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。

碳纤维复合芯导线缺陷检测技术现状及进展

碳纤维复合芯导线有着低密度、高强度、高弹性模量、低线损等诸多优点,可以大幅度提升线路的运输容量,但是因为不耐弯折与其他人为因素使得其内部存在各种缺陷,最终导致断线事故的发生,严重危害线路的运行安全。分析了碳纤维复合导线的应用现状,总结了几种碳纤维复合芯导线的常用无损检测技术,针对各种技术的原理和特点进行了分析,简要叙述了相关技术的优点与不足。最后指出碳纤维复合芯导线的无损检测技术依然需要大量的研究工作。

电弧喷涂碳纤维增强铝基耐蚀减磨复合涂层研究

目的制备耐蚀减磨性能优异的碳纤维增强铝基复合涂层。方法利用粉芯丝材技术制备碳纤维增强铝基复合粉芯丝材,再利用电弧喷涂技术将制备的复合粉芯丝材制备成复合涂层。对铝基涂层使用SEM、XRD进行微观形貌、物化性能检测,使用摩擦磨损试验机、电化学工作站、中性盐雾试验机等对涂层的摩擦学、耐腐蚀性能等进行检测,综合评价在涂层体系中添加碳纤维对铝基涂层性能的影响。结果添加碳纤维的铝基复合涂层相较于纯Al涂层,其摩擦学性能得到显著提升,摩擦系数由纯Al涂层的~0.4下降至~0.2,磨损率由纯Al涂层的~2.0×10^(-3)mm^(3)/(N·m)下降至~8×10^(-4)mm^(3)/(N·m),相关指标均下降了50%以上。同时,利用扫描电子显微镜观察涂层表面的磨痕及对磨副的划痕,并分析了铝基涂层的磨损机理,结果表明,Al/CFs复合涂层主要以磨粒磨损为主导机制,而纯Al涂层则以粘着磨损为主导机制。通过电化学工作站测试涂层的动电位极化曲线和Bode曲线分析涂层发生腐蚀的趋势,其电化学结果表明,添加碳纤维后不显著影响铝基涂层的耐腐蚀性能。进一步中性盐雾试验结果表明,中性盐雾试验720 h后,铝基涂层均未出现明显的腐蚀产物,涂层展现了优异的耐腐蚀性能。结论利用粉芯丝材技术和电弧喷涂技术可以制备碳纤维增强铝基复合粉芯丝材及其涂层,在不影响原有铝涂层耐腐蚀性能的前提下,添加碳纤维可显著降低复合涂层的摩擦系数和磨损率,使涂层具有耐蚀减磨性能,可拓展铝基涂层在耐蚀减磨领域中的应用。

内嵌聚甲基丙烯酰亚胺泡沫的碳纤维增强复合材料蜂窝夹层结构水中抗爆试验研究

为了分析新型内嵌聚甲基丙烯酰亚胺(Polymethacrylimide,PMI)泡沫的碳纤维增强复合材料蜂窝夹层结构的水中抗爆性能,开展了水中爆炸作用下结构抗爆性能试验研究,对比了均质钢板、纯蜂窝夹芯夹层结构以及内嵌两种不同密度PMI泡沫蜂窝夹芯夹层结构的水中抗爆性能,分析了结构变形与破坏模式、结构表面压力特性以及结构后面板变形情况。结果表明,内嵌泡沫能够有效提升夹层结构的水中抗爆性能。研究结果可以为水中抗爆防护结构的轻量化设计及优化提供参考。

架空导线用纤维增强复合材料芯现状及未来

纤维增强复合材料具有强度高、密度小、低膨胀、耐腐蚀等显著优点,是良好的架空导线加强芯材料。本文梳理了架空导线用纤维增强复合材料芯的发展历程,分析了各类纤维增强复合材料芯的优势和劣势,厘清了各种材料的发展脉络及其技术逻辑,分析了当前纤维增强复合材料研究、应用中的不足,指出了未来研究的关键技术和关注点。

