新型抗風(fēng)振、耐腐蝕鉸鏈?zhǔn)浇永m(xù)線夾的研究

張明龍，王健，錢(qián)健，何明霞，方伊莉

（1.國(guó)網(wǎng)福建省電力有限公司電力科學(xué)研究院，福州 350007；2.南京電力金具設(shè)計(jì)研究院有限公司，南京 211500）

引言

接續(xù)線夾是國(guó)內(nèi)應(yīng)用最為廣泛的一種電力接續(xù)連接器，目的在于連接兩根輸電導(dǎo)線，使電能傳輸?shù)靡岳^續(xù)。該電力線路附件看似簡(jiǎn)單，卻是輸配電線路中的薄弱環(huán)節(jié)，故障發(fā)生率較高，一旦出現(xiàn)諸如燒化、熔斷等現(xiàn)象，將直接導(dǎo)致線路中斷，引發(fā)相應(yīng)地區(qū)大面積停電，造成不必要的損失[1]。接續(xù)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(guò)蓋板、本體夾緊導(dǎo)線，但導(dǎo)線長(zhǎng)期晃動(dòng)、螺栓應(yīng)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(xù)處發(fā)熱，加速金具腐蝕[1,2]。C型線夾采用導(dǎo)電性能良好的高強(qiáng)度鋁合金制造，利用本體產(chǎn)生形變使導(dǎo)線受壓而完成電的傳輸，然而，除了螺栓產(chǎn)生應(yīng)力松弛外，在長(zhǎng)期使用過(guò)程中該金具材料會(huì)發(fā)生蠕變，使其對(duì)導(dǎo)線的壓力減小，接觸電阻增大，接續(xù)處發(fā)熱，加速金具腐蝕。

沿海區(qū)域環(huán)境具有高鹽霧和強(qiáng)風(fēng)振的特點(diǎn)，導(dǎo)線連接部位及連接金具受長(zhǎng)時(shí)間的電化學(xué)腐蝕和應(yīng)力腐蝕易發(fā)生導(dǎo)線破損和金具銹蝕問(wèn)題[3-6]，進(jìn)而造成線路斷線的嚴(yán)重故障，給配網(wǎng)運(yùn)行帶來(lái)極大地的搶修工作量，同時(shí)制約配網(wǎng)線路可靠性的提升[7-9]。為此，研制一種新型的抗風(fēng)振、耐腐蝕接線線夾，具有重要的意義。

1 沿海線路接續(xù)線夾腐蝕情況

經(jīng)對(duì)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(yè)污穢線路等地進(jìn)行實(shí)地考察，發(fā)現(xiàn)這些區(qū)域配網(wǎng)線路金具、導(dǎo)線等極易發(fā)生腐蝕，給線路的安全運(yùn)行帶來(lái)很大威脅。從圖1可以看出現(xiàn)場(chǎng)金具表面腐蝕非常嚴(yán)重。

結(jié)合沿海地區(qū)氣候及環(huán)境及相關(guān)文獻(xiàn)分析，腐蝕原因可能存在以下幾點(diǎn)：

1）金屬材料在高內(nèi)應(yīng)力和高工作溫度下，發(fā)生明顯的應(yīng)力松弛現(xiàn)象，引起接觸壓力下降，導(dǎo)致接觸電阻增加，產(chǎn)生過(guò)熱，加速腐蝕[1]。

2）并溝線夾為雙螺栓或三螺栓結(jié)構(gòu)，安裝時(shí)不易同時(shí)擰緊，壓緊力分布不均引起局部過(guò)熱[1]。

3）C型線夾發(fā)生不可恢復(fù)變形，線夾與導(dǎo)線間的接觸力下降，接觸電阻增加，產(chǎn)生過(guò)熱。

4）接觸力下降使得腐蝕性氣體、塵土進(jìn)入電接觸表面，在接觸面周?chē)纬梢粚虞^厚的膜層，并不斷往電接觸面內(nèi)部滲透，導(dǎo)致膜層電阻升高較快，線夾溫度進(jìn)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(xiàn)象更為嚴(yán)重[7]。

