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[碳纤维导线 ] 某输电线路碳纤维导线断线原因分析

P: 2019-03-28 14:48:56

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1、基本情况

某日一500kV 架空输电线路 C 相 故障,重合不成,开关三跳,强送失败。巡线检查发现,该线路 某一档大小号侧断线, 距离小号侧 大约2米处 C相 子导线 断裂情况如下图所示。

▲图  导线断裂现场照片

该500kV架空输电线路 导线型号为 JLRX/F2A-460/40-26 型碳纤维复合芯软铝导线,故障发生后,电网公司运检部门立即组织电科院等相关单位现场对断裂导线取样(取样区域为导线两侧断口及断口往大号侧约 50 米),及时开展了导线断口分析、导线性能检测、故障模拟试验等,对导线断裂原因进行了综合分析。

2、导线断口分析

根据现场取样知,断裂导线铝股表面附着一层黑色污垢,两端铝线断口呈拉伸颈缩状。

▲ 图 故障导线两侧断口形貌

断口两侧芯棒均稍有内缩,该档小号侧仅露出少量玻璃纤维丝。大号侧断口外存在长约 400mm 的黑色丝絮状物质,部分软铝型线上有放电痕迹。

▲图 两侧故障导线芯棒断口形貌


图 小号侧断口软铝型线上的放电痕迹

剥开外层铝股,断口两侧碳纤维芯棒均已劈开,约 3/4 截面范围的断口较为平齐,碳纤维未见松散,拉伸痕迹不明显,另外约 1/4 截面范围的碳纤维及外层玻璃纤维较为分散,部分呈拉断丝絮状形貌。将两侧断口进行复原,发现两侧断口形貌基本能够吻合,大号侧断口外侧存在黑色丝絮状物质,复原劈开的小 号侧芯棒,发现有部分碳纤维缺失,表明该侧芯棒部分碳纤维被拉出。

 ▲图 故障导线芯棒断口复原形貌


3、导线性能检测

依据 《复合材料芯架空导线》(GB/T 32502-2016)标准和电网公司招投标技术规范书,碳纤维导线性能检测项目包括导线整体性能、芯棒性能、软铝型线性能三部分,其中导线整体性能包括:常温拉断力、外径、线密度、节径比和绞向,芯棒性能包括:直径偏差、抗拉强度、密度、卷绕试验、扭转试验、玻璃化转变温度,软铝型线性能包括:尺寸偏差、机械性能。检测结果表明,故障碳纤维导线的各项性能均符合电网公司招投标技术规范书和相关国家标准要求,详见下表。

表 故障碳纤维导线质量检测结果


4、故障模拟试验

4.1 不同断裂形式下软铝型线断口形貌对比分析


开展了导线正常拉断、芯棒人工弯断后导线拉断的模拟试验,将断口与现场故障断口进行对比,可以看出,无论是故障导线、人工弯断导线还是正常拉断导线,软铝型线断口均呈拉伸紧缩状,无明显差异。

▲图 导线不同断裂形式下的铝线断口形貌


4.2 不同断裂形式下芯棒断口形貌对比分析

从不同断裂形式下的芯棒断口形貌来看,在正常拉断的导线芯棒断口处,碳纤维呈分散且长短不一的细丝状分布,并随机断裂在不同位置,无整齐断口,而现场故障导线芯棒断口和人工折断的芯棒断口则较为整齐,形貌一致,说明故障导线芯棒在断裂前已受损或折断。

▲图 三种不同断裂形式下芯棒断口形貌

4.3 碳纤维黑色丝絮状物质分析

故障导线大号侧芯棒约有 400 mm 的碳纤维呈现松散的丝絮状,与经过燃烧的碳纤维形貌相似与正常拉断导线芯棒断口处的碳纤维形貌有明显差异,说明碳纤维经受了高温烧灼。

