一次碳纤维复合导线断线案例分析

金 麟

（云南电网有限责任公司文山供电局，云南 文山 663000）

碳纤维复合导线是一种全新结构的节能型增容导线，与常规导线相比，具有重量轻、抗拉强度大、耐热性能好、热膨胀系数小、高温弧垂小、导电率高、线损低、载流量大、耐腐蚀性能好和不易覆冰等一系列优点，综合解决了架空输电领域存在的各项技术瓶颈，代表了未来架空导线的技术发展趋势，有助于构造安全、环保、高效节约型输电网络，应用在新建线路中，可提高线路的单位输送容量，确保电网的坚强性，长远经济性更好[1-2]。应用在大跨越线路中，可以大幅降低跨越塔的高度，从而有效减少杆塔和基础的材料用量，达到降低工程造价的目的。本文就某供电局110 kV线路工程中应用碳纤维复合导线时，110 kV线路N1-N2号塔B相导线在距离耐张线夹5.7 m位置发生断线的案例，从现场检查及检测结果进行实例分析，并结合碳纤维复合导线的实践经验提出建议。

1 案例经过及分析

1.1 案例经过

新建某110 kV线路工程起自220 kV某变电站，终至110 kV某变电站，线路总长4.77 km，单、双回路混合架设，其中新建单回路架空线路3.67 km，单回路改双回路1.04 km，新建进线电缆0.06 km。铁塔数量17基；该线路N1-N2号塔B相导线在距离耐张线夹5.7 m位置发生断线。

1.2 案例分析

1.2.1 现场检查

该线路N1-N2号塔B相导线在距离耐张线夹5.7 m位置发生断线，其绞合式碳纤维复合芯导线内部碳芯断口整齐，外部铝绞线断裂有变形，如图1所示。

图1 绞合式碳纤维复合芯导线断线现场检查组图

该线路采用新型ACMCC-240/30绞合式碳纤维复合芯导线，采用气象条件最大设计风速为25 m/s（10 m高），5 mm覆冰设计，导线参数及设计气象条件见表1。

表1 ACMCC-240/30绞合式碳纤维复合芯导线参数

根据GB 50545—2010《110 kV～750 kV架空输电线路设计规范》要求，本工程架线导线安全系数取2.5，地线安全系数取3。即该导线最大使用应力为109.678 9 N/mm，最大使用张力为29 514.600 0 N。

对照百米弧垂表得出，AG1-AG2为孤立档，空气温度20℃时（取当日气温）设计放线弧垂为8.65 m，导线应力为46.4 N/mm，导线张力为12 486.34 N。导线应力为导线最大使用应力42.3%，导线张力为最大使用张力42.3%，满足导线使用要求。现场实测，施工放线弧垂为11.09 m，大于设计放线弧垂（8.65 m）。导线应力小于46.4 N/mm，导线张力小于12 486.34 N，满足导线使用要求。

1.2.2 导线检测

将本线路采用的新型ACMCC-240/30绞合式碳纤维复合芯导线进行取样，取3个样品进行外径、表面质量、截面积、线密度、直流电阻、节径比及绞向以及常温拉断力共7项检测（见表2、表3），并依据GB/T 32502—2016《复合材料芯架空导线》及技术规范书得出相应检测结论：所检项目外径与常温拉断力符合技术规范要求，其余项均符合标准要求。

表2 线路设计气象条件

表3 外径、截面积、节径比及绞向检测数据表

表面质量检测：复合芯导线表面未发现有肉眼（或正常校准视力）可见缺陷，无明显失误划痕、压痕等，未发现与良好的商品不相称的任何缺陷。

1.3 原因初步分析

结合现场检查情况及绞合式碳纤维复合芯导线样品的外径、表面质量、截面积、线密度、直流电阻、节径比及绞向、常温拉断力共7项检测结果，并考虑到绞合式碳纤维复合芯导线作为新型导线在重量、载流能力方面优势明显，但其本身存在的抗弯能力低和易折断的缺点目前暂无有效的检测方法，初步判断本次导线断线的原因为：绞合式碳纤维复合芯导线在生产、运输、施工、运行环境等相关环节中已发生碳芯受损，按照传统架线施工工艺和现有的红外测温及外观检查的运维手段未能发现碳芯受损情况，从而造成导线断线。

