風電機組用端子壓接工藝與檢測方法分析

文 | 孔凡蓬 徐帆 彭寧希

風電機組用端子壓接工藝與檢測方法分析

文 | 孔凡蓬 徐帆 彭寧希

線纜由單股或多股導線和絕緣層組成，用來連接電路、電器等，主要作為電能及信息傳輸作用。而風電機組線束的制作形式基本上都是由線纜、連接端子及其它相關電器件組成，在風電機組運行過程中至關重要，而大部分風電機組被安裝在風能資源較好、相反氣候條件和地形相對惡劣的地區（溫度、濕度、氣壓等較大），這就對線束制作提出更高的要求。

線束連接的分類與壓接原理

一、線束連接分類

線纜與端子連接有兩種方法：錫焊連接與壓接。在早期的線束制作工藝中，多采用錫焊連接工藝，但錫焊存在連接不牢靠、生產效率低等問題，逐漸被壓接取代。壓接分為冷壓接和熱壓接兩種，冷壓接是借助較大的擠壓力和金屬間的位移，使接線端子與導線間實現機械和電氣連接；由于冷壓接具有操作簡便，適合在任意場合操作，生產效率高、成本低、無污染，維護簡單等優點，冷壓接使用逐漸增多。

二、線束壓接原理

圖1 壓接原理

所謂壓接，就是連接端子包住裸導線，用手動或自動的專用壓接工具對端子進行機械壓緊而產生的連接。它是讓金屬在規定的限度內發生形變將導線連接到端子上的一種技術。好的壓接存在金屬互溶流動，使絞合導線和端子對稱變形。由于導線是由多股單根圓線芯絞合而成，每根芯線之間存在一定的間隙，當絞合而成的圓線芯發生變形并不允許大于導體直徑 d 時（如圖 1），勢必破壞原芯線的絞合規則而填充間隙，當間隙填充滿并繼續變形時，導線的每根芯線之間以及與端子內壁之間產生塑性形變而形成一定的靜摩擦力，它們之間的金屬分子相互滲透，出現“冷焊”現象。由于壓接的結果使端子與導線間產生較大的接觸面積，因此它具有較小的接觸電阻和較大的抗拉強度。

壓接情況

一、 壓接流程

下線→套標識→剝絕緣層→線纜線芯插入端子→端子放入壓接鉗中→壓接→檢查

二、電纜下線、剝線要求

線纜下線、剝線時需滿足以下要求，方可進行后續壓接操作：線纜外觀應平整、清潔，外護套不得有損傷、氣泡、凹坑、龜裂等現象；下線后線纜兩端端頭應平整、無劃傷、長度適中；線纜線芯絕緣層剝離時，盡量不出現斷銅絲現象（允許斷開股數見表1）。

線纜的剝線（圖2）長度直接影響著端子的壓接質量，線纜線芯剝線長度過短，線纜絕緣層易插入到端子壓接筒內，造成壓接不良，影響電氣性能；線纜線芯剝線長度過長，芯線伸出端子壓接筒過長，容易造成電氣連接不良；由此可見，線纜剝線長度主要取決于端子壓接筒長度及線芯裸露長度，如圖3所示；剝線總長度＝A+B+L，B、L取經驗值，如表2所示。

表1 最多允許割傷芯線數

三、 壓接

在風電機組線纜制作過程中，主要使用的壓接方式為菱形壓接（圖4）、點壓接（圖5）、六方壓接（圖6）。菱形壓接的端子壁厚較薄，壓接力量不大，使用專用的手動壓接鉗即可實現；點壓接及六方壓接適用于壁厚較厚且拉拔力要求較大的場所，并且六方壓接方式受擠壓的材料沒地方跑，端子不易變形，要求端子及線纜的匹配性要求非常好，匹配性不好，壓接端子在做截面分析時會出現孔洞；一般會采取在六邊形基礎上上下各加一個點，增強壓接的密實度。

（一）壓接基本要求（圖7）：

（1）需采取與線纜、端子相配套的工具及檔位進行壓接；

（2）端子壓接線芯出頭需滿足以下要求：a、壓接出頭可見；b、壓接出頭不能延伸到端子的結合區內，這樣可以保證端子的拉拔力且不會對裝配產生干涉，露出尺寸可參考表2（B尺寸）；

