基于X光檢測技術(shù)的耐張線夾壓接強(qiáng)度試驗(yàn)分析

范 楊，汪 建，李一鳴，胡龍江，程 繩，吳 軍，魯少軍

（1.國網(wǎng)湖北省電力有限公司檢修公司，湖北 武漢430050；2.武漢輕工大學(xué)，湖北 武漢430048）

0 引言

輸電線路耐張線夾在線路運(yùn)行過程中不僅要承受所通過的電荷載，而且還承擔(dān)導(dǎo)線或地線的張力，在保障線路安全運(yùn)行上起著至關(guān)重要的作用。耐張線夾施工屬于隱蔽工程，內(nèi)部鋼芯斷裂、壓接深度不足等內(nèi)部缺陷常規(guī)手段難以檢測。近年來因?yàn)槟蛷埦€夾斷裂引起的倒塔斷線事故屢次發(fā)生［1-9］。

在架空導(dǎo)線與耐張線夾在壓接過程中，由于操作人員未能完全按照相關(guān)工藝規(guī)程進(jìn)行壓接，將導(dǎo)致耐張線夾與導(dǎo)線出現(xiàn)壓接質(zhì)量缺陷。輸電線路壓接完成后，壓接管內(nèi)部缺陷不易發(fā)現(xiàn)，內(nèi)部有可能會有鋼芯斷股、壓接深度不足、鋼錨防滑槽漏壓、欠壓等典型缺陷，嚴(yán)重降低了輸電線路載流量和機(jī)械強(qiáng)度，影響輸電線路的安全運(yùn)行［10-12］。

通過對不同壓接工況下不同型號導(dǎo)線進(jìn)行拉斷力分析和試驗(yàn)，獲得了超特高壓輸電線路不同型號耐張線夾在典型壓接工況下的綜合強(qiáng)度和薄弱環(huán)節(jié)，最后分析不同導(dǎo)線型號耐張線夾的受力規(guī)律，總結(jié)耐張線夾壓接工藝質(zhì)量控制的要點(diǎn)，制定耐張線夾質(zhì)量管控措施。

1 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

1.1 試驗(yàn)基本思路

本文為了分析實(shí)際輸電線路中耐張線夾壓接強(qiáng)度的規(guī)律，這里對典型的4 種截面的導(dǎo)線進(jìn)行了試驗(yàn)和分析，四種導(dǎo)線的型號和基本參數(shù)表1所示。

表1 四種導(dǎo)線的型號參數(shù)Table 1 Type parameters for four types of conductors

在對4 種不同規(guī)格的導(dǎo)線進(jìn)行壓接時(shí)，對每一種導(dǎo)線分別采取了只壓鋼芯、只壓凹槽和鋼芯凹槽均壓接3種方案進(jìn)行壓接，其中凹槽的壓接模數(shù)從0到最大模數(shù)依次進(jìn)行試驗(yàn)。每一根導(dǎo)線的兩側(cè)都進(jìn)行壓接，一側(cè)為按照耐張線夾的壓接工藝正常進(jìn)行壓接，另一側(cè)模擬各種不同缺陷，壓接完成后進(jìn)行拉斷力試驗(yàn)，獲取拉斷力值以及拉斷薄弱點(diǎn)。同時(shí)，根據(jù)電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《DL/T 5285—2018 輸變電工程架空導(dǎo)線（800 mm2）及地線液壓壓接工藝規(guī)程》中的要求，耐張線夾的握著力不應(yīng)小于導(dǎo)線額定拉斷力的95%，可以通過拉斷力數(shù)值判斷不同工況下耐張線夾是否符合要求［13-16］。為確保能夠?qū)航硬煌?shù)凹槽的耐張線夾強(qiáng)度進(jìn)行準(zhǔn)確分析，采用X 光檢測技術(shù)對壓接完成后的耐張線夾進(jìn)行拍片檢查。［17-21］

