架空线路压接金具接触电阻影响因素的试验研究

尹文阔 李峰 赵文彬

摘 要：本文通过开展压接金具循环电流试验，探究循环电流引起的应力松弛对压接金具接触电阻的影响过程，并分析了影响机理;通过盐雾腐蚀试验，探究在腐蚀条件下压接金具的接触电阻变化过程，并对结果进行了分析。通过两者比较，本研究指明了今后壓接金具接触电阻的研究方向。

关键词：电阻;金具;腐蚀

中图分类号：TM723;TM751 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2020）23-0075-03

Abstract： In this paper， the influence process of stress relaxation caused by circulating current on the contact resistance of the pressing metal fittings was investigated by carrying out cyclic current test， and the influence mechanism was analyzed; through the salt spray corrosion experiment， the change process of contact resistance of the press fittings under the corrosion condition was investigated， and the results were analyzed. Through the comparison of the two， the research direction of the contact resistance of the crimping metal fittings in the future is indicated in this study.

Keywords： resistance;hardware;corrosion

研究架空线路压接金具接触电阻的影响因素是对压接金具进行寿命评估的基础[1-2]，对于今后开展输电线路在线监测具有重要意义。因试验条件限制，本文主要针对应力松弛和腐蚀两点进行研究，然后结合电接触理论，分别讨论并分析了试验结果。

1 试验设备和试验方法

1.1 循环电流试验

本文中，循环电流试验使用压接管（主要材料是YJ-300/40）和耐张金具（主要材料是NY-300/40）各4只，使用主要材料是LGJ-300/40的钢芯铝绞线30 m。测量工具为Ohmstik XT Plus型线路接触电阻带电检测用微欧计，测量精度为1 μΩ，此仪器可实现带电测电阻。

试验按照《电力金具试验方法 第3部分：热循环试验》（GB/T 2317.3—2016）规定，使用间断性大电流对电路进行循环加热，电路连接如图1所示。

如图1所示，整个试验回路采用4个压接金具和4个耐张金具，其中Y-1、Y-2、Y-3和Y-4为接续金具，N-1、N-2、N-3和N-4为耐张金具，均按照《输变电工程架空导线及地线液压压接工艺规程》（DL/T 5285—2013）规程以80 MPa进行压接。

本文做两组热循环试验，参照《电力金具试验方法 第3部分：热循环试验》（GB/T 2317.3—2016）规定进行试验。循环试验方法如下：在试验回路中加载1 000 A电流，升温时间为110 min，由热电偶记录温度，然后恒温保持30 min，在30 min的后15 min内，使用Ohmstik XT Plus型线路接触电阻带电检测用微欧计对压接金具和参考导线进行电阻测量，同时记录各个压接金具和参考导线温度以及环境温度，然后切断电源，开始降温，降温时间为1 min，1 h后导线基本冷却至室温，待导线完全冷却后，再通入1 000 A电流。如此循环100次，记录接续金具电阻随循环次数的变化情况。

第一组循环试验完成后，在原试验电路上做第二组试验，试验电流为1 200 A，升降温时间均为1.5 h，试验方法相同。

1.2 腐蚀试验设备和试验方法

本次腐蚀试验所用主要仪器为SQ-100P腐蚀盐雾箱，该盐雾箱可以做中性盐雾试验（NSS），同时可以做乙酸盐雾试验（AASS、CASS），实验室内部温度为（50±1） ℃，饱和空气压力为0.8～2.0 kg/cm2，喷雾量为1～2 mL/80 cm2/h。

本文采用中性盐雾试验（NSS）对压接金具进行腐蚀，参照《人造气氛腐蚀试验 盐雾试验》（GB/T 10125—2012）规定进行试验。试验方法如下：首先配置氯化钠溶液，配置浓度为（50±5） g/L，用pH试纸测试溶液pH，一般使用纯净水调出的溶液pH都保持在6.5～7.2。将式样金具压接好后，用蒸馏水冲洗干净，避免粉尘、污渍对试验的影响，等样品干燥后立刻放入盐雾箱内，样品摆放皆为水平放置，放置在两水平竹管上;在盐雾箱操作屏上设定好时间，每15 min喷一次盐雾，每次喷雾15 min;为防止雾滴中水分蒸发，空气进入盐雾箱之前要用蒸馏水进行湿化，而且温度要高于箱内温度10 ℃;通过操作屏设置喷雾压力为70 kPa，空气压力波动保持在±0.7 kPa，饱和塔水温控制在45 ℃;试验箱中装有两个使用塑性材料制作的盐雾收集器用于收集盐雾，测试盐雾沉降速度，通过调节，80 cm2的水平面积的平均沉降率应保持在（1.5±0.5） mL/h，试验箱中的温度要保持在（35±2） ℃。

本试验周期为720 h，前期每120 h将式样金具拿出来进行测量，但不可在喷雾阶段将式样金具拿出，每次拿出样品时，试验箱要停止运行，并且每测一次接触电阻，测量前要先用吹风机烘干金具。本试验只关心压接金具的接触电阻变化，并不需要计算失重比例，所以并不需要将金具表面的盐渍去除，但在连接直流电阻测试仪时，需要打磨接线处，以免测得的接触电阻偏大。每次测量时要记录观察每个金具的腐蚀程度和各个金具的接触电阻值、测量时间、电位点测量长度以及当时的室温。

