架空绝缘导线固定线夹的研制及实验验证

郑凌娟，张明龙，周 瑞，王 健，李衍川，钱 健，方伊莉，范武健，金 伟

（1 国网福建省电力有限公司电力科学研究院，福建福州350007；2 南京电力金具设计研究院有限公司，江苏南京211500；3 南京国电电力金具质量检验测试中心有限公司，江苏南京211500)

1 研制背景

福建地处东南沿海，因而盐雾危害较为严重，尤其是福清、南安和东山等地区，盐雾腐蚀严重危害了输电线路的安全运行，缩短了输电线路的使用寿命，增加了线路维护的工作量。随着架空绝缘导线的广泛使用，传统采用BV 绑扎线固定绝缘导线的方式出现了越来越多的问题，特别是在沿海区域，受长时间的盐雾腐蚀和风振应力腐蚀，绑扎部位甚至出现严重的断线事故，这给配网线路的运维工作带来了巨大挑战，严重影响配网线路运行的可靠性［1-3］。

如图1 所示，绝缘导线绑扎部位绝缘层烧蚀现象严重，导线内部已严重腐蚀，表面出现粉状的氧化物，且铝股之间充满结晶物，盐雾的长期侵蚀导致破损的铝线机械强度降低，严重的将会出现断线事故，严重威胁了输电线路的安全稳定运行。通过观察发现，输电线路的断线现象都是由导线绝缘层破损引发的，而如何避免绝缘层的破损，成为解决断线事故发生的关键［4-5］。而进一步研究表明，架空绝缘导线绝缘层的破损主要有以下几个诱因：(1)沿海地区盐雾浓度大，绑扎部位污染物集聚，在放电作用下容易发生灼烧现象；(2) 传统绑扎线内含有铜芯，由于感应电流产生的热量也会造成绝缘层的损伤；(3) 沿海地区的风振，造成导线绝缘层表面出现损伤，表面电场不均匀引发局部放电的发生［6-8］。

图1 绝缘导线破损图Fig. 1 Damaged photos of insulation wire

因此，为了降低盐雾对沿海输电线路的危害，提高架空线路的安全系数，避免由于绑扎线造成的绝缘线断线事故，新型架空绝缘导线固定线夹的研制具有一定的现实意义。

2 方案设计

基于以上问题，新型固定线夹改变了传统的绑扎方式，提出了一种具有高强度、耐腐蚀和兼具柔韧性特点的整体式固定线夹，不仅安装过程简单、结构可靠，而且能很好地保护导线绝缘层，提高绝缘导线的使用寿命。

2.1 结构与功能

架空绝缘导线固定线夹结构组成如图2 所示，主要由整体式固定线夹本体和紧固件组成，而整体式固定线夹本体又由绝缘导线线夹和绝缘子线夹组成，通过线夹本体上紧固件的收紧，实现绝缘导线与支柱瓷绝缘子的可靠连接。考虑到该型线夹应用于沿海高盐雾、多季风区域，线夹本体采用高强度、耐候性能好的高分子复合材料，紧固件也采用防腐型不锈钢材料，以此来提高固定线夹的整体使用寿命［9］。

图2 固定线夹三维图Fig. 2 Three-dimensional model of wire clip

此外，绝缘子线夹的圆形抱箍与支柱瓷绝缘子的颈部能实现紧密配合，且在夹头部位设置凸台，在紧固件收紧的时候，能实现更好的夹紧效果，达到即使在强风作用下线夹本体也不会从支柱瓷绝缘子上脱落的目的。而通过导线线夹紧固件的收紧能达到线夹本体对绝缘导线的足够握力，且导线线夹两端设置大圆角，减少固定线夹对导线的损伤［10］。

2.2 实施效果

架空绝缘导线固定线夹安装效果如图3 所示。当安装新的线路时，只需按照图3 位置掰开导线线夹和绝缘子线夹，再按照规定的扭力矩值安装紧固件；当改造旧线路时，遇到绑扎部位破损的，需先用绝缘胶带先把原有破损的导线绝缘层包裹好，再安装固定线夹。

图3 固定线夹安装效果图Fig. 3 Installation effect of wire clip

新型固定线夹相比于传统的BV 绑扎线固定方式，具有以下优势：(1) 现场安装方便。采用高强度复合柔性材料注塑而成的整体式固定线夹，在满足可靠性的前提下，不仅制造成本较低，而且安装方便，大大降低了安装人员的工作强度；(2) 提高绝缘导线使用寿命。柔性材料的运用，避免了传统BV 绑扎线因导线舞动产生的应力集中和局部放电，进而导致绝缘层破损和断线事故，提高了绝缘导线的使用寿命；(3) 提高柱式瓷绝缘子使用寿命。采用传统BV 绑扎线固定绝缘导线时，由于BV线内含有铜芯，缩短了绝缘子的爬电距离，增大绝缘子表面出现闪络和遭遇雷击的概率，这从侧面也起到了保护支柱瓷绝缘子的目的；(4) 夹头具有一定的通用性。考虑到不同厂家的绝缘导线和针式瓷绝缘子尺寸存在偏差，而且有些绝缘层破损的导线在安装前需要缠绕绝缘胶带，因而整体式固定线夹采用大开档结构，在保证夹紧力的同时，也能很好地适应一定的尺寸偏差范围。

