ACCC在输电线路改造中应用的技术经济分析

结合我国220 kV改造线路的典型参数,分析了应用型线同心绞碳纤维复合材料芯软铝绞线(ACCC,JLRX/T)的技术经济性及其优点,并调研了其在国内外的应用情况。分析结果表明:ACCC的应用从技术上讲是可行的,从经济上讲是合理的;ACCC的出现为解决线路增容和减少输电走廊等问题提供了一种新的途径。

ACCC塔线体系在风荷载作用下的动力响应

以北卫碳纤维复合芯导线用于输电线路增容改造的实例为工程背景,运用有限元软件ANSYS建立三塔四线的有限元模型,并通过Matlab模拟沿高度变化的Kaimal风速谱,得到作用于输电塔和导地线的脉动风速时程曲线。由于碳纤维复合芯(aluminum conductor composite core,简称ACCC)导线具有重量轻、强度大和弧垂小等特点,计算得出了改造前使用的普通钢芯铝绞线及改造后使用的ACCC塔线体系的位移随时间的变化规律,以及在档距和塔高各自变化的情况下ACCC塔线体系的位移和应力,并与工程实际的塔线体系进行比较。结果表明,ACCC导线用于输电线路上的优越性及改造后模型的合理性可以节省工程造价,为以后的设计提供参考。

ACCC碳纤维复合芯导线技术在我国的应用前景分析

碳纤维复合芯导线(ACCC)是一种新型的架空输电线路用导线,具有重量轻、强度高、热稳定性好、弛度小、载流量大和耐腐蚀的特点。满足国内建设资源节约型、环境友好型电网的要求,在我国输电线路中具有良好的应用前景。

ACCC导线碳纤维复合芯损伤声发射信号研究

参照"QJ 2099—1991三向纤维增强复合材料弯曲性能试验方法"标准,针对ACCC导线碳纤维复合芯弯曲应力损伤,对试验件进行三点弯曲试验,并同步对损伤进行声发射检测。通过声发射信号时域分析和频域分析方法,找出在不同应力损伤与声发射信号功率谱频率之间的对应关系。试验结果表明:树脂基体断裂和碳纤维断裂有明显不同特征,声发射采集的功率谱频率相差很大,树脂基体断裂的功率谱频率在150 kHz左右,碳纤维断裂的功率谱频率在250 kHz左右。声发射仪接收到功率谱低频率为主,则碳纤维复合芯的树脂基体有断裂;声发射仪接收到功率谱以高频率为主,则复合芯的碳纤维有断裂。

考虑接触摩擦与各向异性性能的碳纤维复合芯导线(ACCC)径向耐压性能的有限元分析

为了确定碳纤维复合芯导线(正交各向异性复合材料)在架线压接施工过程中合理的压接载荷范围,研究该复合材料的径向力学性能,确保架空导线在电网中的安全稳定运行。使用ANSYS软件以1∶1的比例建立了Ф7.5mm的碳纤维复合芯棒的各向异性材料模型与耐张线夹的三维有限元模型,利用Tsai-Wu失效准则判定复合芯棒失效行为,同时考虑了复合芯棒与外层铝绞线、耐张线夹之间的接触与摩擦行为,对复合芯棒的压接施工过程进行了非线性静力学有限元分析。结果表明:在碳纤维复合芯导线压接施工过程中,单模压力如果小于24MPa,则芯棒易从金具腔中拉脱;如果压力大于28MPa,则复合芯易被压碎;但是复合芯在金具靠近楔形夹一侧由于应力集中更容易压损,该侧压力应相对较小,在21MPa^23MPa为宜。

表面构型对输电导线覆冰碰撞特性的影响分析

导线结冰严重影响着电网运行安全,局部碰撞系数是表征输电导线覆冰增长速率的关键指标,以往对传统钢芯铝绞线或其简化圆柱模型的覆冰增长特性进行了分析,碳纤维复合芯导线(Aluminum Conductor Composite Core,ACCC)作为一种发展迅速的新型导线,其局部碰撞系数和覆冰增长过程鲜有研究。首先基于商用有限元软件Fluent实现了对覆冰增长数值模拟,并通过与模拟试验结果对比,验证了仿真方法的有效性。随后,利用经过验证的数值模拟方法,对ACCC模型和简化的圆导线模型的覆冰增长特性进行了对比研究,模拟得到了二者表面的液滴碰撞系数分布,讨论了不同的雨滴中值直径和风速变化对碰撞系数的影响,获取了ACCC模型的结冰冰形。结果表明:风速低时ACCC模型的局部碰撞系数显著小于圆模型,覆冰初期,冰形受导线表面构型影响十分显著;当导线表面被覆冰完全包裹后,圆模型冰形比ACCC模型冰形阻力系数整体低15.3%,且在多个风攻角下呈现驰骋不稳定性。研究结果对于获取ACCC覆冰增长特性,了解不同表面构型导线覆冰致灾机理具有重要价值。