2 试验结果分析

2.1 应力松弛对接触电阻的影响

试验结果如图2和图3所示。从两次试验数据可以发现，压接金具初始接触电阻越小，说明压接工藝越好，压接性能越稳定;一旦初始电阻过大，则金具容易发生电阻激增。例如，本次试验中的耐张金具N-3，初始接触电阻达到参考导线阻值的三分之二，此后在循环电流作用下迅速恶化，增长到接近参考导线的阻值，但其他压接良好的压接金具的接触电阻基本保持不变，这种试验现象说明循环电流确实会引起压接金具的应力松弛，因为耐张金具N-3的接触电阻激增就是由应力松弛引起的。接触电阻会随着接触压力的增加而减小，在接触压力增加到一定值时，再增加接触压力，接触电阻就保持不变。耐张金具N-3的剩余接触压力小，并没有超过这个定值，所以循环电流引起的应力松弛会使得本就很小的剩余接触压力变得更小，造成N-3的接触电阻激增。而压接良好的压接金具都有较高的剩余接触压力，即使发生应力松弛，造成接触压力减小，它也并不会减少到小于临界值，所以大部分接触电阻都不会发生明显改变。由图3可知，循环后期所有压接金具的接触电阻都基本保持不变，即使是N-3也一样，这是因为材料的应力松弛是一个先快后慢的过程，应力松弛后期如无其他加速因素发生，其变化极其缓慢，接触压力基本保持不变，故压接金具接触电阻也基本保持稳定，不发生变化。

通过以上分析可知，除了N-3之外，其他金具接触电阻不会受到循环电流次数的影响，哪怕是二次循环试验过程中加大了试验周期，也不会对其接触电阻造成改变。这就说明应力松弛不会对压接金具接触电阻造成影响，哪怕是不良接压的耐张金具N-3，在循环过40次之后，其接触电阻仍然保持稳定状态，所以应力松弛可能并不是引起输电线路压接金具接触电阻增大的主要因素。

2.2 盐雾腐蚀试验分析

腐蚀是公认的影响压接可靠性的重要因素之一[3]。对于压接金具来说，腐蚀方式以氧化为主，在压接面生成Al的氧化物，形成氧化膜，而C1-离子则会破坏氧化膜，为氧化剂开通道路，从而氧化内部金属，使氧化膜厚度不断增加，但是氧化膜通常不具有导电性，随着氧化膜厚度增加，导电通道会逐渐减少，导电面积也不断变小，接触电阻自然也就会越来越大。所以，腐蚀不但会减少接触面积、增大收缩电阻，而且会增加氧化膜厚度、增加膜电阻。

由图4可以看出，随着腐蚀的进行，金具表面逐渐失去光泽，变得灰暗不均，再慢慢出现“麻点”腐蚀，最后表面出现大量白色粉末，附在金属表面。压接金具的接触电阻变化如图4所示。

由图4可知，随着腐蚀的进行，压接金具的接触电阻确实逐渐增加。其中，耐张金具N-2是一个不良压接金具，可以看出不良压接金具的接触电阻增长速率在相同腐蚀条件下要大于良好压接金具，这是由于不良压接的接触压力小，腐蚀剂在接触面上扩散速率快，接触点被腐蚀的速率更快，不良压接金具的接触电阻增加自然也更快，而且接触电阻的腐蚀速率会越来越快。下面进行原因分析。根据Holm理论模型，收缩电阻的计算公式为：

RS=[ρ/2a]                                    （1）

式中，[ρ]为材料的电阻率;[a]为导电斑点半径;RS为收缩电阻。

接触电阻Rj由收缩电阻和膜电阻组成，而接触电阻和接触面积成反比，随着接触面积因腐蚀而减少，接触电阻的增长率会越来越大。

此次试验现象说明了腐蚀确实是压接金具接触电阻升高的主要因素，而且接触电阻增加的速率可能会随着腐蚀的加深而不断加快。

3 结论

本文进行了压接金具的循环电流试验和盐雾腐蚀试验，并通过试验现象和理论分析得到了以下几点结论。目前，输电线路压接金具的压接工艺裕度较大，仅仅因为循环电流而引起的应力松弛并不能对压接金具的接触电阻产生重大影响，所以单纯的应力松弛可能并不是引起接触电阻增大的主要因素;通过测量初始接触电阻的大小以及刚投运一段时间内的电阻变化，人们可以判断压接金具压接工艺的好坏，以接触电阻为标准的在线状态检测具有可行性;盐雾腐蚀试验表明，压接金具的接触电阻随着腐蚀程度的加深而明显增加，而且电阻增加趋势越来越快，这说明腐蚀才是引起超高压输电线路压接金具接触电阻增加的主要因素，针对压接金具异常发热等问题，从腐蚀防治入手更有针对性。

参考文献：

[1]王国刚.输变电设备电接触过热及劣化机理研究进展[J].电力建设，2013（10）：24-28.

[2]骆国平，章继高.并沟线夹可靠性研究[J].高压电器，2000（1）：31-34.

[3]宗庆彬.高压输电用钢芯铝绞线电化学腐蚀行为研究[D].重庆：重庆大学，2012.