電力系統(tǒng)牽掛式線夾接頭研制

李 博，韓翔宇，李 婷，李建國

(1.阿拉善電業(yè)局，內(nèi)蒙古 阿拉善左旗 750306；2.烏蘭察布電業(yè)局，內(nèi)蒙古 烏蘭察布 012000；3.內(nèi)蒙古蒙高電力發(fā)展有限公司，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010010)

電力系統(tǒng)中，帶電體的連接離不開接頭，接頭分為電氣接頭、導(dǎo)地線接頭等多種形式。在基建時期，接頭的連接作為重點施工工藝，在各類規(guī)程中都有相關(guān)要求。在設(shè)備運行中，值班人員的巡視、檢修也有規(guī)程要求。在現(xiàn)場實際運行中，電力系統(tǒng)接頭接觸不良現(xiàn)象普遍存在，給電力系統(tǒng)正常運行帶來了隱患。

1 線夾接頭接觸不良產(chǎn)生的現(xiàn)象

如圖1所示，線夾接頭在正常運行情況下，接觸面由兩塊線夾組成，安裝時面板處均勻涂抹電力復(fù)合脂(即導(dǎo)電膏)，進行對接，緊固螺栓。

圖1 線夾接頭實物

1.1 線夾接頭過熱

接觸不良首先為接頭處發(fā)熱，一般依靠紅外成像儀檢測。對于線夾發(fā)熱均需要停電處理，修復(fù)時應(yīng)將接觸面充分打磨，打磨時觀察接頭是否氧化嚴重，若氧化嚴重應(yīng)更換線夾接頭。接頭更換的工藝較復(fù)雜，利用現(xiàn)有的破切工具進行，將舊線夾夾口分離，且不損傷被夾部分的內(nèi)部導(dǎo)線。若內(nèi)部導(dǎo)線損傷，導(dǎo)線長度變化，影響整個檔距的受力。若是引流線有問題需更換引流線。

1.2 線夾接頭燒斷

線夾接頭燒斷在變電站設(shè)備中的情況罕見，因其巡視周期較短，通常每天進行多次巡視工作，發(fā)現(xiàn)時一般為發(fā)熱狀態(tài)。通常線夾接頭燒斷發(fā)生在輸電線路導(dǎo)線的線夾中，因其施工在野外，受氣候、環(huán)境等各種因素影響，往往有線夾接頭松動、線夾接觸面摻雜其他物質(zhì)等現(xiàn)象發(fā)生。由于輸電線路巡視周期為每月進行一次，造成發(fā)現(xiàn)延遲，又因分裂導(dǎo)線中發(fā)生子導(dǎo)線夾燒斷，另一子導(dǎo)線仍然堅持運行，未影響正常送電，故線路接頭易發(fā)生燒斷的現(xiàn)象，直至下月巡視時才能發(fā)現(xiàn)。

2 線夾接頭接觸不良現(xiàn)象的主要原因

2.1 線夾接頭接觸面受限

如圖2所示，常用線夾接頭長為120 mm，寬80 mm左右，材料有銅、鋁等，其中變電站線夾接頭以銅材料較多，輸電線路均采用鋁合金材料。鋁合金材料接頭表面遇有雜質(zhì)時，受到電離的情況下，氧化速度較快，縮短了由導(dǎo)電體轉(zhuǎn)變?yōu)榘雽?dǎo)體的時間。

圖2 線夾接觸面

2.2 線夾間隙導(dǎo)致接觸不良

如圖2所示，電力系統(tǒng)中線夾接頭通常為4個螺栓孔位，孔位直徑比螺栓桿大1 mm～2 mm，安裝時4套螺栓雖然全部到位，但線夾之間仍有間隙產(chǎn)生。緊固時應(yīng)對角逐漸進行，防止線夾受力不均勻而產(chǎn)生偏移接觸面現(xiàn)象。

2.3 接觸面污漬

基建施工時，由于種種因素使硅脂與灰塵摻雜在一起，線夾接頭接觸面未能夠完成吻合，螺栓看似緊固，但在日后帶電運行狀態(tài)下，硅脂與灰塵受電離影響，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致接頭接觸面電阻值較大，最終導(dǎo)致線夾接頭發(fā)熱且氧化。

2.4 環(huán)境影響

北方地區(qū)風(fēng)沙及年內(nèi)溫差較大，風(fēng)力、熱脹冷縮會使線夾接頭松動，松動后風(fēng)沙進入接觸面，使接觸面由導(dǎo)體轉(zhuǎn)變?yōu)榘雽?dǎo)體，直至燒損。

3 線夾接頭受損帶來的危害

線夾接觸不良會引起燃弧、放電，甚至燒斷線夾接頭等現(xiàn)象發(fā)生。若處理不及時，會使故障蔓延擴大。線夾發(fā)熱會傳導(dǎo)至設(shè)備內(nèi)部，直接危及電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。

3.1 線夾接頭熔斷

電力系統(tǒng)設(shè)備長期暴露在野外，各個電氣連接點受風(fēng)吹雨淋和日曬，導(dǎo)致電力設(shè)備連接點的氧化、腐蝕或接觸不良，發(fā)展為連接點發(fā)熱，發(fā)熱的接頭部位接觸電阻遠大于正常值。其電阻消耗電能，使溫度逐漸升高，在其內(nèi)部不斷產(chǎn)生電弧加速接頭氧化，最終導(dǎo)致接頭熔斷。

