新型抗風振、耐腐蝕鉸鏈式接續線夾的研究

2020-09-10 08:03:34張明龍王健錢健何明霞方伊莉

環境技術 2020年4期

張明龍，王健，錢健，何明霞，方伊莉

（1.國網福建省電力有限公司電力科學研究院，福州 350007；2.南京電力金具設計研究院有限公司，南京 211500）

引言

接續線夾是國內應用最為廣泛的一種電力接續連接器，目的在于連接兩根輸電導線，使電能傳輸得以繼續。該電力線路附件看似簡單，卻是輸配電線路中的薄弱環節，故障發生率較高，一旦出現諸如燒化、熔斷等現象，將直接導致線路中斷，引發相應地區大面積停電，造成不必要的損失[1]。接續線夾目前主要包含JB型并溝線夾和C型線夾。JB型并溝線夾用螺栓鎖緊并溝蓋板和本體，通過蓋板、本體夾緊導線，但導線長期晃動、螺栓應力松弛等作用引起緊固力下降，電氣接觸部位接觸不良，造成接觸電阻增大，接續處發熱，加速金具腐蝕[1,2]。C型線夾采用導電性能良好的高強度鋁合金制造，利用本體產生形變使導線受壓而完成電的傳輸，然而，除了螺栓產生應力松弛外，在長期使用過程中該金具材料會發生蠕變，使其對導線的壓力減小，接觸電阻增大，接續處發熱，加速金具腐蝕。

沿海區域環境具有高鹽霧和強風振的特點，導線連接部位及連接金具受長時間的電化學腐蝕和應力腐蝕易發生導線破損和金具銹蝕問題[3-6]，進而造成線路斷線的嚴重故障，給配網運行帶來極大地的搶修工作量，同時制約配網線路可靠性的提升[7-9]。為此，研制一種新型的抗風振、耐腐蝕接線線夾，具有重要的意義。

1 沿海線路接續線夾腐蝕情況

經對福清高山沿海易斷線線路、泉州南安石井及漳州東山縣沿海工業污穢線路等地進行實地考察，發現這些區域配網線路金具、導線等極易發生腐蝕，給線路的安全運行帶來很大威脅。從圖1可以看出現場金具表面腐蝕非常嚴重。

結合沿海地區氣候及環境及相關文獻分析，腐蝕原因可能存在以下幾點：

1）金屬材料在高內應力和高工作溫度下，發生明顯的應力松弛現象，引起接觸壓力下降，導致接觸電阻增加，產生過熱，加速腐蝕[1]。

2）并溝線夾為雙螺栓或三螺栓結構，安裝時不易同時擰緊，壓緊力分布不均引起局部過熱[1]。

3）C型線夾發生不可恢復變形，線夾與導線間的接觸力下降，接觸電阻增加，產生過熱。

4）接觸力下降使得腐蝕性氣體、塵土進入電接觸表面，在接觸面周圍形成一層較厚的膜層，并不斷往電接觸面內部滲透，導致膜層電阻升高較快，線夾溫度進一步上升。此外，接觸表面的鋁氧化層是一層滲透層，隨溫度升高膜層不斷加厚，大大增加了線夾的焦耳熱損耗，特別在接觸面處．電流密度大，局部溫度高，蠕變現象更為嚴重[7]。

圖1 現場金具腐蝕形貌

2 新型接續線夾的設計

為了解決沿海地區線夾在使用過程中因風振產生松動及耐蝕性差的問題，本文設計了一種新型接續線夾，如圖2（a），其特征是將線夾本體與線夾蓋板的緊固螺栓由圖2（b）C型線夾或圖2（c）并溝線夾的中間位置更改為線夾一側，另一側通過鉸鏈將線夾本體和蓋板連接在一起。該結構型式可以大幅增加螺栓對線夾的正壓力，有效防止因風振引起的螺栓松動現象，同時提高線夾導流性能。對線夾本體和蓋板進行表面處理可以提高其耐腐蝕性能[10,11]。新型接續線夾二維圖如圖3所示，由線夾本體1、線夾蓋板2、芯塊5、弧形墊塊3、銷軸6和螺栓4六部分組成。線夾本體和線夾蓋板通過鉸鏈銷軸相連，導線與引線之間通過芯塊過流；導線和芯塊由線夾本體和線夾蓋板通過螺栓夾緊；弧形墊塊可以保證螺栓壓力均勻施加于線夾蓋板上。

