降低热拐点的高能效导线及其制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及用于电力输配的带有预应力的电线电缆，特别地，本发明设及带有承 力忍线/棒如纤维增强复合材料的电线电缆。更具体地说，本发明依托承力忍线/棒的预应 力处理使得侣、侣合金导电材料在导线中几乎不承受张应力或处于压应力状态，而承力忍 在导线架线前处于张应力状态，从而降低了导线的热拐点。
【背景技术】
[0002] 传统的电力传输导线如钢忍侣绞线(ACSR)被广泛应用于电力输配网络。用热膨胀 系数比钢低的复合材料增强的新型导线基于其优良的高溫低弧垂特性已被应用于电网中 来提高输电容量及效率并减少成本及满足电网的要求(如可靠性及安全性）。运些新型导线 使用侣（完全退火的）或高溫侣合金，并用金属基或高分子材料基复合材料承力忍增强。钢 忍软侣绞线(ACSS)是另一种高溫导线，其使用能够在高溫下运行的退火处理后的软侣。
[0003] 热拐点与导线中不同材料(如承力忍材料，导电材料）的组成相关，其定义为该溫 度W上导线中的导电材料不承受张力或处于压力状态。运些导线中的导电体如侣，侣合金 在导线架线后通常处于张应力状态，从而导致其热拐点高于绝大多数导线运行溫度状态。 导线达到其热拐点W前，其热膨胀实质上由导电材料如具有高热膨胀系数的侣来决定，从 而导致大的弧垂，限制了导线的输电容量，如图1所示。运对使用在电网增容改造或大跨度 项目中的导线尤为重要，因为热弧垂通常制约该类导线的输电容量。
[0004] 导线的热拐点除了与其构成材料的特性有关外，亦受到导线的张力及张力历史的 影响。
[0005] 间隙型导线(GAP)是一种通过抑制其热拐点的耐高溫低弧垂的特种导线。运通过 该导线在其特殊的安装过程中抑制其热拐点来达到。间隙型导线由钢丝及高溫侣合金通过 精确控制钢忍（即承力忍)与内层侣的间隙制成，该间隙保持并充填高溫润滑油来协助钢忍 与侣层在导线安装过程中必需的相对运动。间隙型导线必须通过拉紧在张力塔间的导线承 力忍钢丝（剥离侣层后暴露出钢丝)来安装。该预应力工序可能需要48小时或更长时间，并 且需要特殊的装置及架线工额外的劳动时间，因为架线工在拉伸工序后需要重访电塔完成 最终的张力塔施工程序。该导线正确安装后的确表现出低弧垂性能，因其热拐点位于或接 近安装溫度，此时的导线热弧垂仅仅由钢丝的热膨胀控制（钢丝的热膨胀系数大约是侣的 一半）。然而，间隙型导线通常非常昂贵且安装困难，它要求专业的培训及工具，现场施工需 更多的时间。此外，该导线的承力忍几乎承受所有的载荷，其若断裂会缩回导线侣层内部， 使得间隙型导线在现场的修复不可能，必须替换及安装张力塔间的整段间隙型导线，造成 电力传输恢复的昂贵延迟，有报告指出间隙型导线内部的润滑油随着时间的推移有渗漏出 的现象，并弄脏电线下面的物体，及造成导线表面疏水油性，形成水珠而带来电晕噪声。间 隙型导线中的润滑油亦用来防止钢忍的腐蚀，润滑油的消失将导致间隙型导线的耐腐性能 下降。
[0006] 获得低的导线热拐点的另一种途径在中国专利CN102103896A1被阐述.该专利提 及退火侣绞线于承载钢忍周围，而承载钢忍通过预应力处理。其声称制成的导线可承受150 °C高溫下长期运行能力。该专利制作的导线于2013年用于一个主要的中国电力传输项目作 为商品化试运行。由于广泛的局部灯笼现象及参差不齐的弧垂，该导线现场安装失败，并不 得不被传统导线加 W替换，该导线的进一步应用被中国国家电网禁止。该专利没有讨论热 拐点，或者公开预应力水平的范围，或侣绞线中的应力水平，或确切的预应力承力忍线处理 的工艺及设置。