碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線耐張線夾發(fā)熱原因分析

摘

要：碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線耐張線夾在線路運(yùn)行中有發(fā)熱現(xiàn)象，具體發(fā)熱部位為耐張線夾引流板，其中4顆不銹鋼螺栓溫度最高，部分達(dá)到400

℃左右。為防止因發(fā)熱而產(chǎn)生線路故障，已對(duì)問題線路做了應(yīng)急處理。為分析耐張線夾引流板發(fā)熱原因，同時(shí)為消除后續(xù)耐張線夾發(fā)熱引發(fā)線路故障提供理論支撐，現(xiàn)對(duì)發(fā)熱耐張線夾做相應(yīng)的試驗(yàn)分析。關(guān)鍵詞：碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線；引流板；發(fā)熱；試驗(yàn)分析0

引言碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線是一種節(jié)能型增容導(dǎo)線，其加強(qiáng)芯由特高強(qiáng)度碳纖維合成的芯棒替代傳統(tǒng)的鋼芯和鋼絞線，外層采用定型鋁絞合而成，在相同導(dǎo)線截面積的情況下，相對(duì)于傳統(tǒng)鋼芯鋁絞線，碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線是能輸送更多電能的新型導(dǎo)線，同時(shí)碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線具有強(qiáng)度高、載流量大、線膨脹系數(shù)小、質(zhì)量輕、耐腐蝕等特點(diǎn)，該類導(dǎo)線配套金具加工精度要求高，金具成本較高。部分架空輸電線路中采用了碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線以提高線路運(yùn)行效率，但部分碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線耐張線夾在線路運(yùn)行中有發(fā)熱現(xiàn)象。具體發(fā)熱部位為耐張線夾引流板，其中4顆不銹鋼螺栓溫度最高，部分達(dá)到400

℃左右。為防止因發(fā)熱而產(chǎn)生線路故障，已對(duì)問題線路做了應(yīng)急處理，更換了碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線及其耐張線夾。為了分析耐張線夾引流板發(fā)熱原因，同時(shí)為消除后續(xù)耐張線夾發(fā)熱引發(fā)線路故障提供理論支撐，下面對(duì)發(fā)熱耐張線夾進(jìn)行相應(yīng)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集與結(jié)果分析。1

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集基于碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線用配套金具發(fā)熱點(diǎn)位置和發(fā)熱溫度，擬進(jìn)行如下試驗(yàn)分析：耐張線夾電氣試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集、通流情況、不同型式引流板導(dǎo)流試驗(yàn)、螺栓不同扭矩的電阻對(duì)比、不銹鋼螺栓和鍍鋅螺栓的電氣對(duì)比、端子板接觸面是否涂抹電力脂對(duì)電阻的影響。1.1

耐張線夾初始直流電阻采集為了更好地排查出發(fā)熱故障點(diǎn)，本次耐張線夾直流電阻測(cè)量采取整體電阻測(cè)量和分段測(cè)量相結(jié)合的方法進(jìn)行。整體電阻測(cè)量即將耐張線夾和引流線夾作為一個(gè)整體來(lái)測(cè)量，分段電阻測(cè)量將耐張線夾和引流線夾這個(gè)整體分成三段，對(duì)三段電阻進(jìn)行測(cè)量，排查出具體故障點(diǎn)。整體電阻測(cè)量部位示意圖如圖1所示，分段電阻測(cè)量部位示意圖如圖2所示。直流電阻試驗(yàn)時(shí)，在回路中通入穩(wěn)定的20/30A正反向直流電流，采用直流壓降法進(jìn)行測(cè)量。該耐張線夾整體初始電阻值與相應(yīng)長(zhǎng)度的等長(zhǎng)參考導(dǎo)線電阻比為4.74。耐張線夾分段電阻值與相應(yīng)長(zhǎng)度的等長(zhǎng)參考導(dǎo)線電阻比如表1所示。試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明：耐張線夾整體初始電阻大于等長(zhǎng)參照導(dǎo)線的直流電阻，電阻比為4.74；耐張線夾分段電阻A270、C800段的直流電阻低于對(duì)應(yīng)等長(zhǎng)導(dǎo)線的直流電阻，耐張線夾B270段的直流電阻大于對(duì)應(yīng)等長(zhǎng)導(dǎo)線的直流電阻，可見本次事故的故障點(diǎn)是線夾B段，即端子板部位。1.2

耐張線夾初始溫升采集溫升試驗(yàn)時(shí)回路中通以1400A的交流電流，待試驗(yàn)回路溫升穩(wěn)定以后，測(cè)量各測(cè)試點(diǎn)的溫度值，具體電氣布置圖如圖3所示，耐張線夾初始溫度值如表2所示。耐張線夾溫度值表明：初次溫升中，耐張線夾5個(gè)測(cè)溫點(diǎn)的溫度值為40～409.8℃，等長(zhǎng)導(dǎo)線溫度值為64.8℃，其中4個(gè)測(cè)溫點(diǎn)的溫度值均高于等長(zhǎng)導(dǎo)線的溫度值。溫升試驗(yàn)再次驗(yàn)證了主要發(fā)熱點(diǎn)是端子板和部分螺栓。1.3