1.2 綜合強(qiáng)度計(jì)算公式

1）鋁管與鋼錨未壓，鋼芯壓接。由于此時(shí)耐張線夾不壓區(qū)斷面，僅有鋼錨受力，外部施加的拉力全部作用在鋼錨上，不壓區(qū)內(nèi)部鋼錨處由兩部分組成，一部分為對鋼芯壓接后的鋼錨，一部分為長度較短的一段未壓的鋼芯，該段鋼芯在拉力逐漸增加的過程中會先于鋼錨斷裂。這種情況下的耐張線夾的綜合拉斷力為鋼芯的拉斷力F，為Nmax= F。

鋼芯強(qiáng)度的計(jì)算：鋼芯的拉斷力可用單絲鋼芯的破斷應(yīng)力乘以鋼芯的總面積來計(jì)算：F= σ鋼× S鋼，其中F，σ鋼，S鋼分別為鋼芯的拉斷力、破斷應(yīng)力和鋼芯面積。對于不同型號鋼芯的拉斷應(yīng)力不同，一般在1 500 MPa 和1 600 MPa 之間，鋼芯面積可通過鋼芯鋁絞線的型號得知。

凹槽提供的握力計(jì)算：鋁管與鋼錨壓接后會在凹槽處形成一個(gè)凸起部位，凸起部位與鋁管公共接觸面可提供剪切力，可提供的最大剪切力為= m ×σ剪× π × D × l，其中σ剪，D，l 分別為鋁管的最大剪切應(yīng)力，鋼錨外層直徑和凹槽的寬度，m為壓接良好的凹槽數(shù)量。鋁管的最大剪切應(yīng)力一般約為80 MPa 在實(shí)際計(jì)算中可以先計(jì)算出一個(gè)凹槽能提供的咬合力，多個(gè)凹槽壓接提供的最大咬合力乘以相應(yīng)的倍數(shù)即可。

1.3 不同工況下拉斷力試驗(yàn)檢測對比分析

1.2.1 只壓接鋼芯

耐張線夾只壓鋼芯的情況其拉斷機(jī)理較為簡單，其本質(zhì)為鋼絞線的拉斷試驗(yàn)，拉斷力為單絲鋼芯抗拉強(qiáng)度與截面的乘積［22-24］。只壓鋼芯時(shí)由于不涉及隱蔽工程環(huán)節(jié)，因此無需對其進(jìn)行X光檢測［25-27］。

1.2.2 只壓接凹槽

此時(shí)對于鋁管而言，凹槽對于鋁管的咬合力等于鋁管的張力。根據(jù)力的平衡原理，鋁管拉力、鋁管與鋼錨咬合力、導(dǎo)線拉力和外部施加拉力四者相等。在拉力增大過程中，首先達(dá)到鋁管拉力、鋁管與鋼錨咬合力、導(dǎo)線拉力中的最小值時(shí)，相應(yīng)的部位則會發(fā)生破 壞，具體拉斷力計(jì)算過程參考綜合強(qiáng)度計(jì)算公式。

表3 只壓凹槽工況下的試驗(yàn)結(jié)果Table 3 Test results under pressure groove condition

1.2.3 鋼芯壓接，凹槽部分壓接

在實(shí)際輸電線路的耐張線夾壓接中，最多的缺陷是鋼芯壓接良好而凹槽未全部壓接。當(dāng)耐張線夾強(qiáng)度明顯強(qiáng)于導(dǎo)線拉斷力時(shí)，耐張線夾未被破壞時(shí)，導(dǎo)線就會出現(xiàn)斷股［28-30］，具體拉斷力計(jì)算過程參考綜合強(qiáng)度計(jì)算公式。

表4 鋼芯壓接，凹槽部分壓接工況下的試驗(yàn)結(jié)果Table 4 Test results of steel core pressing and groove partially pressing

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 JL/G1A-400/35導(dǎo)線壓接結(jié)果分析

400/35導(dǎo)線耐張線夾的鋼芯強(qiáng)度占耐張線夾整體拉斷強(qiáng)度的比例約為50.91/（50.91+79.54）=38%，鋁材部分（凹槽及鋁管）強(qiáng)度占比約為62%，相比鋼芯不承力（鋼芯斷裂）情況，鋁材部分不承力（一槽未壓）缺陷更為危急。