（3）端子壓接芯線的后端面與線纜絕緣層間應可看到線纜絕緣與芯線，具體露出尺寸可參考表2（L尺寸）；

（4）相對接觸部位壓痕對稱、清晰，允許誤差0.3mm，壓接位置正確、牢固；

（5）端子可見芯線無損傷、漏壓，對于銅接頭可通過觀察孔看到芯線；

（6）無欠壓（壓接部位芯線松動）和過壓（壓接部位芯線有因壓接形成的斷頭或畸形）的現象。

（二）壓接不良情況（以裸壓端子為例，圖8）及原因分析：

圖8左圖所示，導線線芯在壓線筒前端伸出長度在0.5mm以下，主要原因為線纜的剝線長度不夠、線纜插入不足或壓接作業時線纜偏移；

圖2 下線、剝線要求

圖3 剝線長度要求

圖4 菱形壓接

圖5 點壓接

圖6 六方壓接

表2 線纜剝線長度

圖7 壓接要求

圖8右圖所示，10mm2以下線纜線芯在壓線筒前端伸出長度過長，主要原因為線纜的剝線長度過長或線纜插入過深。

圖9左圖所示，10mm2以下線纜在壓線筒與絕緣層間間距1mm以上，主要原因為線纜的剝線長度過長、線纜插入不足或壓接作業時線纜偏移。

圖9右圖所示，壓痕位置偏離壓線筒的焊接中間位置，主要原因為壓線筒的接縫部未處于壓接工具陽模中間。

壓接的質量控制與檢測

圖8 壓接不良情況（1）

圖9 壓接不良情況（2）

圖10 壓接特性曲線

研究表明，端子壓接的導線截面積、抗拉強度（機械性能）、電導率（電氣性能）與端子壓接深度存在相關關系（如圖10所示）：

（1）隨著壓接深度的增加，壓接端子的抗拉強度、電導率同時增加，但達到某一極限值后，其性能會降低；

（2）以抗拉強度最大值為分界線，左側芯線會產生脫落的情況，右側由于壓接深度較大，壓接線芯會斷裂，抗拉強度也會降低；

（3）考慮到端子、線纜、工具等制造方面的原因及壓接后的整體性能，壓接深度所選取的設計值一般都會低于最大抗拉強度點，以便確定壓接端子具有低而穩定的電阻抗、較大的拉力、合理的芯線變形及合適的壓接高度比。

一、線纜與端子壓接的拉力檢查

端子壓接完成，外觀檢查通過后，需使用拉力試驗機按照標準要求進行拉力測試，以保證端子壓接的機械性能。對不同線纜截面積與不同規格的端子壓接后拉力檢驗標準可參照表3。

二、線纜與端子壓接的截面分析

線纜壓接過程中，當線纜、端子、壓接工具或壓接方法出現變更時，需對壓接端子進行截面分析，以便獲得最優的電氣性能和機械性能。切取剖面如圖11所示。

制作截面的主要步驟為：切取、打磨、蝕刻、照相（放在至少20倍以上的顯微鏡下觀察剖面）、分析；切取時需確保截面垂直于壓接的X軸及Y軸，試件切削的部位應選擇在靠近端子頭部的位置，如果端子有加強筋，其切削位置應避開加強筋。

表3 拉力試驗標準

圖11 切取剖面

圖12 壓接剖面分析

圖12給出了多種壓接剖面，較好的展現了由于線纜與端子不匹配、壓接方法不合適、壓接中心不對稱等造成壓接缺陷的情況，涵蓋了平時壓接過程中主要會出現的問題。

（a）圖是理想的壓接剖面，其特點是壓接翼封閉且對稱，所有的芯線變形，壓接翼未碰壁或觸底，端子材料無裂紋，毛刺適中；線芯間沒有間隙，空氣不易進入，避免了由于線芯表面氧化或線芯接觸到空氣中的酸性物質而造成的接觸不良情況。

（b）圖是線纜與端子選型不匹配的情況，如左圖所示，由于線纜線芯較粗，而端子選型較小，導致端子不能完全包覆線芯，個別芯線露在端子外，直接造成拉拔力不夠；右圖恰恰相反，端子選型較大，壓接翼觸到底部或側壁，對其電氣性能會造成影響。

（c）圖是壓接方法不合適或壓接高度不當所致，當壓接高度過高時，芯線壓接不實，未完全變形，易造成芯線與端子接觸不良；壓接高度過小時，壓接過猛，端子強度會受到影響。

（d）圖是壓接模具不合格或調整不到位所致，造成一側端子頂部卷入線芯過大；同時，調整不到位也會導致端子下角壓裂，兩端不對稱。

結語

在風電機組裝配過程中，掌握端子壓接工藝與檢測方法對壓接的作業效率及設備的可靠性運行具有十分重要的意義。本文對風電機組用端子壓接工藝、流程、壓接方法及端子壓接的檢測方法（拉力試驗及截面分析測試）進行了詳細的介紹及闡述，以確保其滿足風電機組裝配要求，具有較強的借鑒意義。

（作者單位：南車株洲電力機車研究所有限公司）

攝影：費雅靜