光纤多股集束型碳纤维复合芯导线耐张线夹的研制

针对光纤多股集束型碳纤维复合芯导线的结构特点,采用液压式压接方法开发了配套金具耐张线夹,研究了影响耐张线夹握力和光纤光传输性能的因素。在结构设计上,该耐张线夹的钢锚有光纤通道,芯棒衬管采用多孔结构设计,具有受力均匀,握力大、兼顾光纤保护的突出优势。试验表明压接长度、液压压力、结构尺寸和搭接长度对耐张金具的握力和光纤光传输性能有重要影响,通过优化结构和压接参数,该配套金具可以与导线有效连接,具有较高的握力,且保证芯棒内植光纤的光传输性,这对于光纤多股集束型碳纤维复合芯导线的推广应用具有重要的意义。

新型碳纤维复合芯铝合金导线的特性研究

采用拉挤成型工艺制备了碳纤维增强环氧树脂复合材料导线芯,在外部绞合铝绞线制备成导线。并对线芯的密度和拉伸强度以及导线的应力应变曲线和弧垂等性能做了研究。结果表明,碳纤维复合芯的密度仅为1.60g/mm3,断裂强度高达2874MPa,大大超过普通钢芯;由于在拉伸过程中复合芯只表现出弹性变化,而铝绞线要发生弹塑性变形,使导线的应力应变曲线上存在斜率的突然变化;线芯的热膨胀系数比铝绞线要小的多,使在温度升高到一定值时导线的弧垂基本不再增加,从而允许导线在更高的温度下使用。现场应用情况表明,新型导线完全可以取代传统钢芯导线,改造输电线路。

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。

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。

全封闭碳纤维与高强钢丝复合拉索的弹性模量

探讨了全封闭复合拉索的协调工作机理,即要求芯部高强钢丝束与碳纤维筋弹性模量接近或相等;研究了高强钢丝束捻距与弹性模量间的关系;推导了37股高强钢丝束弹性模量的计算表达式,通过有限元分析验证了表达式的正确性.试验表明,碳纤维筋弹性模量可以达到与高强钢丝束的弹性模量相近的要求.结论表明:复合拉索中的索力按照碳纤维筋与高强钢丝束的轴向刚度进行分配,全封闭复合拉索中碳纤维筋与高强钢丝束的弹性模量相等.在整体锚具的张拉下,复合拉索中碳纤维筋与高强钢丝束的变形一致,弹性模量相等决定了索力按照复合拉索中碳纤维筋与高强钢丝束的截面比例进行分配,能够确保复合拉索索体的协同作用.高强钢丝束的弹性模量与其捻距及扭转角相关,随着捻距的减小,扭转角的增大,高强钢丝束的弹性模量降低.

碳纤维复合导线在电网减灾中的应用

介绍了自然灾害对电力系统安全运行的危害;阐述了碳纤维复合导线的特性和减灾的作用。表明与传统导线相比,碳纤维复合导线除了具有质量轻、耐高温、载流量大、弧垂度低等优良特性外,还具有抗冰雪、抗腐蚀、抗风灾等一系列优良特性,这使得碳纤维复合导线在抵御自然灾害中表现出色,其推广应用将成为必然趋势。

环境温度对架空导线用碳纤维复合芯成型工艺及性能的影响

研究了两种不同树脂体系黏度与环境温度、凝胶化时间与温度的关系,确定了用于拉挤工艺的树脂体系。采用该树脂体系制备了架空导线用碳纤维复合芯,分析了环境温度对碳纤维复合芯制品成型工艺和拉伸强度的影响,采用扫描电子显微镜分析了碳纤维复合芯的拉伸断裂机理。结果表明,环境温度对碳纤维复合芯的拉伸强度及表观性能影响较大,当环境温度变化较大时如不及时调整成型工艺参数,复合芯制品会出现堵模、白粉、沟痕等缺陷;当环境温度为30℃时复合芯制品拉伸强度最高。

