作者：段海舰，孔庆忠
目前国内生产碳纤维复合芯导线耐张线夹的厂家不少，但大多采用美国CTC (CompositeTechnology Corporation)公司耐张线夹进行仿制，其缺点是长度长、施工不方便、节能效果差。针对上述问题．国内有关单位对耐张线夹进行结构改进和工艺创新，如将铝管压接长度缩短为美国CTC同类产品的1/3。
对碳纤维复合芯导线开展的一系列试验研究，深入揭示了该类型导线的性能状况。碳纤维复合芯导线的典型质量问题为施工质量不良和金具质量低劣造成断裂。本文分析了某220 kV输电线路碳纤维复合芯导线耐张线夹断裂的原因并提出应对措施．对该类型导线耐张线夹的施工以及安全运行具有借鉴意义。
1事故概况
2014年9月8日，某220 kV输电线路46号塔后侧B相导线耐张线夹断裂。该线路为双分裂导线．投运时间为2012年9月19日。导线型号为ACCC-360/47型碳纤维复合芯导线，碳纤维复合芯棒直径为7.75 mm，拉断力不小于101.05kN．碳纤维复合芯的玻璃化转变温度为201℃。耐张线夹型号为NY -JRLX/T361/7.75，楔型夹及夹座的材质为lCr18Ni9．楔型夹座和楔型夹的长度分别为165 mm、140 mm，钢锚连接部分端面至螺纹凸台的长度为46 mm，钢锚覆层采用达克罗，铝管抗拉强度大于80 MPa，铝管长度较美国CTC同型号产品减少约30 mm。该线路故障发生时线路负荷为560 MW.导线电流为l 396 A。环境温度约35℃。
2结构检测
2.1 宏观检查
断裂耐张线夹如图l所示。耐张线夹铝管断裂．断口位于钢锚侧压接处，并有明显的延伸及断面收缩现象，表明铝管承受荷载后断裂。
耐张线夹钢锚中间外露部分（螺纹及凸台）呈红黑色，没有任何锌层，楔型夹座外表面有红黑色污渍：钢锚挂环处镀锌层破损，呈黑色，且边缘有烧融痕迹。这表明钢锚局部有导流．在大电流下发热致使中间外露部分锌层完全融化．挂环处黑灰色灼烧痕迹应为钢锚在导流条件下和连接端U型挂环之间放电造成的。
楔型夹座与钢锚的螺纹连接可以用手拧脱钢锚螺纹连接部分均为红黑色。
引流板搭接处有明显高温灼烧痕迹．局部铝材已经融化呈凹坑状。
2.2结构解剖
耐张线夹结构解剖如图2所示。碳纤维复合芯外表面玻璃纤维成丝状散开，呈浅黄色：内部碳纤维裂开，呈黑色。这说明铝管内部温度应高于碳纤维复合芯的玻璃化转变温度。加热散开的玻璃纤维仍可燃，玻璃纤维仍含有树脂，树脂没有完全碳化。
解剖钢锚与铝管连接部位．铝管上压接标示线超出钢锚压接区起始端部约15 mm,管压接标示线定位错误。铝管内部靠断裂段呈黑红色，压接定位符合要求。钢锚仅连接部分变为红黑色，其他部分外部涂层均没有破坏。
对各连接件尺寸进行定位测量。芯棒外露长度为169.14 mm，芯棒比楔型夹座长约5 mm，这表明剥线定位标记符合要求．断裂后芯棒与铝绞线没有发生滑移，芯棒没有断裂，芯棒是从楔型夹中脱落。
楔型夹座与铝线间的间距为25.62 mm.符合要求。钢锚凸台至楔型夹座距离为20.90 mm。楔型夹锥形端外伸楔形夹座的长度为3.24 mm．小于DL/T 5284_2012要求的5 mm，不符合要求；对应的另一侧两端面距离为29.85 mm。实测钢锚连接部分端面至螺纹凸台的长度为45.98 (mm设计值46 mm），钢锚拧入楔型夹座部分的长度为25.08 mm，而内部实际距离为29.85 mm．两者间存在约5 mm的间隙，这表明钢锚螺纹侧端面与楔型夹端面没有接触，不符合DL/T 5284_2012“将联结钢锚拧入楔型夹座并拧紧”要求。
3综合试验
选用与故障线路同型号的碳纤维复合芯棒、耐张线夹开展常温楔型夹握力试验、耐张线夹铝管握力试验和耐张线夹引流板温升试验。
3.1 常温楔型夹握力试验
在常温下共进行3组试验，碳纤维复合芯棒两端分别用楔型夹、楔型夹座、钢锚固定。试验结果如表1所示，试验结果均满足要求。由试验可知，芯棒装配中楔型夹座与钢锚之间是否拧紧、钢锚与楔型夹之间是否存在间隙、芯棒接触部位是否打磨、楔型夹是否伸出楔型夹座5 mm等因素并不影响楔形夹的握力。
3.2 耐张线夹铝管握力试验
将铝管两端压接在钢锚上，然后串联表1中的第3组芯棒进行强度试验。试验分2个阶段，首先加载至60 kN保载60 s．再卸载后检测．直接加载至破坏。
试验中，加载至60.96 kN铝管未发生明显变形。继续加载，最后碳纤维复合芯棒断裂，此时荷载为110.96 kN，铝管完好，未见明显变形。