400/35導(dǎo)線在鋼芯壓接良好情況下，鋼錨只壓接1凹槽，其拉斷力值在導(dǎo)線額定拉斷力值附近，還需要補(bǔ)壓1槽才可滿足安全要求。

2.2 JL/G1A-500/45導(dǎo)線壓接數(shù)據(jù)分析

500/45導(dǎo)線耐張線夾的鋼芯強(qiáng)度占耐張線夾整體拉斷強(qiáng)度的比例約為63.01/（63.01+117.85）=35%，鋁材部分（凹槽及鋁管）強(qiáng)度占比約為65%，相比鋼芯不承力（鋼芯斷裂）情況，鋁材部分不承力（一槽未壓）缺陷更為危急。

500/45 導(dǎo)線在鋼芯壓接良好情況下，鋼錨壓接2凹槽和3 凹槽時(shí)，其拉斷力值遠(yuǎn)高于導(dǎo)線額定拉斷力值，可滿足安全條件，不需要再進(jìn)行補(bǔ)壓。

2.3 JL/G1A-630/45導(dǎo)線壓接數(shù)據(jù)分析

630/45導(dǎo)線耐張線夾的鋼芯強(qiáng)度占耐張線夾整體拉斷強(qiáng)度的比例約為63/187.36=34%，鋁材部分（凹槽及鋁管）強(qiáng)度占比約為66%，相比鋼芯不承力（鋼芯斷裂）情況，鋁材部分不承力（一槽未壓）缺陷更為危急。

630/45 導(dǎo)線在鋼芯壓接良好情況下，鋼錨壓接2凹槽和3 凹槽時(shí)，其拉斷力值遠(yuǎn)高于導(dǎo)線額定拉斷力值，可滿足安全條件，不需要再進(jìn)行補(bǔ)壓。

2.4 JL/G2A-720/50導(dǎo)線壓接數(shù)據(jù)分析

720/50導(dǎo)線耐張線夾的鋼芯強(qiáng)度占耐張線夾整體拉斷強(qiáng)度的比例約為80.58/225.1=36%，鋁材部分（凹槽及鋁管）強(qiáng)度占比約為64%，相比鋼芯不承力（鋼芯斷裂）情況，鋁材部分不承力（一槽未壓）缺陷更為危急。

720/50 導(dǎo)線在鋼芯壓接良好情況下，鋼錨壓接3凹槽及以上時(shí)，其拉斷力值遠(yuǎn)高于導(dǎo)線額定拉斷力值，可滿足安全條件，不需要再進(jìn)行補(bǔ)壓。

3 分析結(jié)果

由圖1 可以看到，鋼芯在耐張線夾強(qiáng)度占比大約在35%左右，這表明對于超特高壓輸電導(dǎo)線，鋁的機(jī)械強(qiáng)度相比鋼芯發(fā)揮更大的作用。

圖1 不同截面導(dǎo)線強(qiáng)度鋁、鋼強(qiáng)度占比Fig.1 Strength ratio of aluminum and steel with different section

對于耐張線夾而言，鋼錨的凹槽并不需要全部壓滿就能夠滿足強(qiáng)度要求，這與導(dǎo)線截面大小，以及所使用的線夾有關(guān)。表5 為400/35—720/50 導(dǎo)線耐張線夾所需要壓接的最小鋼錨凹槽數(shù)量、每個(gè)凹槽所能提供的咬合力及鋼芯拉斷力。

表5 不同截面積導(dǎo)線耐張線夾所需壓接的最小鋼錨凹槽數(shù)量Table 5 Minimum number of steel anchor grooves required for compression of tensioning clamps for conductors of different cross-sectional areas

4 結(jié)語

通過理論分析或者進(jìn)行拉力試驗(yàn)?zāi)軌蛴?jì)算出任何一種壓接工藝下的耐張線夾強(qiáng)度和薄弱環(huán)節(jié)分析，結(jié)合X光檢測技術(shù)可對在運(yùn)輸電線路耐張線夾強(qiáng)度做出準(zhǔn)確評估，而不是盲目采取補(bǔ)壓措施。