碳纤维复合芯导线全寿命周期年费用法的选型研究

碳纤维复合芯导线具有重量轻、载流量大、弧垂小、节约杆塔费用以及减小占地面积等一系列优点,但基于碳纤维复合芯导线输电线路全寿命周期成本计算的模型尚未形成,本文以实际工程为例,运用计算模型对不同选型方法的碳纤维复合芯导线全寿命周期年费用进行计算,并与对应规格的钢芯铝绞线进行比较分析,得出有利于充分发挥碳纤维复合芯导线优势的导线选型方法,为工程设计和决策提供实用和可靠的方法和依据。

GB/T29324-2012《架空导线用纤维增强树脂基复合材料芯棒》国家标准解读

国家标准GB/T 29324-2012《架空导线用纤维增强树脂基复合材料芯棒》已于2012年12月31日由国家质检总局和国家标准化管理委员会联合批准发布(公告号为2012年第41号),于2013年6月1日起实施。本文介绍了《架空导线用纤维增强树脂基复合材料芯棒》国家标准制定的背景、必要性及其主要内容;同时介绍了将该标准上升为国际IEC标准的工作进展。

碳纤维复合芯导线弧垂计算软件开发及应用

根据线路运行过程中的实际情况,结合传统导线弧垂计算公式推导出了适用于新型碳纤维复合芯导线的弧垂计算公式,并设计开发了相应的弧垂计算软件,通过引入相应参数,计算机就可自动计算出导线的弧垂值,且计算结果准确,降低了劳动强度及人为出错率,为线路设计提供依据,提高了工作效率。

碳纤维复合芯导线在新建500 kV工程中的应用

以新建500 kV双回线路工程为案例,针对4×JL/G1A-630/45钢芯铝绞线的基本导线方案,选取了7种碳纤维导线,进行了电气性能、机械性能及经济性能分析。采用年费用分析法,计算了碳纤维导线与基本导线年费用平衡时的导线价格比,并研究了年费用平衡点时导线价格比与损耗小时、电价、利率、静态投资的关系。

碳纤维复合芯铝绞线投运后的电晕异常分析

基于河慈4P67、河溪4P68碳纤维复合芯铝绞线(ACCC)在雨天和晴天的不同电晕放电情况,进行了实验室模拟试验,试验结果表明:在干燥情况下,相同截面的ACCC导线比普通钢芯铝绞线(ACSR)的起晕电压高;湿润状态下,相同截面的新ACCC导线比ACSR导线的起晕电压低。

纤维张力及均匀性对输电导线复合芯性能影响

讨论了碳纤维复合芯拉挤工艺中纤维张力及张力均匀性对复合芯强度及成本的影响。试验利用纤维张力计测定碳纤维复合芯拉挤生产过程中的纤维张力,研究了不同张力条件下碳纤维复合芯抗拉强度、卷绕性能与张力关系,同时通过控制纤维张力的均匀性研究纤维张力均匀性与复合芯径向耐压强度的关系。试验结果表明,纤维张力的大小及均匀性对拉挤复合芯棒综合性能具有明显的影响,复合芯拉伸强度随着纤维张力的增加逐渐增加,当张力控制在0.6%纤维强力时为最佳制备工艺;纤维张力的均匀性提高,且复合芯棒的径向耐压性能提高。通过控制纤维张力可以相应减少碳纤维原材料用量,达到降低碳纤维复合芯成本的目的,有利于碳纤维复合芯导线的大规模推广应用。

特高压输电导线碳纤维复合材料芯棒耐应力腐蚀研究

碳纤维复合芯导线具有优异的综合特性,在特高压输电线路中被逐步推广应用,但是特高压线路对导线碳纤维复合芯棒耐酸性有更高的要求,目前对于碳纤维复合芯导线耐酸性的研究尚属空白。本文研究了环氧树脂浇注体、不同种类玻纤拉挤芯棒的耐酸腐蚀性能,对比了不同供应商的产品性能,发现芯棒耐酸性取决于环氧树脂基体本身以及芯棒外层的玻纤种类。不同供应商提供的环氧树脂浇注体长期耐酸性能差异较大,E-CR玻纤复合材料芯棒较E玻纤具有更高的抗应力腐蚀性能,研究结果为碳纤维复合芯导线在特高压线路中的设计及安全使用提供了试验基础和选型依据。

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。