淺析35kV配電網(wǎng)銅鋁過渡線夾斷裂原因與改進(jìn)措施

崔安原

（棗莊礦業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司供電工程處，山東 棗莊 277000）

銅鋁過渡線夾是一種用于連接銅導(dǎo)線和鋁導(dǎo)線的夾具。由于銅和鋁2種導(dǎo)線材質(zhì)的導(dǎo)電性能不同，因此，在電力傳輸和配電系統(tǒng)中，經(jīng)常需要將通過銅鋁過渡線夾將銅導(dǎo)線和鋁導(dǎo)線兩者連接起來。由于電纜終端塔等輸電設(shè)備長期暴露于戶外，銅鋁過渡線夾時(shí)刻面臨著運(yùn)行環(huán)境的嚴(yán)峻考驗(yàn)。如果在35kV配電網(wǎng)中，銅鋁過渡線夾忽然出現(xiàn)斷裂問題，就會(huì)在某一地區(qū)內(nèi)造成大面積的停電，對(duì)人們的生活與生產(chǎn)造成嚴(yán)重的負(fù)面影響，故此，圍繞35kV配電網(wǎng)銅鋁過渡線夾斷裂原因，制定可行性高、針對(duì)性強(qiáng)的改進(jìn)措施，具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 35kV配電網(wǎng)銅鋁過渡線夾斷裂原因

根據(jù)電網(wǎng)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，銅鋁過渡線夾發(fā)生斷裂是致使配電網(wǎng)故障的重要原因。為了能從根本上改善銅鋁線夾過渡處斷裂情況，必須對(duì)產(chǎn)生斷裂的原因開展全方面、多維度的探索與分析，就目前而言，常見斷裂原因有以下幾種。

1.1 化學(xué)活性差異

在銅鋁過渡線夾里，因?yàn)殇X與銅間存有明顯的化學(xué)活性差異，因此如果接觸面因?yàn)榭諝庵械亩趸肌⑺忠约捌渌s質(zhì)的作用產(chǎn)生電解液的時(shí)候，會(huì)出現(xiàn)以銅為正極、鋁為負(fù)極的電池，從而讓鋁線端出現(xiàn)電化學(xué)腐蝕，從而增大連接處接觸電阻，在電阻達(dá)到臨界點(diǎn)時(shí)，銅鋁接頭焊接面處就會(huì)出現(xiàn)斷裂的現(xiàn)象。

1.2 膨脹系數(shù)差異

由于鋁與銅的化學(xué)性質(zhì)原因，其膨脹系數(shù)迥然不同，銅的熱膨脹系數(shù)比鋁小36%左右，如果接頭處出現(xiàn)發(fā)熱的現(xiàn)象，那么銅線端材質(zhì)會(huì)受到一定擠壓，同時(shí)，此類擠壓在冷卻過后無法進(jìn)行完全復(fù)原。故此，35kV電網(wǎng)在長時(shí)期的運(yùn)行后，受到反復(fù)擠壓會(huì)導(dǎo)致接觸面出現(xiàn)一定的間隙，對(duì)接觸面積造成一定影響，增大接觸電阻，進(jìn)一步加快氧化速度，從而降低接頭強(qiáng)度，最終導(dǎo)致線夾斷裂問題。

1.3 施工工藝問題

一些銅鋁過渡線夾因受到安裝位置的限制，須要有一定的角度進(jìn)行維持，但值得重視的是，目前現(xiàn)有的線夾種類，大多為平板線夾，在投運(yùn)后，銅鋁焊接面因?yàn)殚L期受力的影響，極易出現(xiàn)焊接面斷裂的問題。同時(shí)，部分施工人員往往采用將鋼材料固定完畢后，再開展鋁線壓接的工藝，在此過程中，會(huì)出現(xiàn)一定的外力，導(dǎo)致銅鋁鏈接部分的焊面產(chǎn)生空隙，在運(yùn)行過程中，由于長時(shí)期的外力牽引問題，致使銅鋁焊面部分出現(xiàn)裂紋，進(jìn)而導(dǎo)致線夾斷裂。