圖1 現(xiàn)場(chǎng)金具腐蝕形貌

2 新型接續(xù)線夾的設(shè)計(jì)

為了解決沿海地區(qū)線夾在使用過(guò)程中因風(fēng)振產(chǎn)生松動(dòng)及耐蝕性差的問(wèn)題，本文設(shè)計(jì)了一種新型接續(xù)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(cè)，另一側(cè)通過(guò)鉸鏈將線夾本體和蓋板連接在一起。該結(jié)構(gòu)型式可以大幅增加螺栓對(duì)線夾的正壓力，有效防止因風(fēng)振引起的螺栓松動(dòng)現(xiàn)象，同時(shí)提高線夾導(dǎo)流性能。對(duì)線夾本體和蓋板進(jìn)行表面處理可以提高其耐腐蝕性能[10,11]。新型接續(xù)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(xiāo)軸6和螺栓4六部分組成。線夾本體和線夾蓋板通過(guò)鉸鏈銷(xiāo)軸相連，導(dǎo)線與引線之間通過(guò)芯塊過(guò)流；導(dǎo)線和芯塊由線夾本體和線夾蓋板通過(guò)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(xù)線夾二維圖

3 新型接續(xù)線夾性能驗(yàn)證

3.1 電阻試驗(yàn)

線路接續(xù)線夾的作用是使電能從一根導(dǎo)線傳輸?shù)搅硪桓鶎?dǎo)線，因此線夾的電氣性能是必須考慮的一項(xiàng)重要性能指標(biāo)。為了提高線夾的表面防腐性能，研究過(guò)程中對(duì)線夾表面分別進(jìn)行了噴塑和導(dǎo)電氧化處理，圖4為三種線夾的電阻試驗(yàn)圖，其中1#為未作任何處理的線夾，2#為表面進(jìn)行噴塑的線夾，3#為表面進(jìn)行導(dǎo)電氧化的線夾。電阻試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示。

滿(mǎn)足GB/T 2317.3-2008《電力金具試驗(yàn)方法 第3部分 熱循環(huán)試驗(yàn)》[12]的要求。其中，表面經(jīng)過(guò)導(dǎo)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(qiáng)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。

圖4 三種線夾電阻試驗(yàn)布置圖

表1 三種線夾電阻試驗(yàn)數(shù)據(jù)

3.2 線夾鹽霧腐蝕試驗(yàn)

利用DZF-6030鹽霧試驗(yàn)機(jī)對(duì)上述3種線夾進(jìn)行中性鹽霧腐蝕試驗(yàn)[13]，試驗(yàn)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(shí)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(jīng)過(guò)導(dǎo)電氧化的線夾，2#為表面未作任何處理的線夾，3#為表面進(jìn)行噴塑的線夾。隨著試驗(yàn)的進(jìn)行，發(fā)現(xiàn)1#、2#線夾的鹽附著量持續(xù)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(wú)鹽附著。

此外，試驗(yàn)結(jié)束后，把導(dǎo)體從1#、2#線夾取下時(shí)發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)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(dǎo)體很容易取下，并無(wú)粘合現(xiàn)象。

由此分析，1#和2#線夾在長(zhǎng)期鹽霧環(huán)境下，容易產(chǎn)生腐蝕現(xiàn)象，影響線路運(yùn)行安全和使用壽命；而表面經(jīng)過(guò)噴塑處理的3#線夾只有表面凹凸不平處有鹽附著，說(shuō)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(yōu)化處理

