架空線路壓接金具接觸電阻影響因素的試驗(yàn)研究

尹文闊 李峰 趙文彬

摘 要：本文通過(guò)開(kāi)展壓接金具循環(huán)電流試驗(yàn)，探究循環(huán)電流引起的應(yīng)力松弛對(duì)壓接金具接觸電阻的影響過(guò)程，并分析了影響機(jī)理;通過(guò)鹽霧腐蝕試驗(yàn)，探究在腐蝕條件下壓接金具的接觸電阻變化過(guò)程，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行了分析。通過(guò)兩者比較，本研究指明了今后壓接金具接觸電阻的研究方向。

關(guān)鍵詞：電阻;金具;腐蝕

中圖分類號(hào)：TM723;TM751 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2020）23-0075-03

Abstract： In this paper， the influence process of stress relaxation caused by circulating current on the contact resistance of the pressing metal fittings was investigated by carrying out cyclic current test， and the influence mechanism was analyzed; through the salt spray corrosion experiment， the change process of contact resistance of the press fittings under the corrosion condition was investigated， and the results were analyzed. Through the comparison of the two， the research direction of the contact resistance of the crimping metal fittings in the future is indicated in this study.

Keywords： resistance;hardware;corrosion

研究架空線路壓接金具接觸電阻的影響因素是對(duì)壓接金具進(jìn)行壽命評(píng)估的基礎(chǔ)[1-2]，對(duì)于今后開(kāi)展輸電線路在線監(jiān)測(cè)具有重要意義。因試驗(yàn)條件限制，本文主要針對(duì)應(yīng)力松弛和腐蝕兩點(diǎn)進(jìn)行研究，然后結(jié)合電接觸理論，分別討論并分析了試驗(yàn)結(jié)果。

1 試驗(yàn)設(shè)備和試驗(yàn)方法

1.1 循環(huán)電流試驗(yàn)

本文中，循環(huán)電流試驗(yàn)使用壓接管（主要材料是YJ-300/40）和耐張金具（主要材料是NY-300/40）各4只，使用主要材料是LGJ-300/40的鋼芯鋁絞線30 m。測(cè)量工具為Ohmstik XT Plus型線路接觸電阻帶電檢測(cè)用微歐計(jì)，測(cè)量精度為1 μΩ，此儀器可實(shí)現(xiàn)帶電測(cè)電阻。

試驗(yàn)按照《電力金具試驗(yàn)方法 第3部分：熱循環(huán)試驗(yàn)》（GB/T 2317.3—2016）規(guī)定，使用間斷性大電流對(duì)電路進(jìn)行循環(huán)加熱，電路連接如圖1所示。

如圖1所示，整個(gè)試驗(yàn)回路采用4個(gè)壓接金具和4個(gè)耐張金具，其中Y-1、Y-2、Y-3和Y-4為接續(xù)金具，N-1、N-2、N-3和N-4為耐張金具，均按照《輸變電工程架空導(dǎo)線及地線液壓壓接工藝規(guī)程》（DL/T 5285—2013）規(guī)程以80 MPa進(jìn)行壓接。

本文做兩組熱循環(huán)試驗(yàn)，參照《電力金具試驗(yàn)方法 第3部分：熱循環(huán)試驗(yàn)》（GB/T 2317.3—2016）規(guī)定進(jìn)行試驗(yàn)。循環(huán)試驗(yàn)方法如下：在試驗(yàn)回路中加載1 000 A電流，升溫時(shí)間為110 min，由熱電偶記錄溫度，然后恒溫保持30 min，在30 min的后15 min內(nèi)，使用Ohmstik XT Plus型線路接觸電阻帶電檢測(cè)用微歐計(jì)對(duì)壓接金具和參考導(dǎo)線進(jìn)行電阻測(cè)量，同時(shí)記錄各個(gè)壓接金具和參考導(dǎo)線溫度以及環(huán)境溫度，然后切斷電源，開(kāi)始降溫，降溫時(shí)間為1 min，1 h后導(dǎo)線基本冷卻至室溫，待導(dǎo)線完全冷卻后，再通入1 000 A電流。如此循環(huán)100次，記錄接續(xù)金具電阻隨循環(huán)次數(shù)的變化情況。

第一組循環(huán)試驗(yàn)完成后，在原試驗(yàn)電路上做第二組試驗(yàn)，試驗(yàn)電流為1 200 A，升降溫時(shí)間均為1.5 h，試驗(yàn)方法相同。

1.2 腐蝕試驗(yàn)設(shè)備和試驗(yàn)方法

本次腐蝕試驗(yàn)所用主要儀器為SQ-100P腐蝕鹽霧箱，該鹽霧箱可以做中性鹽霧試驗(yàn)（NSS），同時(shí)可以做乙酸鹽霧試驗(yàn)（AASS、CASS），實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部溫度為（50±1） ℃，飽和空氣壓力為0.8～2.0 kg/cm2，噴霧量為1～2 mL/80 cm2/h。