1.4 產(chǎn)品質(zhì)量問題

目前，在日常工作中，部分焊工雖然具有專業(yè)證書，但是專業(yè)能力相對(duì)較差，不具備焊接銅鋁過渡線夾的專業(yè)能力。這就導(dǎo)致了一些銅鋁過渡線夾的銅鋁過渡處并未采用正確的焊接方式，或焊接水平差，銅鋁接觸面積相對(duì)小，并存有接觸面未焊滿、未焊透、虛焊等問題，導(dǎo)致銅鋁接觸面結(jié)合力在遇到受力或發(fā)熱狀況的時(shí)候很容易發(fā)生斷裂的現(xiàn)象。此外，制造設(shè)備線夾的原材料鋁或銅純度不達(dá)標(biāo)，在35kV電網(wǎng)運(yùn)行的過程中，會(huì)對(duì)銅鋁過渡線夾的導(dǎo)電能力和材料強(qiáng)度造成嚴(yán)重的負(fù)面影響。如果銅鋁線夾的雜質(zhì)分布于焊接界面處，那么其往往會(huì)起到裂紋源的作用，在一些外部因素的作用下，在焊縫當(dāng)中會(huì)逐步出現(xiàn)裂紋，并最終導(dǎo)致焊縫斷裂的問題出現(xiàn)。

1.5 設(shè)備選型不對(duì)

一些銅鋁過渡線夾缺乏通用性，部分銅鋁過渡線夾使用非標(biāo)物資，這就導(dǎo)致了頻繁出現(xiàn)由于線夾鉆孔較小無法使用，必須進(jìn)行二次鉆孔的狀況。但二次鉆孔會(huì)對(duì)線夾造成一定的傷害，對(duì)銅鋁結(jié)合處密實(shí)度造成負(fù)面影響，引起線夾斷裂。

1.6 運(yùn)行巡視不到位

任何事故的出現(xiàn)都不是短時(shí)間造成的，而是從量變到質(zhì)變，從漸變到突變的過程，如果不進(jìn)行控制，就會(huì)蔓延為嚴(yán)重的斷裂事故。在斷裂事故發(fā)生前，往往會(huì)出現(xiàn)應(yīng)力集中、發(fā)熱的情況，但是因?yàn)椴糠志€夾處于穿墻導(dǎo)管的位置，故此運(yùn)行維護(hù)人員缺乏重視，最終釀成斷裂事件。

2 35kV配電網(wǎng)銅鋁過渡線夾的改進(jìn)方案

圍繞上文中對(duì)35kV配電網(wǎng)銅鋁過渡線夾斷裂因素的研究與分析，本文將從下述4個(gè)方面針對(duì)銅鋁過渡線夾開展改進(jìn)，并提出相應(yīng)的改進(jìn)方案如圖1所示。

圖1 改進(jìn)后銅鋁過渡線夾示意圖

2.1 增大銅鋁結(jié)合面積

正如前文所述，銅鋁結(jié)合面積的大小與銅鋁過渡是否會(huì)產(chǎn)生斷裂密切相關(guān)。如圖1所示，在本方案中，銅鋁過渡線夾的過渡面應(yīng)當(dāng)位于連接板處，從厚度上分可以將連接板分為兩部分，下部分為鋁材質(zhì)、上部分為銅材質(zhì)，通過銅鋁結(jié)合的方式，可以使整個(gè)連接板的結(jié)合面面積更大，提高銅鋁過渡線夾的穩(wěn)定性，減少出現(xiàn)斷裂的概率。