由上述電阻試驗(yàn)和腐蝕試驗(yàn)結(jié)果可以看出，3#線夾的綜合性能更優(yōu)。為了進(jìn)一步提高該線夾的導(dǎo)電性能，我們對(duì)線夾內(nèi)部芯塊進(jìn)行了改進(jìn)，通過(guò)增大芯塊與導(dǎo)線之間的過(guò)流面積，改善其電氣性能。

3.3.1 芯塊改進(jìn)

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

圖7 線夾直流電阻、溫升試驗(yàn)布置圖

3.3.2 芯塊改進(jìn)后電阻溫升試驗(yàn)

為了驗(yàn)證改進(jìn)后芯塊應(yīng)用于噴塑線夾的電氣性能，對(duì)其進(jìn)行了直流電阻、溫升試驗(yàn)，圖7為四種線夾的試驗(yàn)布置圖。其中，1#線夾由改進(jìn)前芯塊和未作任何處理的線夾本體組成；2#線夾由改進(jìn)后芯塊和經(jīng)過(guò)噴塑處理的線夾本體組成；3#線夾由改進(jìn)后芯塊和經(jīng)過(guò)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(jìn)前芯塊和經(jīng)導(dǎo)電氧化處理的線夾本體組成。表3～表6為不同條件下測(cè)得的各線夾和對(duì)應(yīng)等長(zhǎng)導(dǎo)線的電阻；表7～表9為溫升后線夾和導(dǎo)線對(duì)應(yīng)的溫度。

表3 溫升前線夾與等長(zhǎng)導(dǎo)線電阻值

表4 升溫1次后線夾與等長(zhǎng)導(dǎo)線電阻值

表5 升溫2次后線夾與等長(zhǎng)導(dǎo)線電阻值

表6 升溫3次后線夾與等長(zhǎng)導(dǎo)線電阻值

表7 溫升1次時(shí)線夾與導(dǎo)線溫度值（室溫20 ℃）

表8 溫升2次時(shí)線夾與導(dǎo)線溫度值（室溫20 ℃）

表9 溫升3次時(shí)線夾與導(dǎo)線溫度值（室溫20 ℃）

表4、5、6分別為導(dǎo)線溫度升高至100 ℃1次、2次、3次，并保持2 h后降溫至室溫（20 ℃）后測(cè)得的金具電阻值，其試驗(yàn)結(jié)果與導(dǎo)線溫升前測(cè)得的試驗(yàn)結(jié)果一致。由表7、8、9發(fā)現(xiàn)，當(dāng)導(dǎo)線溫度基本穩(wěn)定100 ℃后，所有試驗(yàn)線夾溫度均小于導(dǎo)線溫度，1#、4#線夾溫度偏高。

綜合上述直流電阻、中性鹽霧及電阻溫升試驗(yàn)結(jié)果可以得出，線夾采用表面噴塑處理并配以改進(jìn)后芯塊，得出的線夾各方面性能更加優(yōu)異。且對(duì)涂有中性玻璃膠的線夾繼續(xù)進(jìn)行溫升試驗(yàn)，在經(jīng)過(guò)10次溫升后未出現(xiàn)異常現(xiàn)象。

4 結(jié)論

1）本文新型接續(xù)線夾的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可大大增加線夾施加于導(dǎo)線上的正壓力，有效防止因風(fēng)振引起的螺栓松動(dòng)現(xiàn)象，同時(shí)提高了線夾導(dǎo)流性能。

2）對(duì)線夾表面進(jìn)行特殊噴涂處理，可有效地防止線夾本體在沿海和工業(yè)污染區(qū)環(huán)境下的腐蝕。

3）對(duì)線夾芯塊進(jìn)行中性玻璃膠密封保護(hù)，可以將芯塊與空氣有效隔離，從而提高線夾芯塊的抗腐蝕性能。

4）針對(duì)沿海和工業(yè)區(qū)域輸配電線路，可考慮引入耐候性能良好的涂層或密封物對(duì)金具進(jìn)行輔助保護(hù)，從而提高金具耐腐蝕性。