3.2 電力輸送中斷

在單導(dǎo)線方式運行的輸配電線路中，遇有接頭發(fā)熱未及時修復(fù)的情況，熔斷的接頭直接斷開電能，使送電中斷。在分裂導(dǎo)線方式運行的輸配電線路中，遇有接頭發(fā)熱，另外子導(dǎo)線仍繼續(xù)運行，直至被運行人員巡視發(fā)現(xiàn)。

3.3 發(fā)生火災(zāi)

設(shè)備安裝、修理時接頭螺栓未緊固到位，當(dāng)電流通過后發(fā)熱，甚至發(fā)紅、冒煙、冒火、斷線，配電箱內(nèi)致使導(dǎo)體發(fā)熱熔化，熔珠落在可燃物體上引起火災(zāi)；由此看來，接點發(fā)熱主要是因為接觸電阻變大造成的。

4 牽掛式多接觸面線夾接頭研制

線夾接頭受損原因較多，但歸根結(jié)底為增大其接觸面積、減小線夾余留扭矩間隙，螺栓緊固到位，可有效避免線夾受損現(xiàn)象發(fā)生。

4.1 梯形結(jié)構(gòu)設(shè)計

如圖3所示，牽掛式多接觸面線夾接頭設(shè)計思路為梯形結(jié)構(gòu)，安裝后能夠保證最小間隙，從而保證了線夾接頭的吻合；與槽口對應(yīng)的為梯形接觸板，與槽口形狀相等；接線柄與原本線夾線柄一樣無改進，同樣參考了以前的方式進行。

①梯形槽口；②梯形接觸板；③接線柄。

4.2 增加線夾接頭接觸面積

首先以常規(guī)所用線夾接頭接觸面為例進行分析。

常規(guī)線夾接頭接觸面積S常計算。

S常=L長×D寬=120×80=9 600mm2

(1)

其中：S常——常規(guī)線夾接觸面；

L長——線夾接觸面長度；

D寬——線夾接觸面寬度。

如圖4所示，牽掛式多接觸面線夾接頭設(shè)計時長度仍為120 mm，寬度80 mm，但線夾有2個梯形底邊高度，設(shè)計時高度為10 mm，計算方法為：牽掛式多接觸面線夾面積為平面接觸面積與2倍梯形底邊高度面積之和。我們先計算梯形底邊高度面積，梯形底邊的寬度仍為80 mm。

圖4 牽掛式多接觸面線夾接頭效果

梯形底邊面積S梯計算如下：

S梯=H梯×D寬=10mm×80mm=800mm2

(2)

其中：S梯——梯形底邊高度面積；

H梯——梯形底邊高度；

D寬——線夾接頭寬度。

牽掛式多接觸面線夾接頭面積S2計算：

S2=3×L長×D寬+2S梯=3×120×80+2×800=30 400mm2

(3)

其中：S2——牽掛式多接觸面線夾接頭面積；

S梯——梯形底邊面積。

4.3 常規(guī)線夾接頭與牽掛式多接觸面線夾接頭面積比較

通過上述計算得知，常規(guī)線夾接頭接觸面積S常為9 600 mm2，牽掛式多接觸面線夾接頭面積S2為30 400 mm2，其接觸面積是常規(guī)線夾接頭的3.17倍。

4.4 間隙分析

常規(guī)線夾中，由于螺栓孔相比螺栓直徑大1 mm～2 mm，所以螺栓安裝緊固后，受風(fēng)力擺動、冬夏熱脹冷縮等自然環(huán)境與人為因素的影響，間隙依然存在。

牽掛式多接觸面線夾設(shè)計為梯形槽口與梯形接觸板，在插入式安裝后間隙很小，幾乎達到無間隙設(shè)計，當(dāng)螺栓緊固后，3個梯形接觸面受力，緊密結(jié)合，保證了線夾的穩(wěn)定性。

4.5 螺栓輔助材料選擇

仍然采用常規(guī)螺栓、止動墊片等防松設(shè)施，方法依然為雙螺母對接形式，但在其螺母之間安裝阻尼墊片，起到防振作用，其阻尼墊片采用優(yōu)質(zhì)硅膠材料，用雙螺母對接緊固后，起到了線夾防松的作用。

5 安裝方法

5.1 插入式安裝方法

如圖5左俯視圖所示，將兩支線夾接頭軸對稱放置，梯形槽口對準(zhǔn)梯形接觸板，用木槌或橡膠錘輕輕敲打其邊棱，直至螺栓孔位對正即可。

圖5 插入式安裝方法

5.2 緊固到位

如圖5右正視圖所示，螺栓孔位對正后，將螺桿插入孔位，依次放置普通墊片、止動墊片，第一道螺母進行緊固，緊固時4個螺母對應(yīng)緊固，保持接觸面均勻受力，最后緊固到位。在每一道螺桿上放置阻尼墊片，再放置第二道螺母緊固到位。檢查梯形接觸面是否接觸牢固，至此安裝完畢。

6 結(jié)束語

同樣大小線夾接頭，牽掛式多接觸面線夾接頭是普通線夾接頭的接觸面的3倍之多，故在電力生產(chǎn)過程中，線夾接頭能夠正常運行，發(fā)熱事故相應(yīng)減少很多。牽掛式多接觸面線夾受熱漲冷縮的情況下，梯形槽口與梯形接觸板之間的間隙很小，不會產(chǎn)生扭矩力，在廠家制造線夾時將梯形槽口與梯形接觸板完全相等，這樣達到了無縫隙設(shè)計，保證了設(shè)計的準(zhǔn)確值，達到牽掛式線夾預(yù)防發(fā)熱的真正目的。