2.2 選擇合理的焊接方式

在對(duì)銅鋁結(jié)合處進(jìn)行焊接作業(yè)的時(shí)候，邊緣處相對(duì)較為容易，但是結(jié)合面的中間部位卻很難焊實(shí)。具體地說，因?yàn)樯鲜鼍€夾的銅鋁結(jié)合面積相對(duì)較大，故此，其中間部位極易出現(xiàn)虛焊問題。為了保證焊接質(zhì)量，施工人員可以采用激光焊方式進(jìn)行作業(yè)。激光焊（Laser welding）的能源為以聚焦的激光束，在激光束對(duì)焊件進(jìn)行轟擊的時(shí)候，往往會(huì)產(chǎn)生大量熱量，焊工再通過該利用熱量進(jìn)行焊接作業(yè)。因?yàn)榧す饩哂芯劢?、折射的光學(xué)性質(zhì)，因此，激光焊與可達(dá)性很差的部位與微型部件的焊接具有天然的契合性。所以，利用激光焊可以將鋁制連接板和銅制連接板兩者緊密地鏈接在一起，同時(shí)，銅鋁接觸面積大，接觸電阻小，保障了銅鋁過渡線夾的可靠性，減少發(fā)生斷裂的可能。此外，在進(jìn)行焊接前，有關(guān)工作人員應(yīng)當(dāng)檢查焊工的特種作業(yè)證件，并且對(duì)其技能進(jìn)行細(xì)致的考察，如果對(duì)方能夠滿足本單位的需求，再允許其進(jìn)行施工作業(yè)。

2.3 提升線夾通用性，減少二次加工

連接板上設(shè)有圓孔與長孔，其尺寸大小根據(jù)常用開關(guān)樁頭上孔徑大小進(jìn)行設(shè)置。圓孔、長孔的雙孔組合有效增加了線夾的通用性，從而使線夾能夠和型號(hào)不同的開關(guān)樁頭進(jìn)行連接。同時(shí)鋁制線夾的下線爪與上線爪內(nèi)側(cè)設(shè)置和鋁導(dǎo)線形狀相適應(yīng)的內(nèi)襯部能夠使線爪可以緊密地將鋁導(dǎo)線抓實(shí)，提高接觸面積，減少接觸電阻，該方式普遍適用于橫截面積在70～240mm2以內(nèi)的鋁導(dǎo)線。

2.4 采用無溶劑絕緣防腐防水涂料，減少電化學(xué)腐蝕

空氣蘊(yùn)含的二氧化碳、水分以及其他顆粒雜質(zhì)是致使銅鋁過渡線夾出現(xiàn)電化學(xué)腐蝕的主要因素。如果能夠把外界環(huán)境和線夾隔絕能夠行之有效地減少電化學(xué)腐蝕問題，提升線夾使用壽命。3M 525BG無溶劑絕緣防腐防水涂料具有固化方便、收縮性強(qiáng)、防水能力優(yōu)異的特征，如果能夠在銅鋁結(jié)合面處，利用無溶劑絕緣防腐防水涂料進(jìn)行包裹，那么便能夠行之有效地對(duì)空氣中的雜物進(jìn)行隔絕，為線夾過渡處運(yùn)行環(huán)境提供保障，提升線夾的可靠性。涂抹無溶劑絕緣防腐防水涂料后接入點(diǎn)如圖2所示。

圖2 涂抹無溶劑絕緣防腐防水涂料后接點(diǎn)

3 銅鋁過渡線夾斷裂防范措施

在通過方案改善銅鋁過渡線夾斷裂問題的同時(shí)，35kV電網(wǎng)的維護(hù)人員還應(yīng)當(dāng)注重銅鋁過渡線夾的防范工作，進(jìn)一步地避免出現(xiàn)線夾斷裂的問題。

3.1 嚴(yán)控質(zhì)量關(guān)

電網(wǎng)在購入銅鋁過渡線夾的時(shí)候，應(yīng)當(dāng)向供應(yīng)商索要相關(guān)資格證書，并且對(duì)銅鋁過渡線夾進(jìn)行抽查，檢查其焊接工藝與材料純度，只有在具備證書，并且抽查合格的前提下，才能將這批銅鋁過渡電夾投入日常使用中。如果并未達(dá)到本單位標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)當(dāng)及時(shí)與供貨商進(jìn)行溝通，提交書面申請(qǐng)，進(jìn)行退貨處理，確保設(shè)備能夠無隱患投運(yùn)，為電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行提供保障。