表4 直流电阻、线密度、常温拉断力检测数据表

1.4 实践建议

针对碳纤维复合导线断线的案例，结合碳纤维复合导线的实践经验提出如下建议。

（1）精细管理碳纤维复合导线。遵循小心轻放的原则，线盘在运输或存放过程中不能单一面受力，禁止导线过盘；起重机起吊线盘应在中心孔位放置承重轴起吊；叉车运输线盘时应从其侧面接近，线盘竖立叉，且线盘存放应保持向上；线盘储存于干燥、坚硬、水平的地面环境中，且储存时间达3个月以上时，其储存环境不能受到恶劣天气的影响并使用铁盘包装。

（2）施工安装关注点。牵张场的布置时，张力机应布置于顺线路方向，不得使用落地滑车等方式转向，且导线进张力机的水平夹角不应大于10°。若大于10°，在导线盘和张力机之间安装不小于导线直径30倍工作直径的滑车，将导线引入张力机导向轮，专用滑车投入使用将有效避免导线折断。严禁使用小滑车展放碳纤维复合导线，滑车的直径Ds（槽底部）不低于30×导线直径；第一个滑车以及最后一个滑车的正切角应稍大，如40×导线直径；槽半径Rg范围不低于0.55×导线直径；槽深Dg＞1.25×导线直径；槽展开角为Gf范围15°~20°。如图2所示。

图2 放线滑车相关参数示意

（3）配置碳纤维复合导线专用金具。卡线器的尺寸、实际夹持强度必须与导线匹配；网套连接器使用厂家配套专用捆绑工具，以防止卡线器磨损、尺寸不匹配或网套连接器捆绑过渡导致的碳芯滑动或者损伤导线。正确使用提线器提线，以防止在提线过程中导线过度弯曲，碳芯损的损伤。

（4）实时监控导线弯曲度。施工过程中与导线直接接触的机具张力机、放线滑车、卡线器、提线器和压接机模具应满足碳纤维导线特性的要求，以保证导线曲折率的最大化。导线展放线的任何环节均应避免将碳纤维复合导线弯曲成锐角或小直径弯曲导线，尤其是卡线器的位置未被正确固定，导致导线碳芯弯曲角度不正确，且不允许导线在放线过程中弹跳，或使用直径低于500 mm的独轮飞车坐人在导线上滑动。碳纤维复合导线抗拉不抗折的特性决定了任何环节导致的碳纤维复合导线弯曲成锐角的情况可直接断定导线碳芯折断。

（5）确保所有与导线接触的连接件都具有与线路设计相同的允许工作温度，以防止配件因高于设计温度而失去强度。如：防震锤、间隔棒、端子板、绝缘子、接续管、耐张线夹、引流板、纤维化合物、螺栓等。

（6）实施碳纤维复合导线运行全生命周期跟踪，从导线的承载负荷、弯曲度、配件金具、运行环境以及温度变化等多方面探索碳纤维复合导线运行情况，实时评估运行状况，推断剩余运行时间，以逐渐掌握碳纤维导线的最佳运行时间，从而避免碳纤维复合导线进入生命末期出现故障后再行更换的后果。

2 结束语

针对此次碳纤维复合导线断线的案例，本文从现场检查，外径、表面质量、截面积、线密度、直流电阻、节径比及绞向、常温拉断力7项检测、原因初步判断方面进行实例分析，提出碳纤维复合导线精细管理、施工安装关注点、专用金具配置、导线弯曲度实时监控、连接件工作温度、导线运行全生命周期跟踪6个维度的实践建议，对于新型碳纤维复合导线在电力系统高压输电线路中的应用具有一定的借鉴意义。