新型抗风振、耐腐蚀铰链式接续线夹的研究

张明龙，王健，钱健，何明霞，方伊莉

（1.国网福建省电力有限公司电力科学研究院，福州 350007；2.南京电力金具设计研究院有限公司，南京 211500）

引言

接续线夹是国内应用最为广泛的一种电力接续连接器，目的在于连接两根输电导线，使电能传输得以继续。该电力线路附件看似简单，却是输配电线路中的薄弱环节，故障发生率较高，一旦出现诸如烧化、熔断等现象，将直接导致线路中断，引发相应地区大面积停电，造成不必要的损失[1]。接续线夹目前主要包含JB型并沟线夹和C型线夹。JB型并沟线夹用螺栓锁紧并沟盖板和本体，通过盖板、本体夹紧导线，但导线长期晃动、螺栓应力松弛等作用引起紧固力下降，电气接触部位接触不良，造成接触电阻增大，接续处发热，加速金具腐蚀[1,2]。C型线夹采用导电性能良好的高强度铝合金制造，利用本体产生形变使导线受压而完成电的传输，然而，除了螺栓产生应力松弛外，在长期使用过程中该金具材料会发生蠕变，使其对导线的压力减小，接触电阻增大，接续处发热，加速金具腐蚀。

沿海区域环境具有高盐雾和强风振的特点，导线连接部位及连接金具受长时间的电化学腐蚀和应力腐蚀易发生导线破损和金具锈蚀问题[3-6]，进而造成线路断线的严重故障，给配网运行带来极大地的抢修工作量，同时制约配网线路可靠性的提升[7-9]。为此，研制一种新型的抗风振、耐腐蚀接线线夹，具有重要的意义。

1 沿海线路接续线夹腐蚀情况

经对福清高山沿海易断线线路、泉州南安石井及漳州东山县沿海工业污秽线路等地进行实地考察，发现这些区域配网线路金具、导线等极易发生腐蚀，给线路的安全运行带来很大威胁。从图1可以看出现场金具表面腐蚀非常严重。

结合沿海地区气候及环境及相关文献分析，腐蚀原因可能存在以下几点：

1）金属材料在高内应力和高工作温度下，发生明显的应力松弛现象，引起接触压力下降，导致接触电阻增加，产生过热，加速腐蚀[1]。

2）并沟线夹为双螺栓或三螺栓结构，安装时不易同时拧紧，压紧力分布不均引起局部过热[1]。

3）C型线夹发生不可恢复变形，线夹与导线间的接触力下降，接触电阻增加，产生过热。

4）接触力下降使得腐蚀性气体、尘土进入电接触表面，在接触面周围形成一层较厚的膜层，并不断往电接触面内部渗透，导致膜层电阻升高较快，线夹温度进一步上升。此外，接触表面的铝氧化层是一层渗透层，随温度升高膜层不断加厚，大大增加了线夹的焦耳热损耗，特别在接触面处．电流密度大，局部温度高，蠕变现象更为严重[7]。

图1 现场金具腐蚀形貌

2 新型接续线夹的设计

为了解决沿海地区线夹在使用过程中因风振产生松动及耐蚀性差的问题，本文设计了一种新型接续线夹，如图2（a），其特征是将线夹本体与线夹盖板的紧固螺栓由图2（b）C型线夹或图2（c）并沟线夹的中间位置更改为线夹一侧，另一侧通过铰链将线夹本体和盖板连接在一起。该结构型式可以大幅增加螺栓对线夹的正压力，有效防止因风振引起的螺栓松动现象，同时提高线夹导流性能。对线夹本体和盖板进行表面处理可以提高其耐腐蚀性能[10,11]。新型接续线夹二维图如图3所示，由线夹本体1、线夹盖板2、芯块5、弧形垫块3、销轴6和螺栓4六部分组成。线夹本体和线夹盖板通过铰链销轴相连，导线与引线之间通过芯块过流；导线和芯块由线夹本体和线夹盖板通过螺栓夹紧；弧形垫块可以保证螺栓压力均匀施加于线夹盖板上。

图3 新型接续线夹二维图

3 新型接续线夹性能验证

3.1 电阻试验

线路接续线夹的作用是使电能从一根导线传输到另一根导线，因此线夹的电气性能是必须考虑的一项重要性能指标。为了提高线夹的表面防腐性能，研究过程中对线夹表面分别进行了喷塑和导电氧化处理，图4为三种线夹的电阻试验图，其中1#为未作任何处理的线夹，2#为表面进行喷塑的线夹，3#为表面进行导电氧化的线夹。电阻试验数据如表1所示。