本文采用中性鹽霧試驗(yàn)（NSS）對(duì)壓接金具進(jìn)行腐蝕，參照《人造氣氛腐蝕試驗(yàn) 鹽霧試驗(yàn)》（GB/T 10125—2012）規(guī)定進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)方法如下：首先配置氯化鈉溶液，配置濃度為（50±5） g/L，用pH試紙測(cè)試溶液pH，一般使用純凈水調(diào)出的溶液pH都保持在6.5～7.2。將式樣金具壓接好后，用蒸餾水沖洗干凈，避免粉塵、污漬對(duì)試驗(yàn)的影響，等樣品干燥后立刻放入鹽霧箱內(nèi)，樣品擺放皆為水平放置，放置在兩水平竹管上;在鹽霧箱操作屏上設(shè)定好時(shí)間，每15 min噴一次鹽霧，每次噴霧15 min;為防止霧滴中水分蒸發(fā)，空氣進(jìn)入鹽霧箱之前要用蒸餾水進(jìn)行濕化，而且溫度要高于箱內(nèi)溫度10 ℃;通過(guò)操作屏設(shè)置噴霧壓力為70 kPa，空氣壓力波動(dòng)保持在±0.7 kPa，飽和塔水溫控制在45 ℃;試驗(yàn)箱中裝有兩個(gè)使用塑性材料制作的鹽霧收集器用于收集鹽霧，測(cè)試鹽霧沉降速度，通過(guò)調(diào)節(jié)，80 cm2的水平面積的平均沉降率應(yīng)保持在（1.5±0.5） mL/h，試驗(yàn)箱中的溫度要保持在（35±2） ℃。

本試驗(yàn)周期為720 h，前期每120 h將式樣金具拿出來(lái)進(jìn)行測(cè)量，但不可在噴霧階段將式樣金具拿出，每次拿出樣品時(shí)，試驗(yàn)箱要停止運(yùn)行，并且每測(cè)一次接觸電阻，測(cè)量前要先用吹風(fēng)機(jī)烘干金具。本試驗(yàn)只關(guān)心壓接金具的接觸電阻變化，并不需要計(jì)算失重比例，所以并不需要將金具表面的鹽漬去除，但在連接直流電阻測(cè)試儀時(shí)，需要打磨接線處，以免測(cè)得的接觸電阻偏大。每次測(cè)量時(shí)要記錄觀察每個(gè)金具的腐蝕程度和各個(gè)金具的接觸電阻值、測(cè)量時(shí)間、電位點(diǎn)測(cè)量長(zhǎng)度以及當(dāng)時(shí)的室溫。

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 應(yīng)力松弛對(duì)接觸電阻的影響

試驗(yàn)結(jié)果如圖2和圖3所示。從兩次試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，壓接金具初始接觸電阻越小，說(shuō)明壓接工藝越好，壓接性能越穩(wěn)定;一旦初始電阻過(guò)大，則金具容易發(fā)生電阻激增。例如，本次試驗(yàn)中的耐張金具N-3，初始接觸電阻達(dá)到參考導(dǎo)線阻值的三分之二，此后在循環(huán)電流作用下迅速惡化，增長(zhǎng)到接近參考導(dǎo)線的阻值，但其他壓接良好的壓接金具的接觸電阻基本保持不變，這種試驗(yàn)現(xiàn)象說(shuō)明循環(huán)電流確實(shí)會(huì)引起壓接金具的應(yīng)力松弛，因?yàn)槟蛷埥鹁逳-3的接觸電阻激增就是由應(yīng)力松弛引起的。接觸電阻會(huì)隨著接觸壓力的增加而減小，在接觸壓力增加到一定值時(shí)，再增加接觸壓力，接觸電阻就保持不變。耐張金具N-3的剩余接觸壓力小，并沒(méi)有超過(guò)這個(gè)定值，所以循環(huán)電流引起的應(yīng)力松弛會(huì)使得本就很小的剩余接觸壓力變得更小，造成N-3的接觸電阻激增。而壓接良好的壓接金具都有較高的剩余接觸壓力，即使發(fā)生應(yīng)力松弛，造成接觸壓力減小，它也并不會(huì)減少到小于臨界值，所以大部分接觸電阻都不會(huì)發(fā)生明顯改變。由圖3可知，循環(huán)后期所有壓接金具的接觸電阻都基本保持不變，即使是N-3也一樣，這是因?yàn)椴牧系膽?yīng)力松弛是一個(gè)先快后慢的過(guò)程，應(yīng)力松弛后期如無(wú)其他加速因素發(fā)生，其變化極其緩慢，接觸壓力基本保持不變，故壓接金具接觸電阻也基本保持穩(wěn)定，不發(fā)生變化。

