖維復(fù)合芯是由碳纖維、玻璃纖維及環(huán)氧樹(shù)脂等非金屬材料組成，因此其初伸長(zhǎng)有別于普通架空導(dǎo)線(xiàn)。一般碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線(xiàn)的初伸長(zhǎng)在緊線(xiàn)后的前7天迅速釋放，達(dá)85%以上，而后的塑性變形量很小，線(xiàn)路弧垂變化只取決于碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線(xiàn)的線(xiàn)膨脹特性，即只受線(xiàn)路運(yùn)行溫度的影響。碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線(xiàn)的特點(diǎn)是在80 ℃及以上溫度運(yùn)行時(shí)，線(xiàn)路的弧垂變化極其細(xì)小，弧垂基本不再有明顯變化。

    為了解碳纖維芯復(fù)合芯棒的初伸長(zhǎng)，我們進(jìn)行了相關(guān)試驗(yàn)。試驗(yàn)中采用的碳纖維芯復(fù)合芯棒樣品長(zhǎng)度為12 130 mm，直徑為8.13 mm，觀察其在不同負(fù)載和載荷保持時(shí)間下彈性伸長(zhǎng)率和塑性伸長(zhǎng)率的變化值，試驗(yàn)結(jié)果參見(jiàn)表1。從表中可以看出，模擬zui大許用應(yīng)力為48 kN時(shí)，碳纖維芯復(fù)合芯棒的彈性伸長(zhǎng)率小于1.1％，塑性伸長(zhǎng)率小于0.03％，而普通架空導(dǎo)線(xiàn)（鋼芯鋁絞線(xiàn)）的塑性伸長(zhǎng)率為0.04％。

3、碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線(xiàn)的架線(xiàn)施工實(shí)例

   結(jié)合施工方法進(jìn)行弧垂觀測(cè)，以下為兩個(gè)碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線(xiàn)的架線(xiàn)施工實(shí)例。

實(shí)例1

    在河北石家莊某220 kV改造工程中選用了碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線(xiàn)JRLX/T-600/71，碳纖維復(fù)合芯直徑為9.5 mm。該線(xiàn)路于2011年3月23日開(kāi)始停電施工，于4月3日完成*放線(xiàn)區(qū)段N17~N11塔的緊線(xiàn)（一端軟掛另一端用卡線(xiàn)器進(jìn)行錨線(xiàn)，需檢查卡線(xiàn)器滑移情況）工作。該區(qū)段中N15是耐張塔，耐張金具均在N15塔兩邊軟掛，在N11和N17耐張塔緊線(xiàn)，緊線(xiàn)方式按照設(shè)計(jì)院給出的圖紙要求在導(dǎo)線(xiàn)放線(xiàn)完成后以放線(xiàn)張力靜置24 h，按降溫0 ℃（即實(shí)時(shí)氣溫或未降溫）弧垂表觀測(cè)弧垂，完成緊線(xiàn)后。表2示出了以N12~N13為弧垂觀測(cè)檔（檔距445 m），左右側(cè)上中下三相碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線(xiàn)的壓接緊線(xiàn)日期、弧垂變化和放線(xiàn)張力。從表中可見(jiàn)：a.*放線(xiàn)區(qū)段N12~N13檔上相導(dǎo)線(xiàn)放線(xiàn)張力偏?。?5~18 kN）時(shí)，導(dǎo)線(xiàn)初伸長(zhǎng)快速釋放導(dǎo)致弧垂下垂很大，左側(cè)上相導(dǎo)線(xiàn)3天弧垂變化甚至大于1 000 mm（但該數(shù)據(jù)不排除人為劃印有誤，有待于再次復(fù)核確認(rèn)）；如果不按以放線(xiàn)張力靜置24 h，降溫0 ℃弧垂表觀測(cè)弧垂，完成緊線(xiàn)，而按降溫15 ℃弧垂表觀測(cè)弧垂，完成緊線(xiàn)，結(jié)果是緊線(xiàn)后弧垂變化在500 mm左右。b.*放線(xiàn)區(qū)段N12~N13檔中相和下相導(dǎo)線(xiàn)加大了放線(xiàn)張力，雖然弧垂變化沒(méi)有上相導(dǎo)線(xiàn)那么嚴(yán)重，但3天弧垂變化還在500 mm左右。如果不按以放線(xiàn)張力靜置24 h，降溫0 ℃弧垂表觀測(cè)弧垂，完成緊線(xiàn)，而按降溫15 ℃弧垂表觀測(cè)弧垂，完成緊線(xiàn)，3天后觀測(cè)弧垂只和正常值（即按照實(shí)時(shí)氣溫觀測(cè)弧垂）略有偏差。從而可知，導(dǎo)線(xiàn)在展放過(guò)程中，不同的放線(xiàn)張力，不同的緊線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)，有著不同的弧垂變化結(jié)果，即碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線(xiàn)初伸長(zhǎng)的釋放和放線(xiàn)張力、展放時(shí)間、緊線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)有一定關(guān)系。

