四種壓縮型線夾斷裂問(wèn)題分析及防范策略研究

仝 楊，胡 杰

(湖北清江水電開(kāi)發(fā)有限責(zé)任公司，湖北 宜昌 443000)

壓縮型線夾作為架空線及其連接設(shè)備上的常見(jiàn)金屬連接件,常見(jiàn)的有4種，即SY型、NY型、SYG型、TY型。這些線夾在運(yùn)行中需要承受一定的機(jī)械拉力,且線夾直接暴露在大氣環(huán)境中，運(yùn)行條件惡劣，長(zhǎng)期運(yùn)行后較容易出現(xiàn)斷裂問(wèn)題，造成掉線事故，因此一直都是一次專業(yè)重點(diǎn)關(guān)注的對(duì)象。

一些文獻(xiàn)[1-2]中對(duì)部分壓縮型線夾斷裂的原因進(jìn)行了分析，并提出了相應(yīng)的防治方法，這些分析深入但不全面，防治方法也不夠系統(tǒng)；本文通過(guò)對(duì)鄂西南某電站4種220 kV壓縮型設(shè)備線夾實(shí)際運(yùn)行中出現(xiàn)的斷裂、開(kāi)裂問(wèn)題研究，從線夾結(jié)構(gòu)角度分析線夾的薄弱環(huán)節(jié)及斷裂的原因，并從線夾采購(gòu)及施工、日常運(yùn)維檢方面出發(fā)，提出防范策略，以期全面指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)。

1 問(wèn)題描述

鄂西南某電站安裝3臺(tái)90 MW水輪發(fā)電機(jī)組，機(jī)組與主變壓器采用單元接線,母線采用擴(kuò)大橋形接線，220 kV出線兩回，電能經(jīng)主變高壓側(cè)支架M3(M1、M2)、架空線、邊坡轉(zhuǎn)角鐵塔T3(T1、T2)連接至戶外敞開(kāi)式開(kāi)關(guān)站，在站內(nèi)分配后經(jīng)M22、M24龍門(mén)架外送，電氣布置如圖1所示。

圖1 電站220 kV電氣樞紐布置圖

該電站1999年投產(chǎn)，站內(nèi)架空線連接金具中壓縮型設(shè)備線夾共4類，即SY型、NY型、SYG型、TY型，且數(shù)量較多。線夾運(yùn)行至今已20余年，2017年至2019年已累計(jì)出現(xiàn)3起線夾異常事件，其中兩起為SYG型線夾斷裂，一起為T(mén)Y型線夾開(kāi)裂，均于設(shè)備檢修期間發(fā)現(xiàn)，未造成嚴(yán)重后果。隨后工作人員對(duì)站內(nèi)線夾進(jìn)行了全面排查，檢查發(fā)現(xiàn)部分TY型、NY型、SYG型線夾強(qiáng)度已降低，SY型線夾無(wú)明顯異常。

2 問(wèn)題分析

壓縮型設(shè)備線夾采用含量不低于99.5%的鋁材或T2銅材制造，選用的鋁管抗拉強(qiáng)度較高，并經(jīng)熱鍍鋅防腐處理，表1中給出了4種型號(hào)線夾的簡(jiǎn)要說(shuō)明。

表1 線夾簡(jiǎn)介

2.1 SY型線夾

SY型線夾生產(chǎn)工藝為管型材擠壓或鑄造，安裝時(shí)將鋁絞線的一端經(jīng)規(guī)定清凈工序后插入鋁管，用液壓裝置使鋁管和鋁絞線一起產(chǎn)生塑性變形，從而使鋁管和鋁絞線壓接成一體，因此線夾整體強(qiáng)度較高，在產(chǎn)品質(zhì)量合格的情況下，線夾不存在薄弱點(diǎn)，一般不會(huì)發(fā)生絞線脫出線夾的現(xiàn)象，國(guó)內(nèi)外尚未見(jiàn)此類線夾故障的相關(guān)報(bào)道。