基于光纤传感技术的多股碳纤维复合芯导线隐蔽性缺陷检测

为解决大容量、大跨越输电用碳纤维导线由于隐蔽性缺陷无法检出而导致频繁断线的问题,提出了一种基于光纤传感技术的多股碳纤维复合芯导线隐蔽性缺陷检测方法。该方法通过搭建导线运行环境并模拟导线运行工况,采用基于分布式光纤布里渊散射的时域反射技术,检测碳纤维导线的温度和应变分布情况,并结合光时域反射技术,检测碳纤维导线中光纤的损耗情况。经过综合对比分析,获取可表征多股碳纤维缺陷隐蔽性缺陷的光纤温度、应变、损耗等信号特征量,并构建神经网络模型,将各信号特征量作为模型输入,通过模型训练确定模型内各权系数,使其能够有效地检测多股碳纤维复合芯导线隐蔽性缺陷。实验结果表明,该方法可有效获取各类光纤信号特征量,并且能够准确地检测各类导线隐蔽性缺陷,具有重要的实际应用价值。

基于与碳纤维导线匹配的绝缘子耐热研究

为了确保碳纤维复合芯导线在线路增容改造后的安全可靠运行,先从理论上计算出与导体温度对应的复合绝缘子高压端芯棒端部温度,再通过试验检验悬垂复合绝缘子与导线之间增设1片瓷绝缘子的隔热效果,然后叠加瓷绝缘子的金属球窝温升和金属球窝在太阳下的暴晒温度,发现增设1片瓷绝缘子无法确保复合绝缘子芯棒的机械性能,应采用瓷(玻璃)绝缘子串。

碳纤维复合芯导线耐张线夹断裂分析

对某220 k V输电线路碳纤维复合芯导线的失效耐张线夹进行结构检测,发现铝管压接标示线定位错误造成压接后局部应力集中,线夹装配不符合规范要求。通过开展耐张线夹楔型夹握力、铝管握力和引流板温升试验,分析了线夹装配、温升对其握力的影响,指出引流板装配不良在大电流下发热使得楔型夹握力下降,铝管升温、承载并断裂致使碳纤维复合芯棒从楔型夹中脱落。提出碳纤维复合芯导线耐张线夹安装和安全运行的技术要求。

碳纤维复合芯电缆国内外技术研发现状及工程应用进展

碳纤维复合芯铝绞电缆是一种容量大、损耗低、节能环保的新型复合芯导线。它具有重量轻、强度大、耐高温、耐腐蚀、线损小、弛度低、热膨胀系数小等一系列优异性能。国外技术研发以美国和日本较为成熟,并在工程实际应用。国内的技术研发近3年取得了突破性进展,部分企业已批量生产,产品已在百余条电网中挂网运行。

新型复合材料合成芯导线技术综述

复合材料代替钢芯的合成芯导线是一种全新概念的架空输电线路用导线,它充分发挥了有机材料的特长,具有重量轻、强度大、耐高温、耐腐蚀、线损低、弛度低等优点,介绍了目前日本和美国有关新型复合材料合成芯导线产品的技术特点、性能指标和应用情况,并对其技术性、经济性和发展前景进行了评估。

碳纤维复合芯导线与钢芯铝绞线的起晕特性对比试验

为研究碳纤维复合芯导线(ACCC)的起晕特性,基于小电晕笼电晕测量系统进行了ACCC-600/71单根导线和LGJ-630/45钢芯铝绞线单根导线起始电晕特性的对比试验。试验结果表明:在干净及人工涂污下,ACCC-600/71导线的起晕电压均要高出LGJ-630/45导线起晕电压,说明ACCC-600/71导线确实能够降低线路损耗,在节能、环保方面具有良好运行性能;表面污秽会降低导线表面粗糙度系数,从而大幅度降低起晕电压,且污秽物颗粒度越大影响程度越高。

地铁钢铝复合式第三轨/受电靴载流摩擦磨损特性研究

通过对销-盘摩擦磨损试验机的夹具和控制部分进行改进,研制出载流摩擦磨损试验装置,并采用该装置研究了地铁钢铝复合式第三轨与受电靴摩擦副之间的载流摩擦磨损特性,采用激光三维共焦扫描显微镜和电子能谱仪等微观手段,结合电接触理论分析了摩擦副的载流摩擦磨损机制.结果表明:存在1个法向压应力阈值,当试验的法向压应力大于此阈值时,摩擦系数随着电流的增加而增大,此时电流增加了机械磨损;而当法向压应力小于此阈值时,摩擦系数随着电流的增加而减小,此时电弧烧蚀材料损失量较机械磨损大;钢铝复合式第三轨的主要磨损机制为粘着磨损和磨粒磨损;钢铝复合式第三轨授流时,在一定的列车运行速度下法向压应力阈值是最佳的工作压应力,既能保证顺利授流,又使得摩擦副材料的磨损量较小,确保行车安全,降低维护频率,节约地铁运行成本.