通過(guò)以上分析可知，除了N-3之外，其他金具接觸電阻不會(huì)受到循環(huán)電流次數(shù)的影響，哪怕是二次循環(huán)試驗(yàn)過(guò)程中加大了試驗(yàn)周期，也不會(huì)對(duì)其接觸電阻造成改變。這就說(shuō)明應(yīng)力松弛不會(huì)對(duì)壓接金具接觸電阻造成影響，哪怕是不良接壓的耐張金具N-3，在循環(huán)過(guò)40次之后，其接觸電阻仍然保持穩(wěn)定狀態(tài)，所以應(yīng)力松弛可能并不是引起輸電線路壓接金具接觸電阻增大的主要因素。

2.2 鹽霧腐蝕試驗(yàn)分析

腐蝕是公認(rèn)的影響壓接可靠性的重要因素之一[3]。對(duì)于壓接金具來(lái)說(shuō)，腐蝕方式以氧化為主，在壓接面生成Al的氧化物，形成氧化膜，而C1-離子則會(huì)破壞氧化膜，為氧化劑開(kāi)通道路，從而氧化內(nèi)部金屬，使氧化膜厚度不斷增加，但是氧化膜通常不具有導(dǎo)電性，隨著氧化膜厚度增加，導(dǎo)電通道會(huì)逐漸減少，導(dǎo)電面積也不斷變小，接觸電阻自然也就會(huì)越來(lái)越大。所以，腐蝕不但會(huì)減少接觸面積、增大收縮電阻，而且會(huì)增加氧化膜厚度、增加膜電阻。

由圖4可以看出，隨著腐蝕的進(jìn)行，金具表面逐漸失去光澤，變得灰暗不均，再慢慢出現(xiàn)“麻點(diǎn)”腐蝕，最后表面出現(xiàn)大量白色粉末，附在金屬表面。壓接金具的接觸電阻變化如圖4所示。

由圖4可知，隨著腐蝕的進(jìn)行，壓接金具的接觸電阻確實(shí)逐漸增加。其中，耐張金具N-2是一個(gè)不良?jí)航咏鹁撸梢钥闯霾涣級(jí)航咏鹁叩慕佑|電阻增長(zhǎng)速率在相同腐蝕條件下要大于良好壓接金具，這是由于不良?jí)航拥慕佑|壓力小，腐蝕劑在接觸面上擴(kuò)散速率快，接觸點(diǎn)被腐蝕的速率更快，不良?jí)航咏鹁叩慕佑|電阻增加自然也更快，而且接觸電阻的腐蝕速率會(huì)越來(lái)越快。下面進(jìn)行原因分析。根據(jù)Holm理論模型，收縮電阻的計(jì)算公式為：

RS=[ρ/2a] ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（1）

式中，[ρ]為材料的電阻率;[a]為導(dǎo)電斑點(diǎn)半徑;RS為收縮電阻。

接觸電阻Rj由收縮電阻和膜電阻組成，而接觸電阻和接觸面積成反比，隨著接觸面積因腐蝕而減少，接觸電阻的增長(zhǎng)率會(huì)越來(lái)越大。

此次試驗(yàn)現(xiàn)象說(shuō)明了腐蝕確實(shí)是壓接金具接觸電阻升高的主要因素，而且接觸電阻增加的速率可能會(huì)隨著腐蝕的加深而不斷加快。

3 結(jié)論

本文進(jìn)行了壓接金具的循環(huán)電流試驗(yàn)和鹽霧腐蝕試驗(yàn)，并通過(guò)試驗(yàn)現(xiàn)象和理論分析得到了以下幾點(diǎn)結(jié)論。目前，輸電線路壓接金具的壓接工藝裕度較大，僅僅因?yàn)檠h(huán)電流而引起的應(yīng)力松弛并不能對(duì)壓接金具的接觸電阻產(chǎn)生重大影響，所以單純的應(yīng)力松弛可能并不是引起接觸電阻增大的主要因素;通過(guò)測(cè)量初始接觸電阻的大小以及剛投運(yùn)一段時(shí)間內(nèi)的電阻變化，人們可以判斷壓接金具壓接工藝的好壞，以接觸電阻為標(biāo)準(zhǔn)的在線狀態(tài)檢測(cè)具有可行性;鹽霧腐蝕試驗(yàn)表明，壓接金具的接觸電阻隨著腐蝕程度的加深而明顯增加，而且電阻增加趨勢(shì)越來(lái)越快，這說(shuō)明腐蝕才是引起超高壓輸電線路壓接金具接觸電阻增加的主要因素，針對(duì)壓接金具異常發(fā)熱等問(wèn)題，從腐蝕防治入手更有針對(duì)性。

參考文獻(xiàn)：

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