2.2 TY型線夾

TY型線夾[3]主要用在各母線引下線處，生產(chǎn)工藝為管型材鑄造后焊接鋁板，安裝時(shí)用線夾抽匣、主體將清凈后的鋁絞線包裹，并進(jìn)行液壓壓接。根據(jù)線夾的結(jié)構(gòu)，其初始強(qiáng)度受引流板處焊接質(zhì)量及線夾整體壓接質(zhì)量的影響，薄弱環(huán)節(jié)為管形結(jié)構(gòu)和端子板的焊接處及抽匣和主體壓接縫處，由于此類線夾在運(yùn)行中一般受較大的徑向拉力，因此其薄弱處可能發(fā)生開(kāi)裂現(xiàn)象。

以該站為例，2019年對(duì)站內(nèi)58個(gè)TY型線夾進(jìn)行了檢查，發(fā)現(xiàn)輕微開(kāi)裂線夾1個(gè)，即236刀閘A相本體進(jìn)線端TY型線夾，如圖2所示。線夾開(kāi)裂部位為主體與抽匣壓接縫處，主體鋁管與端子板焊接處未發(fā)現(xiàn)異常，其余線夾外觀均正常。該線夾歷次紅外測(cè)溫試驗(yàn)均合格，由于線夾所處位置較高(引下線長(zhǎng)度約4 m)，日常肉眼遠(yuǎn)距離觀察未能發(fā)現(xiàn)該異常，分析認(rèn)為長(zhǎng)期風(fēng)擺、導(dǎo)線的熱脹冷縮、壓接施工時(shí)可能存在的欠壓是此線夾開(kāi)裂的主要原因。

圖2 236刀閘A相本體進(jìn)線端TY型線夾開(kāi)裂情況

2.3 NY型線夾

NY型耐張線夾[4]由鋁管、鋼錨、引流板構(gòu)成，生產(chǎn)工藝為管型材擠壓或鑄造，安裝工藝為液壓壓接，即先剝出一定長(zhǎng)度的導(dǎo)線鋼芯，將鋼芯插入鋼錨內(nèi)孔，并將二者壓接，再用鋁管將架空線與鋼錨壓接，最后安裝引流板。該電站此類線夾主要用于主變高壓側(cè)支架、邊坡轉(zhuǎn)角鐵塔及出線龍門(mén)架處，共57個(gè)，其中主變壓器高壓引下線上端NY型線夾如圖3所示。

圖3 主變壓器高壓引下線上端NY型線夾

NY型線夾鋁管、鋼錨、引流板均為整鍛，強(qiáng)度較高，因此隱患不在于這些部件斷裂，而在于安裝時(shí)的壓接質(zhì)量。線夾安裝時(shí)需經(jīng)過(guò)兩次壓接工續(xù)，若存在欠壓、鋼芯插入鋼錨長(zhǎng)度不夠、壓接部位不準(zhǔn)確等原因，則可能導(dǎo)致導(dǎo)線滑動(dòng)、脫線，同時(shí)可能造成線夾進(jìn)水，使內(nèi)部鋼絲銹蝕、發(fā)熱、斷股。因此類線夾多與耐張絕緣子串配合，用以固定架空導(dǎo)線，正常運(yùn)行時(shí)受到巨大的軸向拉力，且?guī)缀跞坑射撳^承受，壓接質(zhì)量隱患容易導(dǎo)致事故，國(guó)內(nèi)其他廠站也發(fā)生過(guò)此類線夾斷裂造成的掉線事故。而根據(jù)某電網(wǎng)公司運(yùn)用X射線無(wú)損檢測(cè)技術(shù)對(duì)已投運(yùn)的420個(gè)耐張線夾壓接質(zhì)量檢查的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)線夾壓接質(zhì)量缺陷率達(dá)30%，主要問(wèn)題是鋼錨與鋁管欠壓[5-6]。

由于耐張線夾的壓接施工屬隱蔽工程，受技術(shù)條件限制，建設(shè)期線夾壓接施工后的外觀檢查、測(cè)量尺寸等技術(shù)手段很難發(fā)現(xiàn)欠壓、鋼芯鼓肚等缺陷，而這些可能的缺陷日益發(fā)展將會(huì)導(dǎo)致掉線事故。

