碳纤维复合芯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、强度大、耐热性能好、线膨胀系数小、高温弧垂小、电导率高、线路损耗低、载流量大、耐腐蚀性能好、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、节约型输电网络。同时也成为2011年两会期间“十一五”国家重大科技成就展新亮点。

    虽然碳纤维复合芯导线与传统的钢芯铝绞线一样具有相同或相近的特性，均属架空导线，但其在展放、架设等过程中有着自身的特点。本文将主要探讨碳纤维复合芯导线初伸长的问题及解决办法。

1、架空导线初伸长的定义

    由于架空导线实际上并不是*弹性体，因此初次受张力作用后不仅会产生弹性伸长，还会产生*性的塑蠕（塑性和蠕变）伸长。*性的塑蠕伸长包括4部分：绞制过程中线股间没有充分张紧，受拉后线股互相挤压，接触点局部变形而产生的挤压变形伸长；架空导线的zui终应力应变曲线和初始应力应变曲线不同，形成的塑性伸长；金属体长时间受拉，内部晶体的错位和滑移而产生的蠕变伸长；拉应力超过弹性极限，金属体进入塑性形变范围而产生的塑性伸长。架空导线的蠕变特性主要取决于材料的分子结构、结晶方式，还与外部荷载和温度有关。架空导线产生的*性塑蠕伸长，在线路运行的初期zui为明显，故在线路工程上称之为架空导线的初伸长。通常将架空导线的初伸长定义为架空导线在年均运行应（0.25σ_p）下，持续10年所产生的塑蠕伸长。架空导线的初伸长使档内线长增加，弧垂增大，使架空导线对地或跨越物的安全距离减小，进而造成事故，所以在线路设计时必须考虑架空导线初伸长的影响。

    架线开始时，随张力的增大，应变沿初始应变线OaJ变化，σ_J为zui大架线应力；随弧垂的调整，应力在σ_J以下往返变化，但应变不再沿初始应变曲线OaJ往返，而沿直线JJ₀变化，相应的弹性系数E_J>E_c，a₀J₀为相应的塑性伸长。该塑性伸长在观测弧垂过程中会自然消除，不影响线路的运行。架空导线架设后，受气象条件规律性往复变化的影响，架空导线的应力也阶段性的增大、减小，在zui大运行应力σ_M及其以下往复变化。初次达到σ_M时，应变沿初始弹性曲线上升。经历若干年若干次循环的积累，工作点将沿微倾的横线由M移至e，架空导线产生蠕变伸长ε_M。此后运行应力变化时，应变则往返于ee₀应变线，相应的斜率为zui终弹性系数E。这样架空导线在运行中共产生了ε₀≈J₀e₀的塑蠕伸长，即初伸长。

2、碳纤维复合芯导线初伸长的特点

    一碳纤维复合芯导线由碳纤维复合芯和软铝型线构成，其主要承力部分是碳纤维复合芯。虽然碳纤维复合芯导线具有架空导线的一般特点，但由于其碳纤维复合芯是由碳纤维、玻璃纤维及环氧树脂等非金属材料组成，因此其初伸长有别于普通架空导线。一般碳纤维复合芯导线的初伸长在紧线后的前7天迅速释放，达85%以上，而后的塑性变形量很小，线路弧垂变化只取决于碳纤维复合芯导线的线膨胀特性，即只受线路运行温度的影响。碳纤维复合芯导线的特点是在80 ℃及以上温度运行时，线路的弧垂变化极其细小，弧垂基本不再有明显变化。

    为了解碳纤维芯复合芯棒的初伸长，我们进行了相关试验。试验中采用的碳纤维芯复合芯棒样品长度为12 130 mm，直径为8.13 mm，观察其在不同负载和载荷保持时间下弹性伸长率和塑性伸长率的变化值，试验结果参见表1。从表中可以看出，模拟zui大许用应力为48 kN时，碳纤维芯复合芯棒的弹性伸长率小于1.1％，塑性伸长率小于0.03％，而普通架空导线（钢芯铝绞线）的塑性伸长率为0.04％。

3、碳纤维复合芯导线的架线施工实例

   结合施工方法进行弧垂观测，以下为两个碳纤维复合芯导线的架线施工实例。

实例1

    在河北石家庄某220 kV改造工程中选用了碳纤维复合芯导线JRLX/T-600/71，碳纤维复合芯直径为9.5 mm。该线路于2011年3月23日开始停电施工，于4月3日完成*放线区段N17~N11塔的紧线（一端软挂另一端用卡线器进行锚线，需检查卡线器滑移情况）工作。该区段中N15是耐张塔，耐张金具均在N15塔两边软挂，在N11和N17耐张塔紧线，紧线方式按照设计院给出的图纸要求在导线放线完成后以放线张力静置24 h，按降温0 ℃（即实时气温或未降温）弧垂表观测弧垂，完成紧线后。表2示出了以N12~N13为弧垂观测档（档距445 m），左右侧上中下三相碳纤维复合芯导线的压接紧线日期、弧垂变化和放线张力。从表中可见：a.*放线区段N12~N13档上相导线放线张力偏小（15~18 kN）时，导线初伸长快速释放导致弧垂下垂很大，左侧上相导线3天弧垂变化甚至大于1 000 mm（但该数据不排除人为划印有误，有待于再次复核确认）；如果不按以放线张力静置24 h，降温0 ℃弧垂表观测弧垂，完成紧线，而按降温15 ℃弧垂表观测弧垂，完成紧线，结果是紧线后弧垂变化在500 mm左右。b.*放线区段N12~N13档中相和下相导线加大了放线张力，虽然弧垂变化没有上相导线那么严重，但3天弧垂变化还在500 mm左右。如果不按以放线张力静置24 h，降温0 ℃弧垂表观测弧垂，完成紧线，而按降温15 ℃弧垂表观测弧垂，完成紧线，3天后观测弧垂只和正常值（即按照实时气温观测弧垂）略有偏差。从而可知，导线在展放过程中，不同的放线张力，不同的紧线标准，有着不同的弧垂变化结果，即碳纤维复合芯导线初伸长的释放和放线张力、展放时间、紧线标准有一定关系。