满足GB/T 2317.3-2008《电力金具试验方法 第3部分 热循环试验》[12]的要求。其中，表面经过导电氧化处理的3#线夹直流电阻最低，2#线夹次之，表面喷塑处理的3#线夹电阻勉强达到标准要求。

图4 三种线夹电阻试验布置图

表1 三种线夹电阻试验数据

3.2 线夹盐雾腐蚀试验

利用DZF-6030盐雾试验机对上述3种线夹进行中性盐雾腐蚀试验[13]，试验用氯化钠溶液浓度为20 %（即1 L水中溶解250 g氯化钠），盐雾箱温度为35 ℃±2 ℃，喷雾时间如表2所示，腐蚀图片如图5所示。

在图5原始图中，1#为表面经过导电氧化的线夹，2#为表面未作任何处理的线夹，3#为表面进行喷塑的线夹。随着试验的进行，发现1#、2#线夹的盐附着量持续增加，且分布较均匀；而3#线夹，只是在凹槽及螺母附近有盐附着，其他平坦光滑的地方并无盐附着。

此外，试验结束后，把导体从1#、2#线夹取下时发现，导体与线夹紧密地粘合在一起，很难取下，而表面喷塑的3#线夹上的导体很容易取下，并无粘合现象。

由此分析，1#和2#线夹在长期盐雾环境下，容易产生腐蚀现象，影响线路运行安全和使用寿命；而表面经过喷塑处理的3#线夹只有表面凹凸不平处有盐附着，说明该镀层材料可以有效的防止盐附着，从而提高其表面防腐能力，有效保障线路安全。

3.3 线夹优化处理

由上述电阻试验和腐蚀试验结果可以看出，3#线夹的综合性能更优。为了进一步提高该线夹的导电性能，我们对线夹内部芯块进行了改进，通过增大芯块与导线之间的过流面积，改善其电气性能。

3.3.1 芯块改进

图6为芯块改进前后的二维图，由图看出，改进后的芯块与导线之间的接触面积大大增大。

图7 线夹直流电阻、温升试验布置图

3.3.2 芯块改进后电阻温升试验

为了验证改进后芯块应用于喷塑线夹的电气性能，对其进行了直流电阻、温升试验，图7为四种线夹的试验布置图。其中，1#线夹由改进前芯块和未作任何处理的线夹本体组成；2#线夹由改进后芯块和经过喷塑处理的线夹本体组成；3#线夹由改进后芯块和经过喷塑处理的线夹本体组成，且芯块裸露部分涂覆了耐受温度为-50～150 ℃的中性透明玻璃胶；4#线夹由改进前芯块和经导电氧化处理的线夹本体组成。表3～表6为不同条件下测得的各线夹和对应等长导线的电阻；表7～表9为温升后线夹和导线对应的温度。

表3 温升前线夹与等长导线电阻值

表4 升温1次后线夹与等长导线电阻值

表5 升温2次后线夹与等长导线电阻值

表6 升温3次后线夹与等长导线电阻值

表7 温升1次时线夹与导线温度值（室温20 ℃）

表8 温升2次时线夹与导线温度值（室温20 ℃）

表9 温升3次时线夹与导线温度值（室温20 ℃）

表4、5、6分别为导线温度升高至100 ℃1次、2次、3次，并保持2 h后降温至室温（20 ℃）后测得的金具电阻值，其试验结果与导线温升前测得的试验结果一致。由表7、8、9发现，当导线温度基本稳定100 ℃后，所有试验线夹温度均小于导线温度，1#、4#线夹温度偏高。

综合上述直流电阻、中性盐雾及电阻温升试验结果可以得出，线夹采用表面喷塑处理并配以改进后芯块，得出的线夹各方面性能更加优异。且对涂有中性玻璃胶的线夹继续进行温升试验，在经过10次温升后未出现异常现象。

4 结论

1）本文新型接续线夹的结构设计，可大大增加线夹施加于导线上的正压力，有效防止因风振引起的螺栓松动现象，同时提高了线夹导流性能。

2）对线夹表面进行特殊喷涂处理，可有效地防止线夹本体在沿海和工业污染区环境下的腐蚀。

3）对线夹芯块进行中性玻璃胶密封保护，可以将芯块与空气有效隔离，从而提高线夹芯块的抗腐蚀性能。

4）针对沿海和工业区域输配电线路，可考虑引入耐候性能良好的涂层或密封物对金具进行辅助保护，从而提高金具耐腐蚀性。