2.4 SYG型線夾

SYG型線夾主要用于鋼芯鋁鉸線與電氣設(shè)備銅接線端子的連接，生產(chǎn)工藝多為鋁材擠壓或鑄造后釬焊銅板，線夾初始強(qiáng)度受焊接質(zhì)量的影響，銅材與鋁材焊接處為線夾的薄弱點(diǎn)。

以該電站為例，2017年至2019年出現(xiàn)的2起SYG型線夾斷裂事件，具體現(xiàn)象均為銅鋁過(guò)渡面焊縫處脆斷，其中主變高壓引線處銅鋁過(guò)渡線夾斷裂情況如圖4所示。日常遠(yuǎn)距目測(cè)及紅外測(cè)溫試驗(yàn)均未發(fā)現(xiàn)線夾異常，分析認(rèn)為焊接質(zhì)量差、銅鋁熱膨脹系數(shù)不同、銅-鋁電化學(xué)腐蝕、風(fēng)擺等因素是造成此線夾斷裂的原因。

圖4 主變高壓引線處銅鋁過(guò)渡線夾斷裂情況

3 防范策略

根據(jù)上述對(duì)各型號(hào)壓縮型線夾的分析，應(yīng)對(duì)線夾進(jìn)行全流程管理，具體來(lái)說(shuō)，應(yīng)在新線夾的采購(gòu)及施工環(huán)節(jié)嚴(yán)格把關(guān)，在舊線夾運(yùn)維檢工作中全面考慮，改進(jìn)技術(shù)手段，明確重點(diǎn)防范部位并采取措施，以求及時(shí)發(fā)現(xiàn)線夾異常，防止事故的發(fā)生。

3.1 新線夾的采購(gòu)及施工

在新建工程中，為保證施工質(zhì)量，應(yīng)對(duì)線夾采購(gòu)、施工、安裝驗(yàn)收全過(guò)程進(jìn)行管理，具體包括以下幾點(diǎn)：

1)采購(gòu)的線夾最好為同一生產(chǎn)批次，由正規(guī)生產(chǎn)廠家生產(chǎn)，產(chǎn)品符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)；

2)壓接施工屬隱蔽工程，施工質(zhì)量與人員技能水平、操作是否規(guī)范關(guān)系很大，施工人員必須經(jīng)過(guò)培訓(xùn)并持有壓接操作許可證，必須依據(jù)規(guī)程[7]要求施工；

3)施工前應(yīng)對(duì)線夾裂紋、毛刺及焊接缺陷等問(wèn)題進(jìn)行檢查，對(duì)于銅鋁過(guò)渡線夾，應(yīng)按正確的方式?jīng)_孔，以免損傷銅片與鋁基的連接；

4)整體開(kāi)工前，可試制幾個(gè)線夾，并采用試件取樣送檢，進(jìn)行拉斷力測(cè)量等試驗(yàn)，當(dāng)不具備上述送檢試驗(yàn)條件時(shí)，可采用外觀檢查、回路電阻測(cè)量手段對(duì)線夾壓接質(zhì)量進(jìn)行檢查，并在線夾投運(yùn)后監(jiān)測(cè)新線夾的溫升。

3.2 舊線夾的運(yùn)維檢工作

3.2.1 改進(jìn)技術(shù)手段

線夾的日常運(yùn)維檢工作中，采用較多的技術(shù)手段為紅外測(cè)溫試驗(yàn)及肉眼遠(yuǎn)距離目測(cè)，但實(shí)際結(jié)果表明，這些手段并不能有效發(fā)現(xiàn)線夾存在的問(wèn)題，該電站2017年至今出現(xiàn)的3起線夾異常事件也實(shí)證了這一點(diǎn)，為及時(shí)發(fā)現(xiàn)線夾隱患，應(yīng)著力改進(jìn)技術(shù)手段，在日常運(yùn)行維護(hù)工作中可采用望遠(yuǎn)鏡檢查為主(有條件的可采用無(wú)人機(jī)巡查)，紅外測(cè)溫試驗(yàn)為輔，并檢修工作中采用高空作業(yè)方式對(duì)線夾進(jìn)行近距重點(diǎn)檢查。