▲图  故障导线的絮状碳纤维与经燃烧试验过的碳纤维形貌对比


5、综合分析

检测试验结果表明,断裂导线的各项性能指标均符合电网公司招投标技术规范和 《复合材料芯架空导线》(GB/T 32502-2016)要求。

对比分析故障导线芯棒断口、人工折断导线芯棒断口、正常拉断导线芯棒断口形貌可见,现场故障导线芯棒断口形貌和人工折断导线芯棒断口形貌相似,表明导线在断裂前芯棒已有损伤。

碳纤维经高温燃烧后呈松散丝絮状,与故障导线的丝絮状碳纤维形貌相似。据此推断,故障导线在发生断裂后,部分碳纤维露出,在强送电过程中,故障导线接地放电产生高温,环氧树脂燃烧,碳纤维因失去环氧树脂的粘接而松散,呈现出丝絮状。

从线路竣工图纸的技术参数可以计算出,导线平均运行张力为 28.20kN,最大使用张力为 45.12kN。经计算,芯棒折断后的碳纤维导线铝线的实际可承受拉力约为 33.6kN,说明碳纤维芯棒折断后的导线仍能短期运行。

综上分析,碳纤维导线在发生断线前,内部芯棒已经受损甚至断裂, 导线运行张力主要由软铝型线及残余碳纤维承担。导线运行以来,受强降雪、低温、大风等环境因素影响,导线的承载力逐步降低减弱,而事发前两天发生 15℃以上的气温骤降,导致导线的应力变化较大,因损伤累积效应发生断裂。

6、结论与建议

6.1 结论

(1) 发生断线的碳纤维复合芯导线各项指标均符合国网公司招投标技术规范书和国家相关标准要求。

(2) 碳纤维导线断线的主要原因是内部芯棒已受损甚至断裂,在环境、应力等综合因素的长期作用下,强度逐步下降并最终导致断线。

6.2 建议

(1) 建议制造企业加强导线生产、运输过程中的产品质量管控和保护。

(2) 建议加强导线现场施工过程管控和质量检查,防止因施工工艺 不当造成导线及芯棒受损。

tandem cabling machine - 串列式成缆机 点赞(0) 投诉

P: 2019-03-28 15:00:09

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很好

lossless transmission line - 无损耗传输线 点赞(0) 投诉

P: 2019-03-28 15:09:16

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分析的很好,皆大欢喜,供以后借鉴。

Toxicity Index - 毒性指数 点赞(0) 投诉

P: 2019-03-28 15:41:25

4

皆大欢喜

spool-less take-up - 无盘收线,无盘收线装置 点赞(0) 投诉

P: 2019-03-29 08:45:42

5

要是分析出来厂家的质量问题,那就赔死了。

这里第4点那里还有一个可能是产品芯棒自身有缺陷造成,如拉制后有裂缝什么的。好在是电缆安装完运行一段时间才短的,基本无法证明是否产品自身的缺陷,谁说谁有理。

regenerative repeater - 再生中继器 点赞(0) 投诉

P: 2019-03-29 10:25:27

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很全面的故障分析,学习了。

FRTP - fiber-glass reinforced thermoplastics玻璃增强热塑性塑料 点赞(0) 投诉

P: 2019-05-05 13:16:02

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学习

stub cable - 连接电缆,短截电缆,尾巴电缆 点赞(0) 投诉

P: 2019-05-07 09:47:22

8

偶尔一次断线还可以,如果是多次断线就麻烦了

rosette - 分线板;纸圈架;纱绽座 点赞(0) 投诉

P: 2019-06-14 08:40:44

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国家电网已经发文谨慎使用碳纤维复合导线了,基本死刑了。可惜了

CCST - Center for Computer Science and Technology计算机科学技术中心 点赞(0) 投诉

P: 2019-07-09 11:27:27

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复合芯棒没做好,还敢吹。仿国标准,人家精华没学习到,标准制定有脸称专家,直接打脸吧,好端端的产品被某些人搞砸了

feeding - 馈电,供电;供给,喂料 点赞(0) 投诉

P: 2019-07-26 11:45:23

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楼主分析能力超强,借鉴了,谢谢分享!

compensating cable - 均衡电缆,补偿电缆 点赞(0) 投诉

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