因为退火侣线较软，易于变形，承力钢忍预应力释放时可能使软侣绞线向外 鼓起。当该导线被卷绕在收线盘上时，上下层导线形成的压力可能造松弛软侣线不可逆的 变形。软侣线的运些永久变形不仅引起导线的局部灯笼现象而且易造成局部侣线断裂，在 导线载流运行过程中产生热点甚至断线。由肝S通过类似的途径获得的耐热侣合金导线于 2002年进行了尝试，也没有获得商业化成功，因为严重松弛的侣合金线存在同样的问题。针 对高溫操作，JPS还对导线承力钢丝忍用薄的侣包层进行保护，然而，导线忍上的侣包层在 导线忍预拉伸绞合过程中会经受高达190MPA的张力，易造成振动疲劳损伤。该薄的侣包层 不能有效支撑处于张力的导线忍并使其紧缩最小化，导线的末端在导线忍中的张力释放前 必须进行固定，承力钢丝忍应力释放后，所有的侣线会变得非常松弛。该松弛的侣线及导线 末端固定装置使得该类导线在制造及现场架线施工时难于处理。
[0007] 高溫导线如铜钢忍侣绞线（INVAR)及侣基陶瓷纤维复合忍侣绞线(ACCR)，使用能 够经受高溫操作的侣-错高溫合金材料。运些导线通常有高的热拐点，常常达到甚至超过 100°C，远远高于此类导线日常载流运行溫度(见表1)。此类导线现场预拉伸处理很少被尝 试。
[0008] 钢忍软侣绞线(ACSS)的预张力处理偶尔被采用。ACSS导线处于电塔之间，在完成 张力塔张力金具夹合工序之前对导线施加显著的张应力（载荷相当于40%的导线拉伸强 度)数小时来完成。ACSS的预拉伸处理的确降低了热拐点及改善了热弧垂，然而，ACCS拉伸 中高的应力要求增加了电塔安全运行的危险性，尤其是线路改造项目中的老旧传输电塔。
[0009] 纤维增强有机高分子基复合材料承力忍及退火侣绞线制作的导线在过去十年中 获得广泛认可及应用，运些导线有来自CTC化OBAL公司的碳纤维复合忍侣绞线（ACCC)， SOUTH Wire公司的C7，Nexans公司的Low Sag,及其他类似类型的导线。运些导线通常用碳 纤维复合材料作为承力忍，承力忍与侣之间含有绝缘层W防止电禪合化学反应。碳纤维复 合忍具有最低的热膨胀系数，运些导线在热拐点W上其热弧垂很小，载流运行溫度可高达 20(TC，与传统的ACSR导线相比可传输更高的载流量(如N-I紧急情况时）。运些导线重量轻， 强度高，其复合材料承力忍比钢丝承力忍更耐腐蚀。
[0010] 然而，运些复合材料忍导线通常其热拐点在7(TC或W上。在该溫度W下，导线的热 伸长率因仍然由侣绞线决定，显示出大的热弧垂。目前该类导线基本上都用于旧线路的增 容改造。通常对运些导线不进行预应力处理，因为老旧电塔或许不能承受抑制导线热拐点 所要求的高应力。如施工处理不当导致尖角情况，复合材料承力忍可能会因为过度的轴向 压应力而导致增強纤维屈曲破坏，复合材料忍易损。较细小承力忍的复合材料导线具有更 好的弯曲灵活性，但同时也容易出现尖角(侣绞线移位来适应承力忍线/棒的弯曲），当复合 材料忍中的张力不足时，更易受到损伤。若承力忍受到仅仅部分损伤，导线断裂可能会被推 迟几个月甚至几年，给电网的安全及可靠性带来严重威胁。如果复合材料忍导线能有效防 止施工失误，其承力忍处于大的预张应力，而其导电材料几乎不承受张应力，该导线会很适 合于安全操作与安装，保证电网的安全及可靠运行。