3.2.2 重點(diǎn)防范措施

1)SY及TY型線夾。SY型及TY型線夾均采用上述改進(jìn)后的技術(shù)手段進(jìn)行運(yùn)維檢工作即可，SY型線夾一般不會(huì)發(fā)生脫線現(xiàn)象，針對(duì)TY型線夾液壓壓接縫處、焊縫處存在的2處薄弱點(diǎn)，運(yùn)維檢工作中應(yīng)重點(diǎn)防范以下三點(diǎn)：一是長(zhǎng)期風(fēng)擺、施工時(shí)的欠壓及導(dǎo)線的熱脹冷縮造成線夾主體與抽匣壓接縫處開(kāi)裂，特別是長(zhǎng)距導(dǎo)線上端的線夾，如各母線引下線上端線夾；二是施工時(shí)壓縮過(guò)渡、鋁管出線口處存在的毛刺及風(fēng)擺造成導(dǎo)線出線口處鋁線割傷、斷股；三是線夾生產(chǎn)時(shí)主體鋁管與端子板存在的焊接缺陷，造成運(yùn)行時(shí)端子板與鋁管脫焊、掉落。

2)NY型線夾。在運(yùn)維檢工作中采用紅外測(cè)溫及近距離檢查并不能保證有效發(fā)現(xiàn)NY型線夾壓接質(zhì)量缺陷，因此考慮增加其他監(jiān)測(cè)手段。X光無(wú)損探傷作為一種常用的技術(shù)手段，能有效發(fā)現(xiàn)線夾內(nèi)部欠壓、鋼芯鼓肚、鋼芯斷股等現(xiàn)象，因此可考慮將此項(xiàng)技術(shù)運(yùn)行于NY型線夾技術(shù)管理工作中，并納入輸電線路金屬監(jiān)督工作。

對(duì)于目前在運(yùn)的NY型線夾，較為簡(jiǎn)便有效預(yù)防掉線的措施是設(shè)置預(yù)絞式安全備份線夾，它可對(duì)電流進(jìn)行分流，避免耐張線夾過(guò)熱，同時(shí)可在突發(fā)情況下可以握住導(dǎo)線，防止導(dǎo)線跌落。

3)SYG型線夾。SYG型線夾銅鋁過(guò)渡面容易出現(xiàn)斷裂，國(guó)內(nèi)其他廠站多次出現(xiàn)此類設(shè)備線夾斷裂的先例；目前無(wú)論是紅外測(cè)溫試驗(yàn)還是目測(cè)均無(wú)法判斷銅鋁過(guò)渡面的強(qiáng)度，因此在運(yùn)的此類線夾應(yīng)盡早更換。新線夾可采用鋁基覆銅線夾，此型式線夾將一薄銅片與鋁制線夾粘連，機(jī)械壓接后加焊在鋁板上，從制造工藝上解決了線夾易斷的問(wèn)題，是較為可靠的銅鋁過(guò)渡線夾[8]。

4 結(jié) 語(yǔ)

壓縮型線夾斷裂事故的主要特征是前期無(wú)明顯征兆，事發(fā)突然，影響較大，因此要在日常工作中及時(shí)發(fā)現(xiàn)線夾隱患，做到防范于未然；為此，本文在分析線夾結(jié)構(gòu)、制造工藝的基礎(chǔ)上，指出了各線夾的薄弱環(huán)節(jié)，并以鄂西南某電站為例，分析了線夾斷裂、開(kāi)裂的原因，提出了從線夾采購(gòu)及施工、日常運(yùn)維、設(shè)備檢修、技術(shù)監(jiān)督等方面完善線夾管理工作的方法，在有效減少因線夾斷裂引起電網(wǎng)故障方面具備實(shí)際意義，可作為其他廠站壓縮型線夾技術(shù)管理工作的參考。