3.2 積極采用新技術(shù)

35kV電網(wǎng)的管理部門應(yīng)當(dāng)積極采用先進(jìn)的技術(shù)手段，對(duì)銅鋁過渡線夾進(jìn)行管理。例如，管理部門可以采用紅外測(cè)溫等方式，對(duì)銅鋁過渡線夾的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行事實(shí)監(jiān)控，如果銅鋁過渡線夾出現(xiàn)斷裂問題，則可以及時(shí)地為管理人員進(jìn)行示警，做到問題早發(fā)現(xiàn)早處理。與此同時(shí)，如果銅鋁過渡線夾在運(yùn)行過程中出現(xiàn)斷裂問題，管理部門可以圍繞現(xiàn)場(chǎng)情況與自身工作經(jīng)驗(yàn)，全面分析其出現(xiàn)的原因，并且將其錄入相關(guān)的信息資料庫中，為之后可能出現(xiàn)的維修工作提供參考與幫助。

3.3 減少線夾過渡處的受力

運(yùn)行人員在日常工作中，應(yīng)當(dāng)注重對(duì)于銅鋁過渡線夾的巡視工作，如果在巡視過程中，出現(xiàn)了線夾有受機(jī)械力或者嚴(yán)重風(fēng)擺的問題，那么則應(yīng)當(dāng)在第一時(shí)間拍攝相關(guān)視頻證據(jù)，為相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)做出詳細(xì)報(bào)告，避免問題的進(jìn)一步擴(kuò)大化。此外，在操作隔離開關(guān)相關(guān)設(shè)備時(shí)，應(yīng)關(guān)注與旋轉(zhuǎn)設(shè)備相關(guān)聯(lián)的設(shè)備線夾是否存在扭動(dòng)的現(xiàn)象，若是發(fā)生扭動(dòng)的情況，也應(yīng)當(dāng)及時(shí)上報(bào)給相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)部門。在對(duì)地線進(jìn)行接掛的時(shí)候，不應(yīng)當(dāng)用力過猛，這一方式會(huì)使線夾受到一定的損傷，而應(yīng)選擇型號(hào)適當(dāng)?shù)慕拥鼐€，并且根據(jù)相關(guān)操作標(biāo)準(zhǔn)開展懸掛作業(yè)，減少經(jīng)常懸掛接地線部分的銅鋁過渡線夾造成損傷。

4 結(jié)語

總而言之，對(duì)于正在運(yùn)行的35kV配電網(wǎng)而言，銅鋁過渡線夾的斷裂是引起系統(tǒng)故障的常見因素。由此可見，銅鋁過渡線夾對(duì)整個(gè)電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全性、穩(wěn)定性有較大的影響。銅鋁過渡線夾之所以會(huì)發(fā)生斷裂，是因?yàn)槎喾N因素的協(xié)同作用結(jié)果，需要對(duì)其原因進(jìn)行全方位、多維度的研究與分析，并且圍繞不同的成因提出可行性高、針對(duì)性強(qiáng)的改進(jìn)策略。在本文的研究中，細(xì)致地分析了容易造成銅鋁過渡線夾斷裂的6個(gè)因素，并圍繞著上述因素，指出4種優(yōu)化策略，并提供了1種銅鋁過渡線夾的具體實(shí)施方案。該方案圍繞焊接方法優(yōu)化、運(yùn)營環(huán)境改善、工藝設(shè)計(jì)改進(jìn)等方式，有效地提升了35kV配電網(wǎng)銅鋁過渡線夾的穩(wěn)定程度，降低發(fā)生斷裂的可能，從根本上為35kV配電網(wǎng)的運(yùn)行安全提供保障，具有十分優(yōu)異的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。