3.3耐张线夹引流板温升试验
对未装配的铝管进行温升模拟试验，在铝管引流板螺孔包围区域局部加热，采用温度传感器测量中间不压区铝管温度。加热时间20 min，试验结果如表2所示。当引流板温度上升时，铝管的温度也会逐步升高，随着时间延长，测量部位的温差逐步减小
4原因分析
4.1 楔型夹与楔型夹座的装配尺寸不是影响握力的关键因素
在耐张线夹装配中，当楔型夹座与钢锚之间采用活动扳手拧紧时，楔型夹也未能从楔型夹座中明显伸出。在楔型夹握力试验中，钢锚与楔型夹并未拧紧．中间预留间隙，握力值均满足要求，试验后检查发现楔型夹锥形端仅从楔型夹座中伸出3 mm。这说明在实际装配中，某些型号金具达不到DL/T 5284_2012中“楔型夹锥形端应从楔型夹座端向外伸出5 mm”的要求，该装配尺寸并不是影响握力的关键因素。
4.2耐张线夹铝管温升后在应力集中部位断裂
耐张线夹铝管握力试验表明，铝管强度并不低于碳纤维复合芯棒，即使在碳纤维复合芯棒完全不承载时．常温下铝管也能承受全部的荷载。在正常工况下线路导线张力远小于碳纤维复合芯棒的计算拉断力。
铝管断裂部位为与钢锚凸台压接处。由于压接时定位不准确．铝管在钢锚凸台处压接，造成局部应力集中。铝管压接后整体刚度远大于碳纤维复合芯铝绞线，且钢锚与金具连接部分为三自由度结构（3个转动自由度均释放），在正常工况下铝管应仅承受轴向拉力，而不承受弯矩、扭力等荷载。
文献表明，铝管在300℃时抗拉强度明显下降．约为常温抗拉强度的2/3。随着温度升高，铝管的抗拉强度显著下降，在导线张力作用下变形断裂。
4.3碳纤维复合芯棒与楔型夹的握力在高温下降低
碳纤维复合芯棒的线膨胀系数为1.6×1 0-6/℃，而不锈钢的线膨胀系数为15.5×10-6/℃，碳纤维复合芯的线膨胀系数约为不锈钢的线膨胀系数的1／10。两者线线膨胀系数存在巨大差异，当线夹温度升高时，必然造成握力的降低，、碳纤维复合芯的玻璃化转变温度为201℃，当达到此温度时，碳纤维复合芯树脂逐步碳化，碳纤维复合芯与楔型夹的握力也必然下降。
4.4钢锚局部发生导流
钢锚在销管断裂处至螺纹连接段覆层完全融化．而另一端覆层没有明显破坏，这说明两者承受了不同的温度，且这种状态持续时间很短。钢锚覆层为达克罗，主要成分为锌，锌的熔点为420 ℃．而铝的熔点为660℃，耐张线夹铝管、引流板均未发生大面积烧熔损伤，这说明钢锚发热段的温度应在这2个熔点之间。显然钢锚局部发热并非热传导所致，而是钢锚局部发生导流。铝管断裂后，电流从钢锚通过。
4.5 大电流下引流板发热是故障的热源
碳纤维复合芯棒并未断裂，而是受高温后从楔型夹中脱落。在线路运行中，楔型夹、楔型夹座的温度升高，造成楔型夹与碳纤维复合芯之间握力降低，于是荷载对铝管发生转移，同样由于温度升高影响，铝管强度降低，当荷载增加到一定程度时，铝管断裂。此时电流由导线铝绞线经铝管、楔型夹座、钢锚、铝管再流向引流板，钢锚局部导流，温度急剧升高，造成表面锌层融化。同时当温度达到碳纤维复合芯玻璃化转变温度，一方面导致树脂碳化，另一方面使楔型夹、楔型夹座膨胀，致使碳纤维复合芯从楔型夹q1脱落。
楔型夹、楔型夹座的温升是引流板装配不良在大电流下发热所致，引流板搭接处的灼烧痕迹说明该处存在发热现象。在大电流作用下，引流板发热．一方面经钢锚热传导致使楔型夹、楔型夹座温度升高，另一方面直接造成铝管温度升高。由于耐张线夹铝管长度较美国CTC同型号铝管短约30 mm.可能造成散热存在差异。
5结论及建议
(l)铝管压接标示线定位错误造成压接后局部应力集中。引流板装配不良在大电流下发热致使铝管、楔型夹及夹座温度升高，造成楔型夹与碳纤维复合芯握力下降，铝管承载并在应力集中处断裂，钢锚局部导流，最后碳纤维复合芯从楔型夹中脱落。
(2)碳纤维复合芯导线线路运行负荷达到设计值80%及以上时应对耐张线夹开展红外测温。
(3)碳纤维复合芯导线耐张线夹在安装时钢锚螺纹连接部分应拧入楔型夹座并拧紧．其力矩值应符合设计要求：铝管压接前应对定位标示线进行测量复核：引流板螺栓材质应与引流板一致．其力矩值应符合规范要求。
(4)建议碳纤维复合芯导线连接件在应用前开展高温循环试验。
摘 要：对某220 kV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。