钢铝复合导电轨制造技术的探讨

钢铝复合导电轨具有导电性好、耐磨损、重量轻、寿命长等优点。介绍钢铝复合导电轨在三轨系统中的作用、工作原理、结构和常用材料。世界上钢铝复合导电轨制造技术,可归纳为机械结合、机械/冶金结合、冶金结合三大类。分析上述制造技术的结合性质、结合原理及结合特点,提出一种具有发展潜力的复合导电轨的制造技术———铝合金半固态浆料与钢复合成形技术。

有无电流工况下钢铝复合轨/受电靴的摩擦磨损特性

利用改进设计的销盘摩擦磨损试验机,研究了用于地铁供电的钢铝复合轨与受电靴在有无电工况下的滑动摩擦磨损性能,对比了磨损量与摩擦因数的变化,观察和分析了微观磨损形貌,分析了其摩擦磨损机制。试验表明:电流对摩擦副的干摩擦滑动行为具有显著的影响,随着电流的增加,钢铝复合轨和受电靴的磨损质量增加,摩擦因数减小,摩擦表面出现粘着磨损、电弧烧蚀、磨粒磨损、疲劳剥落特性。

碳纤维复合芯导线的特性及应用

阐述了碳纤维复合芯(ACCC)导线的结构和材料特点,比较了直径相近的ACCC导线与传统钢芯铝绞(ACSR)导线的主要材料性能,绘制了两种导线的应力弧垂曲线,将两类导线在最高气温下的弧垂和应力进行了对比。结果表明,ACCC导线的截面积、最高工作温度、载流量均高于ACSR导线,而弧垂明显小于ACSR导线,在实际工程中ACCC导线弧垂小的优势可明显降低铁塔的高度,进而可减少线路的造价。

复合绝缘子应用于碳纤维复合芯导线增容工程的试验研究

碳纤维复合芯导线具有耐高温、载流量大等优点,其短时容许温度甚至可超过200℃,若使用复合绝缘子,其高温传递到复合绝缘子高压端部时,会影响芯棒、硅橡胶材料和金属附件连接区的压接强度性能,严重时可引起掉串事故。为此,从理论计算、试验验证、运行特性分析、模拟试验等4个方面,分析了在高温运行条件下,复合绝缘子高压端部的温度场分布情况和影响复合绝缘子运行性能的关键因素,并根据辽宁地区220kV辽元#1线在ACCC-713碳纤维合金导线下实际运行2a的复合绝缘子的电气、机械性能分析,及在实验室条件下,不同试验温度下复合绝缘子的机械性能变化结果,提出了实际应用时应注意的问题和建议。研究表明,随着绝缘子钢脚温度的上升,绝缘子强度逐渐下降,在180°C条件下可降低至初始强度的50%。

架空导线碳纤维复合芯棒的结构、组织和性能分析

为深入了解近年研发的架空导线用碳纤维增强环氧树脂基复合芯棒的结构、组织和性能,对复合芯棒进行了解剖,借助扫描电镜等仪器设备,观察及分析了复合芯棒的内部结构和组织特征,并同其他常规架空导线的芯棒进行了物理力学性能对比,最后讨论了碳纤维芯棒研究和制备的现状以及存在的问题。架空导线用碳纤维复合芯棒具有自阻尼结构,其重量轻,线膨胀系数小,比强度高。但目前国内商业化生产的芯棒,要完全满足各项性能指标尚存有一些技术障碍,有待今后在技术上进一步完善与突破。

基于流固耦合的碳纤维复合芯导线微风振动特性数值分析

对发生微风振动的新型碳纤维复合芯导线和与其截面积相近的传统钢芯铝绞线的动态特性进行了对比研究。基于计算流体动力学(CFD)方法,利用Adina软件分别建立了两种导线微风振动流固耦合CFD仿真模型。获得不同截面导线竖向振幅比随约化速度变化曲线,对比其升阻力特性。通过对流场中做强迫振动的导线进行数值模拟,利用导线气动力载荷响应求得导线风能输入功率,从风能输入角度分析不同截面形状导线微风振动特性的差异。研究所得两种不同截面形状导线气动力特性的差异,可为新型导线在工程领域的应用提供参考。

考虑流固耦合效应的碳纤维复合芯导线风振响应分析

采用流固耦合理论计算输电导线的风振响应,既考虑风作用在导线上的荷载,也考虑导线形变引起表面风压改变及其对流场的影响.通过建立传统钢芯铝绞导线(ACSR)和碳纤维复合芯导线(ACCC)数值风洞模型,将两种导线在考虑流固耦合作用下的风振响应进行了对比分析.研究表明,相同档距和截面面积基本相同的情况下,碳纤维复合芯导线风振响应小于传统钢芯铝绞导线,并且相对不容易出现尾流失稳的现象.研究成果可为新型ACCC输电线路抗风设计提供有价值的参考,考虑流固耦合效应更接近导线在风场中运动的实际情况.