3 实验验证

3.1 材料性能

根据实地调研和分析表明，架空绝缘导线固定线夹的材料除了具有足够抗拉强度外，还得具有耐盐雾腐蚀性、耐热空气老化性、抗紫外线、绝缘性和一定柔韧性等。

根据材料性能要求，优选了表1 所示的改性TPU 和改性尼龙材料，进行相关对比分析。

表1 材料主要性能参数Table 1 Main performance parameters of materials

3.2 握力试验

架空绝缘导线固定线夹的作用，除了把绝缘导线固定在支柱瓷绝缘子上，防止绝缘导线的脱落。此外，还应该具有一定的握力，防止绝缘导线发生轴线方向上的串动。

架空绝缘导线固定线夹的通流握力试验如图4 所示，考虑到绝缘导线的实际运行温度在80℃～90℃之间，因而在测量固定线夹握力值时对绝缘导线进行了通流，待绝缘导线温度稳定后，又进行了一段时间的通流饱和，稳定后用卧式拉力机测量握力值，具体测试条件和测试结果见表2 和表3。

表2 握力测试条件及测量值Table 2 Grip strength test conditions and measurements

表3 握力测试结果Table 3 Grip strength test results

图4 固定线夹握力试验图Fig. 4 Grip strength test photos of wire clip

3.3 抗拉试验

福建沿海地区属南亚热带气候，每年7～9 月份为台风季，因此线夹强度对于绝缘导线的固定起到至关重要的作用。

架空绝缘导线固定线夹的通流强度试验如图5所示，考虑到福建沿海7～9 月份，地面温度可能达到60℃。因此，在考虑绝缘导线通流的前提下，再用热烘机对线夹表面进行持续加热，使线夹整体温度也能达到60℃，尽可能模拟出固定线夹所处真实环境，具体测试条件和测试结果见表2 和表4。

图5 固定线夹强度试验图Fig. 5 Damage strength test photos of wire clip

表4 强度测试结果Table 4 Damage strength test results

3.4 安全系数

根据DL/T 5220-2005《10kV 及以下架空配电线路设计技术规程》标准，风向与线路垂直情况下，导线风载荷的标准值计算公式为：

其中：αaμ为风载荷档距系数，风速达到35m/s 及以上时，αaμ=0.7；με为 风荷载体系数，当d≥17mm，με取1.1；d为导线覆冰后的计算外径；Lw为水平档距，m；WO为基准风压标准值，kN/m2。

该标准中又规定，10kV 及以下架空配电线路中，绝缘子及金具的机械强度安全系数为2.5，以上材料的安全系数经计算见表5。

表5 机械强度安全系数Table. 5 Safety coefficient of mechanical strength

3.5 对比分析

根据以上材料的握力、强度对比分析可知，TPU-A、TPU-B 和改性尼龙-A 符合标准要求。考虑到线夹材质软硬度对现场安装便利性的影响，以及材质抗老化性等综合性能对比，最终选定改性TPU-B 作为架空绝缘导线固定线夹的优选材料。

3.6 热老化试验

由于固定线夹安装在户外，常年遭受阳光直射，这就对复合材料的材质性能提出了较高的要求。因此，需要对线夹材质的耐热性提出一定的要求。

参照DL/T 765.3-2004《额定电压10kV 及以下架空绝缘导线金具》相关标准，对线夹材料进行热老化试验，试验结果见表6。

表6 热老化试验结果Table 6 Heat aging test results

从试验结果可知，该种材料热老化前的抗张强度不低于10MPa，断裂伸长率不低于300%，在100℃空气箱中老化168h 后的断裂伸长率也不小于300%。因此，该材料满足热老化试验要求。

3.7 盐雾条件下的耐压试验

该线夹应用于沿海高盐雾地区，线夹表面往往会附着一层盐分，在阴雨天的情况下，线夹表面的盐雾融化成浓盐水，这种情况是否会降低瓷绝缘子的爬电间隙，进而造成闪络现象的发生。因此，有必要对线夹进行盐雾附着条件下的耐压试验，避免闪络发生。

固定线夹在表面附着盐雾条件下的耐压试验如图6所示，当交流电达到42kV，并饱和1min 后，瓷绝缘子表面并未出现闪络或击穿现象。因而可以得出，固定线夹在附着盐雾的情况下并未降低瓷绝缘子的电气爬距。

图6 固定线夹耐压试验图Fig. 6 Overvolatage withstand test photos of wire clip

3.8 实际挂线运行

为了检验固定线夹的实际挂线运行效果，同时验证线夹设计思路的合理性，现将固定线夹实际并网运行（图7）。到目前为止，固定线夹已经过一次污闪高发期，从使用效果看，各项运行状况良好，满足现场的使用要求，后期还会持续跟踪固定线夹的运行状况。

图7 线夹挂线运行图Fig. 7 Line installation photos of wire clip

4 结论

(1) 沿海配网线路中，传统BV 绑扎线固定绝缘导线的方式，已经很难满足需求。因为这种固定方式不仅损伤绝缘导线的绝缘层，严重的导致断线事故，而且绑扎过程过于繁琐，无形中增加了运维工作量。

(2) 采用整体式绝缘导线固定线夹，不仅现场安装方便，大大提高了工作效率，而且能更好地保护绝缘导线和保障支柱瓷绝缘子的安全爬距，避免了因传统绑扎线的风振应力和盐雾腐蚀造成导线绝缘层的破损和断线。

(3) 固定线夹本体采用高强度复合柔性材料，不仅能满足线夹的现场安装需求，而且也能抵御强台风和户外高温对于线夹施加的作用力，提高线夹的使用可靠性。