耐張線夾引流板導(dǎo)通采集耐張線夾引流板和引流線夾接觸部位電力脂涂抹較多，且老化嚴(yán)重，存在發(fā)硬現(xiàn)象。推測(cè)存在電力脂在導(dǎo)流接觸面形成絕緣層的可能，導(dǎo)致線路運(yùn)行中接觸面不導(dǎo)流，4顆螺栓導(dǎo)流，最終導(dǎo)致螺栓溫度過高。用萬(wàn)用表進(jìn)行引流板導(dǎo)通性測(cè)量后發(fā)現(xiàn)，線夾螺栓和引流板導(dǎo)流效果較好，耐張線夾引流板和引流線夾引流板間導(dǎo)流效果較差。具體情況如圖4、圖5所示。1.4

不銹鋼螺栓不同扭矩下電阻采集將耐張線夾引流板和設(shè)備線夾引流板的連接螺栓進(jìn)行拆解，拆解過程中對(duì)螺栓擰緊力矩進(jìn)行了測(cè)量，4顆螺栓的擰緊力矩分別為72、121、75、130N·m，推測(cè)螺栓松動(dòng)可能是造成引流板發(fā)熱原因之一。參照拆解螺栓時(shí)測(cè)量的擰緊力矩值，將不銹鋼螺栓按照40、80、120N·m擰緊力矩值擰緊，并測(cè)量3個(gè)擰緊力矩值下的耐張線夾整體電阻和各段電阻。不同扭矩下的整體電阻與等長(zhǎng)參考導(dǎo)線的電阻比如表3所示，耐張線夾直流電阻隨著擰緊力矩的增大而減小。1.5

不同連接螺栓電氣數(shù)據(jù)采集將處理后的端子板用4顆普通M12鍍鋅螺栓連接，測(cè)量耐張線夾整體電阻和分段電阻。線夾使用鍍鋅螺栓和不銹鋼螺栓的整體電阻與等長(zhǎng)參考導(dǎo)線電阻比如表4所示。溫升試驗(yàn)時(shí)回路中通以1400A的交流電流，待試驗(yàn)回路溫升穩(wěn)定以后，測(cè)量各測(cè)試點(diǎn)的溫度值，使用鍍鋅螺栓時(shí)的溫度值如表5所示，使用不銹鋼螺栓時(shí)的溫度值如表6所示。試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明：使用鍍鋅螺栓時(shí)，耐張線夾與等長(zhǎng)導(dǎo)線的電阻比為1.7；使用不銹鋼螺栓時(shí)，耐張線夾與等長(zhǎng)導(dǎo)線的電阻比為7.8。使用鍍鋅螺栓時(shí)，線夾5個(gè)測(cè)溫點(diǎn)的溫度值為66～106.1℃，等長(zhǎng)導(dǎo)線溫度值為125.3℃，5個(gè)測(cè)溫點(diǎn)的溫度值均低于等長(zhǎng)導(dǎo)線的溫度值；使用不銹鋼螺栓時(shí)，線夾5個(gè)測(cè)溫點(diǎn)的溫度值為66～184℃，等長(zhǎng)導(dǎo)線溫度值為122.3℃，鋁管（1）測(cè)溫點(diǎn)的溫度值低于等長(zhǎng)導(dǎo)線的溫度值，其他4個(gè)點(diǎn)的溫度值均高于等長(zhǎng)導(dǎo)線的溫度值。1.6

是否涂抹電力脂的電氣數(shù)據(jù)采集將連接螺栓拆開后，發(fā)現(xiàn)不銹鋼螺栓為全螺紋，4顆不銹鋼螺栓由于長(zhǎng)時(shí)間溫度過高，外表面有變色現(xiàn)象，螺紋夾雜為黑色物質(zhì)。引流板接觸面有一層黑色物質(zhì)，將引流板接觸面清理干凈后，發(fā)現(xiàn)接觸面基本光滑，無(wú)燒傷現(xiàn)象。處理后的引流板涂抹適量電力脂，用4顆普通M12鍍鋅螺栓連接，測(cè)量耐張線夾整體電阻和分段電阻，與未涂電力脂線夾進(jìn)行比較。試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，耐張線夾引流板涂電力脂的整體電阻略低于未涂電力脂線夾。耐張線夾在是否涂抹電力脂情況下的整體電阻與等長(zhǎng)參考導(dǎo)線的電阻比如表7所示。2

發(fā)熱原因分析通過在耐張線夾不同狀態(tài)下對(duì)碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線的試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集結(jié)果可知，在引流板間導(dǎo)通試驗(yàn)中，線夾螺栓和引流板導(dǎo)流效果較好，耐張線夾引流板和引流線夾引流板間導(dǎo)流效果較差。不排除施工時(shí)在引流板接觸面涂抹過多的電力脂，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行導(dǎo)致電力脂老化變質(zhì)，在接觸面間形成絕緣層，導(dǎo)致引流板不導(dǎo)流，4顆螺栓導(dǎo)流。初始溫升試驗(yàn)中，線夾螺栓溫度短時(shí)間達(dá)到409.8℃，是耐張線夾出口處最低溫度40

℃的10倍，對(duì)此是很好的證明。發(fā)熱點(diǎn)集中在螺栓以及螺栓周圍端子板部位。引流板連接用不銹鋼螺栓松動(dòng)對(duì)線夾整體電阻影響較大，