圖3 新型接續線夾二維圖

3 新型接續線夾性能驗證

3.1 電阻試驗

線路接續線夾的作用是使電能從一根導線傳輸到另一根導線，因此線夾的電氣性能是必須考慮的一項重要性能指標。為了提高線夾的表面防腐性能，研究過程中對線夾表面分別進行了噴塑和導電氧化處理，圖4為三種線夾的電阻試驗圖，其中1#為未作任何處理的線夾，2#為表面進行噴塑的線夾，3#為表面進行導電氧化的線夾。電阻試驗數據如表1所示。

滿足GB/T 2317.3-2008《電力金具試驗方法第3部分熱循環試驗》[12]的要求。其中，表面經過導電氧化處理的3#線夾直流電阻最低，2#線夾次之，表面噴塑處理的3#線夾電阻勉強達到標準要求。

圖4 三種線夾電阻試驗布置圖

表1 三種線夾電阻試驗數據

3.2 線夾鹽霧腐蝕試驗

利用DZF-6030鹽霧試驗機對上述3種線夾進行中性鹽霧腐蝕試驗[13]，試驗用氯化鈉溶液濃度為20 %（即1 L水中溶解250 g氯化鈉），鹽霧箱溫度為35 ℃±2 ℃，噴霧時間如表2所示，腐蝕圖片如圖5所示。

在圖5原始圖中，1#為表面經過導電氧化的線夾，2#為表面未作任何處理的線夾，3#為表面進行噴塑的線夾。隨著試驗的進行，發現1#、2#線夾的鹽附著量持續增加，且分布較均勻；而3#線夾，只是在凹槽及螺母附近有鹽附著，其他平坦光滑的地方并無鹽附著。

此外，試驗結束后，把導體從1#、2#線夾取下時發現，導體與線夾緊密地粘合在一起，很難取下，而表面噴塑的3#線夾上的導體很容易取下，并無粘合現象。

由此分析，1#和2#線夾在長期鹽霧環境下，容易產生腐蝕現象，影響線路運行安全和使用壽命；而表面經過噴塑處理的3#線夾只有表面凹凸不平處有鹽附著，說明該鍍層材料可以有效的防止鹽附著，從而提高其表面防腐能力，有效保障線路安全。

3.3 線夾優化處理

由上述電阻試驗和腐蝕試驗結果可以看出，3#線夾的綜合性能更優。為了進一步提高該線夾的導電性能，我們對線夾內部芯塊進行了改進，通過增大芯塊與導線之間的過流面積，改善其電氣性能。

3.3.1 芯塊改進

圖6為芯塊改進前后的二維圖，由圖看出，改進后的芯塊與導線之間的接觸面積大大增大。

圖7 線夾直流電阻、溫升試驗布置圖

3.3.2 芯塊改進后電阻溫升試驗

為了驗證改進后芯塊應用于噴塑線夾的電氣性能，對其進行了直流電阻、溫升試驗，圖7為四種線夾的試驗布置圖。其中，1#線夾由改進前芯塊和未作任何處理的線夾本體組成；2#線夾由改進后芯塊和經過噴塑處理的線夾本體組成；3#線夾由改進后芯塊和經過噴塑處理的線夾本體組成，且芯塊裸露部分涂覆了耐受溫度為-50～150 ℃的中性透明玻璃膠；4#線夾由改進前芯塊和經導電氧化處理的線夾本體組成。表3～表6為不同條件下測得的各線夾和對應等長導線的電阻；表7～表9為溫升后線夾和導線對應的溫度。