    为了解不同紧线标准对碳纤维复合芯导线初伸长释放的影响，我们在第二放线区段N17~N27牵张段中的N17~N21耐张段进行了相同放线张力（均为20 kN）不同紧线标准下，碳纤维复合芯导线初伸长释放导致的弧垂变化的对比试验。表3所示以N18~N19为弧垂观测档（档距440 m），期间放线张力均为20 kN，在不同紧线标准下右侧上中下三相导线弧垂的不同变化结果。从表中可见：a.第二展放区N18~N19档右侧上相导线在展放完成后以放线张力静置24 h，降温0 ℃弧垂表观测弧垂，完成紧线，在10 h内弧垂变化zui大，按N18~N19档440 m档距计算，有350 mm左右的初伸长释放，其后逐渐减少，3天弧垂变化在600 mm左右，趋于平稳。b.第二展放区段N18~N19档右侧中相和下相导线按降温15 ℃弧垂表观测弧垂，完成紧线，紧线后弧垂只和正常值略有偏差，可以调整在允许范围之内。因此，即使在相同放线张力下碳纤维复合芯导线的初伸长释放也会应紧线标准不同而不同。

    为了保证紧线后弧垂变化在允许范围内，我们认为在20~25 kN的放线张力下，按降温15 ℃弧垂表观测弧垂，完成紧线，即使紧线后弧垂和正常值略有偏差也应在允许范围之内。我们以此完成了之后的施工，且在其后几天的再次观测中发现弧垂变化均在正常范围之内。

实例2

    在贵阳某220 kV改造工程中选用了碳纤维复合芯导线JRLX/T-480/52，碳纤维复合芯直径为8.13 mm，采用降温20 ℃以补偿初伸长。该工程中碳纤维复合芯导线采用的施工方式为张力放线，上中下三相导线展放时放线张力不一致，上相导线放线张力zui小，下相导线由于需要跨越放线张力zui大，导线牵引到位后直接按设计院给出的架线弧垂表（已降温20 ℃）观测弧垂，完成紧线。在施工完成5个月后重新测量弧垂，测量结果如表4所示。从表中可以看出，上相导线弧垂变化量zui大，中相导线次之，下相导线变化量zui小（请给出比较标准下面的验收弧垂即是给出的比较标准），这再次说明放线张力的大小与碳纤维复合芯导线的初伸长释放有一定的关系。

    根据不同的架线施工工艺（导线展放张力一般小于30 kN），架线时碳纤维复合芯导线弧垂可以按照下列方式进行观测：

1、导线展放时放线张力一直保持至耐张金具压接紧线完成，此时碳纤维复合芯导线初伸长的完成与所承受的张力、导线在空中停放的时间有关。导线所受的张力越小、时间越短，初伸长释放完成的时间就长；反之，初伸长完成释放的时间就短。当各相导线展放时张力不一致，就会导致导线初伸长初期释放量不同，在划印看弛度挂线张力相同后至导线初伸长释放完成，放线张力大的导线初伸长剩余释放量比放线张力小的导线初伸长剩余释放量要小。在此种情况下，应按照下相导线能顺利通过跨越的zui小张力作为放线张力，各相导线在展放时保持相同的张力，以保证各相导线初伸长的释放均在同一工况下进行。

2、线展放完毕、划印弛度看好后卸除张力，在地面压接，导线只是处在弹性变形阶段，卸除张力后导线塑性伸长率变化不大，各相导线按照降温法补偿初伸长，初伸长补偿过程基本一致，其后则对放线张力不作要求，以导线能顺利展放为宜。进行平衡展开导线时要注意，当平衡展开导线时碳纤维复合芯通常会有一定长度缩进，在看弧垂划印时应考虑碳纤维复合芯的缩进量，缩进量的实际取值应按碳纤维复合芯棒为准。不同的架线施工工艺对碳纤维复合芯导线初伸长的释放有一定影响，在导线初伸长的初期释放量基本一致的情况下还应进行紧线看弛度作业。

3、碳纤维复合芯导线初伸长的补偿，碳纤维复合芯棒初伸长的迅速释放特性，使碳纤维复合芯导线架线弧垂可采用降温补偿法，根据当地工况、碳纤维复合芯导线规格等情况进行温度补偿，一般以降温15~20 ℃为宜。但和钢芯铝绞线不同的是碳纤维复合芯导线架线弧垂并不等同于验收弧垂，如果其架线弧垂按照降温20 ℃观测，则验收弧垂应参照实时气温即未降温弧垂进行观测，因为碳纤维复合芯棒初伸长的快速释放必将导致弧垂下垂。碳纤维复合芯导线初伸长的释放程度随着导线放线张力和受力时间的不同而存在一定的偏差，但各相导线之间的偏差可以通过调整板调整至允许范围内。