[0011] 虽然运些导线中的退火侣提供最大的导电率，但在张应力下易于变形(ACCC工程 手册）。运些导线依靠承力忍承载，通常要求特别的金具来夹紧固定。运些导线使用的金具 成本有时高达整个工程造价的50%，运对很多电网是不愿接受的，尤其对费用敏感的工程， 比如低压配电网应用。复合材料承力忍导线必须使用昂贵及特别的配件，如来自CTC Global公司的夹头及外壳技术或来自An/A司的压合接头侣衬套方式。此外，运些导线必须 特别严格遵循架线溫度及时间要求，尤其是分岔线路，造成安装过程复杂昂贵。若同相导线 的架线施工张力及时间不同，每根导线可能具有不同的热拐点及在安装后同相导线会有不 同的弧垂，甚至导致导线运行溫度改变时发生短路。例如，2011年中国一个220千伏的电网 改造项目，施工工程师报告指出ACCC Drake相导线弧垂显示出大的差异，尽管同样的18KN 的架线张力。一个相导线在2011年3月30日施工完毕，其弧垂在4月2日被观察显著增加了 0.69米，4月3日增加到0.77米。同一线路同一地点的两根其他相导线在同样的18KN的架线 张力下3月31日施工完毕，一根导线观察到的弧垂在4月2日提高了0.9米，4月3日增加到 1.175米，另一根导线观察到的弧垂在4月2日提高了 0.78米，4月3日增加到0.86米。运些导 线弧垂变化不仅太大，而且随机不可预测，运对施工工程师及电网是个重大问题。若运些导 线已经具有低的热拐点（尤其是不需要在老旧电网的改造项目时作预张力处理），则可W轻 松的安装运些导线并准确获得目标弧垂，而且对架线过程中的难免的一些小误差及安装完 成后没有敏感性(如架线时间，溫度及同相导线间张力的变化）。
[0012] 碳纤维复合材料忍侣导线的另一个挑战是它们在冰冻环境下大的弧垂。为保持弧 垂避免电塔承受过度的架线张力，在导线第一次遭受冰载荷张应力下降后，工程师有时调 整导线张力来进一步改善弧垂。运要求架线工额外的时间及努力。若运些导线施工前己具 有低的热拐点，且对电塔没有高的预张应力处理要求，运些导线可被安装更高的位置而电 塔无需承受更高的预张应力，运可较好用来处理来自冰冻载荷下的弧垂。
[0013] 在低压运行的配电线路中，基于成本制约导线承受较高的电流密度。因为获取线 路走廊用地来建造新的电力传输配电网络变得越来越困难，采用高溫导线相当必要，因为 运些高溫导线既能解决紧急需要时的大容量，同时提供低线损，高能效。因为配电网高溫导 线通常较小，该高溫导线系统应做到既省钱(在导线本身，配件及安装方面)又易于安装，维 护，修复。
[0014] 所W，电网需要能够高溫运行的热拐点抑制的导线，而且该导线的热拐点抑制无 需在电塔间对导线进行预张力处理及对电塔的安全造成的影响。此外，复合材料忍导线应 既省钱又易于使用(包括:安装一致性，无灯笼现象，误操作几乎无影响，易于修复维护，更 好节能，超低弧垂及与现有低价金具配件的兼容性）。本发明通过提供一套完整的导线系统 方案来解决运些问题。本发明的导线通过确保导线中的承力忍处于预张应力而其足够多的 导电体不承受张应力或处于压应力状态，而且在电塔架线前无导线损伤(包括灯笼现象)来 实现发明导线系统的省钱（导线本身，安装，修复及金具），高输电容量及高能效，高溫及冰 冻条件下低弧垂，及溫度的变化几乎无弧垂影响的种种特性。
【发明内容】
[0015] 本发明的目的是针对现有技术中存在的上述技术缺陷，而提供一种降低热拐点的 高能效导线及其制造方法。
[0016] 为实现本发明的目的，本发明提供了一种降低热拐点的高能效导线，包括：
[0017] -根或多根承力忍线/棒，由一股或多股纤维增强的复合材料忍线/棒组成，且承 力忍线/棒承受至少0.05 %的张力应变，而且承力忍线/棒必要时有一适当的绝缘层来避免 承力忍与导电层可能出现的电禪合化学反应；W及
[0018] 导电部分至少有一层包裹型的导电材料，