    為了解不同緊線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線(xiàn)初伸長(zhǎng)釋放的影響，我們?cè)诘诙啪€(xiàn)區(qū)段N17~N27牽張段中的N17~N21耐張段進(jìn)行了相同放線(xiàn)張力（均為20 kN）不同緊線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)下，碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線(xiàn)初伸長(zhǎng)釋放導(dǎo)致的弧垂變化的對(duì)比試驗(yàn)。表3所示以N18~N19為弧垂觀測(cè)檔（檔距440 m），期間放線(xiàn)張力均為20 kN，在不同緊線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)下右側(cè)上中下三相導(dǎo)線(xiàn)弧垂的不同變化結(jié)果。從表中可見(jiàn)：a.第二展放區(qū)N18~N19檔右側(cè)上相導(dǎo)線(xiàn)在展放完成后以放線(xiàn)張力靜置24 h，降溫0 ℃弧垂表觀測(cè)弧垂，完成緊線(xiàn)，在10 h內(nèi)弧垂變化zui大，按N18~N19檔440 m檔距計(jì)算，有350 mm左右的初伸長(zhǎng)釋放，其后逐漸減少，3天弧垂變化在600 mm左右，趨于平穩(wěn)。b.第二展放區(qū)段N18~N19檔右側(cè)中相和下相導(dǎo)線(xiàn)按降溫15 ℃弧垂表觀測(cè)弧垂，完成緊線(xiàn)，緊線(xiàn)后弧垂只和正常值略有偏差，可以調(diào)整在允許范圍之內(nèi)。因此，即使在相同放線(xiàn)張力下碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線(xiàn)的初伸長(zhǎng)釋放也會(huì)應(yīng)緊線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)不同而不同。

    為了保證緊線(xiàn)后弧垂變化在允許范圍內(nèi)，我們認(rèn)為在20~25 kN的放線(xiàn)張力下，按降溫15 ℃弧垂表觀測(cè)弧垂，完成緊線(xiàn)，即使緊線(xiàn)后弧垂和正常值略有偏差也應(yīng)在允許范圍之內(nèi)。我們以此完成了之后的施工，且在其后幾天的再次觀測(cè)中發(fā)現(xiàn)弧垂變化均在正常范圍之內(nèi)。

實(shí)例2

    在貴陽(yáng)某220 kV改造工程中選用了碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線(xiàn)JRLX/T-480/52，碳纖維復(fù)合芯直徑為8.13 mm，采用降溫20 ℃以補(bǔ)償初伸長(zhǎng)。該工程中碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線(xiàn)采用的施工方式為張力放線(xiàn)，上中下三相導(dǎo)線(xiàn)展放時(shí)放線(xiàn)張力不一致，上相導(dǎo)線(xiàn)放線(xiàn)張力zui小，下相導(dǎo)線(xiàn)由于需要跨越放線(xiàn)張力zui大，導(dǎo)線(xiàn)牽引到位后直接按設(shè)計(jì)院給出的架線(xiàn)弧垂表（已降溫20 ℃）觀測(cè)弧垂，完成緊線(xiàn)。在施工完成5個(gè)月后重新測(cè)量弧垂，測(cè)量結(jié)果如表4所示。從表中可以看出，上相導(dǎo)線(xiàn)弧垂變化量zui大，中相導(dǎo)線(xiàn)次之，下相導(dǎo)線(xiàn)變化量zui?。ㄕ?qǐng)給出比較標(biāo)準(zhǔn)下面的驗(yàn)收弧垂即是給出的比較標(biāo)準(zhǔn)），這再次說(shuō)明放線(xiàn)張力的大小與碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線(xiàn)的初伸長(zhǎng)釋放有一定的關(guān)系。

    根據(jù)不同的架線(xiàn)施工工藝（導(dǎo)線(xiàn)展放張力一般小于30 kN），架線(xiàn)時(shí)碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線(xiàn)弧垂可以按照下列方式進(jìn)行觀測(cè)：

1、導(dǎo)線(xiàn)展放時(shí)放線(xiàn)張力一直保持至耐張金具壓接緊線(xiàn)完成，此時(shí)碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線(xiàn)初伸長(zhǎng)的完成與所承受的張力、導(dǎo)線(xiàn)在空中停放的時(shí)間有關(guān)。導(dǎo)線(xiàn)所受的張力越小、時(shí)間越短，初伸長(zhǎng)釋放完成的時(shí)間就長(zhǎng)；反之，初伸長(zhǎng)完成釋放的時(shí)間就短。當(dāng)各相導(dǎo)線(xiàn)展放時(shí)張力不一致，就會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)線(xiàn)初伸長(zhǎng)初期釋放量不同，在劃印看弛度掛線(xiàn)張力相同后至導(dǎo)線(xiàn)初伸長(zhǎng)釋放完成，放線(xiàn)張力大的導(dǎo)線(xiàn)初伸長(zhǎng)剩余釋放量比放線(xiàn)張力小的導(dǎo)線(xiàn)初伸長(zhǎng)剩余釋放量要小。在此種情況下，應(yīng)按照下相導(dǎo)線(xiàn)能順利通過(guò)跨越的zui小張力作為放線(xiàn)張力，各相導(dǎo)線(xiàn)在展放時(shí)保持相同的張力，以保證各相導(dǎo)線(xiàn)初伸長(zhǎng)的釋放均在同一工況下進(jìn)行。

2、線(xiàn)展放完畢、劃印弛度看好后卸除張力，在地面壓接，導(dǎo)線(xiàn)只是處在彈性變形階段，卸除張力后導(dǎo)線(xiàn)塑性伸長(zhǎng)率變化不大，各相導(dǎo)線(xiàn)按照降溫法補(bǔ)償初伸長(zhǎng)，初伸長(zhǎng)補(bǔ)償過(guò)程基本一致，其后則對(duì)放線(xiàn)張力不作要求，以導(dǎo)線(xiàn)能順利展放為宜。進(jìn)行平衡展開(kāi)導(dǎo)線(xiàn)時(shí)要注意，當(dāng)平衡展開(kāi)導(dǎo)線(xiàn)時(shí)碳纖維復(fù)合芯通常會(huì)有一定長(zhǎng)度縮進(jìn)，在看弧垂劃印時(shí)應(yīng)考慮碳纖維復(fù)合芯的縮進(jìn)量，縮進(jìn)量的實(shí)際取值應(yīng)按碳纖維復(fù)合芯棒為準(zhǔn)。不同的架線(xiàn)施工工藝對(duì)碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線(xiàn)初伸長(zhǎng)的釋放有一定影響，在導(dǎo)線(xiàn)初伸長(zhǎng)的初期釋放量基本一致的情況下還應(yīng)進(jìn)行緊線(xiàn)看弛度作業(yè)。

3、碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線(xiàn)初伸長(zhǎng)的補(bǔ)償，碳纖維復(fù)合芯棒初伸長(zhǎng)的迅速釋放特性，使碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線(xiàn)架線(xiàn)弧垂可采用降溫補(bǔ)償法，根據(jù)當(dāng)?shù)毓r、碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線(xiàn)規(guī)格等情況進(jìn)行溫度補(bǔ)償，一般以降溫15~20 ℃為宜。但和鋼芯鋁絞線(xiàn)不同的是碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線(xiàn)架線(xiàn)弧垂并不等同于驗(yàn)收弧垂，如果其架線(xiàn)弧垂按照降溫20 ℃觀測(cè)，則驗(yàn)收弧垂應(yīng)參照實(shí)時(shí)氣溫即未降溫弧垂進(jìn)行觀測(cè)，因?yàn)樘祭w維復(fù)合芯棒初伸長(zhǎng)的快速釋放必將導(dǎo)致弧垂下垂。碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線(xiàn)初伸長(zhǎng)的釋放程度隨著導(dǎo)線(xiàn)放線(xiàn)張力和受力時(shí)間的不同而存在一定的偏差，但各相導(dǎo)線(xiàn)之間的偏差可以通過(guò)調(diào)整板調(diào)整至允許范圍內(nèi)。