电力系统牵挂式线夹接头研制

李 博，韩翔宇，李 婷，李建国

(1.阿拉善电业局，内蒙古 阿拉善左旗 750306；2.乌兰察布电业局，内蒙古 乌兰察布 012000；3.内蒙古蒙高电力发展有限公司，内蒙古 呼和浩特 010010)

电力系统中，带电体的连接离不开接头，接头分为电气接头、导地线接头等多种形式。在基建时期，接头的连接作为重点施工工艺，在各类规程中都有相关要求。在设备运行中，值班人员的巡视、检修也有规程要求。在现场实际运行中，电力系统接头接触不良现象普遍存在，给电力系统正常运行带来了隐患。

1 线夹接头接触不良产生的现象

如图1所示，线夹接头在正常运行情况下，接触面由两块线夹组成，安装时面板处均匀涂抹电力复合脂(即导电膏)，进行对接，紧固螺栓。

图1 线夹接头实物

1.1 线夹接头过热

接触不良首先为接头处发热，一般依靠红外成像仪检测。对于线夹发热均需要停电处理，修复时应将接触面充分打磨，打磨时观察接头是否氧化严重，若氧化严重应更换线夹接头。接头更换的工艺较复杂，利用现有的破切工具进行，将旧线夹夹口分离，且不损伤被夹部分的内部导线。若内部导线损伤，导线长度变化，影响整个档距的受力。若是引流线有问题需更换引流线。

1.2 线夹接头烧断

线夹接头烧断在变电站设备中的情况罕见，因其巡视周期较短，通常每天进行多次巡视工作，发现时一般为发热状态。通常线夹接头烧断发生在输电线路导线的线夹中，因其施工在野外，受气候、环境等各种因素影响，往往有线夹接头松动、线夹接触面掺杂其他物质等现象发生。由于输电线路巡视周期为每月进行一次，造成发现延迟，又因分裂导线中发生子导线夹烧断，另一子导线仍然坚持运行，未影响正常送电，故线路接头易发生烧断的现象，直至下月巡视时才能发现。

2 线夹接头接触不良现象的主要原因

2.1 线夹接头接触面受限

如图2所示，常用线夹接头长为120 mm，宽80 mm左右，材料有铜、铝等，其中变电站线夹接头以铜材料较多，输电线路均采用铝合金材料。铝合金材料接头表面遇有杂质时，受到电离的情况下，氧化速度较快，缩短了由导电体转变为半导体的时间。

图2 线夹接触面

2.2 线夹间隙导致接触不良

如图2所示，电力系统中线夹接头通常为4个螺栓孔位，孔位直径比螺栓杆大1 mm～2 mm，安装时4套螺栓虽然全部到位，但线夹之间仍有间隙产生。紧固时应对角逐渐进行，防止线夹受力不均匀而产生偏移接触面现象。

2.3 接触面污渍

基建施工时，由于种种因素使硅脂与灰尘掺杂在一起，线夹接头接触面未能够完成吻合，螺栓看似紧固，但在日后带电运行状态下，硅脂与灰尘受电离影响，发生化学反应导致接头接触面电阻值较大，最终导致线夹接头发热且氧化。

2.4 环境影响

北方地区风沙及年内温差较大，风力、热胀冷缩会使线夹接头松动，松动后风沙进入接触面，使接触面由导体转变为半导体，直至烧损。

3 线夹接头受损带来的危害

线夹接触不良会引起燃弧、放电，甚至烧断线夹接头等现象发生。若处理不及时，会使故障蔓延扩大。线夹发热会传导至设备内部，直接危及电力系统的安全稳定运行。

3.1 线夹接头熔断

电力系统设备长期暴露在野外，各个电气连接点受风吹雨淋和日晒，导致电力设备连接点的氧化、腐蚀或接触不良，发展为连接点发热，发热的接头部位接触电阻远大于正常值。其电阻消耗电能，使温度逐渐升高，在其内部不断产生电弧加速接头氧化，最终导致接头熔断。

3.2 电力输送中断

在单导线方式运行的输配电线路中，遇有接头发热未及时修复的情况，熔断的接头直接断开电能，使送电中断。在分裂导线方式运行的输配电线路中，遇有接头发热，另外子导线仍继续运行，直至被运行人员巡视发现。

3.3 发生火灾

设备安装、修理时接头螺栓未紧固到位，当电流通过后发热，甚至发红、冒烟、冒火、断线，配电箱内致使导体发热熔化，熔珠落在可燃物体上引起火灾；由此看来，接点发热主要是因为接触电阻变大造成的。

4 牵挂式多接触面线夹接头研制

线夹接头受损原因较多，但归根结底为增大其接触面积、减小线夹余留扭矩间隙，螺栓紧固到位，可有效避免线夹受损现象发生。

4.1 梯形结构设计

如图3所示，牵挂式多接触面线夹接头设计思路为梯形结构，安装后能够保证最小间隙，从而保证了线夹接头的吻合；与槽口对应的为梯形接触板，与槽口形状相等；接线柄与原本线夹线柄一样无改进，同样参考了以前的方式进行。

①梯形槽口；②梯形接触板；③接线柄。

4.2 增加线夹接头接触面积

首先以常规所用线夹接头接触面为例进行分析。

常规线夹接头接触面积S常计算。

S常=L长×D宽=120×80=9 600mm2

(1)

其中：S常——常规线夹接触面；

L长——线夹接触面长度；

D宽——线夹接触面宽度。

如图4所示，牵挂式多接触面线夹接头设计时长度仍为120 mm，宽度80 mm，但线夹有2个梯形底边高度，设计时高度为10 mm，计算方法为：牵挂式多接触面线夹面积为平面接触面积与2倍梯形底边高度面积之和。我们先计算梯形底边高度面积，梯形底边的宽度仍为80 mm。

图4 牵挂式多接触面线夹接头效果

梯形底边面积S梯计算如下：

S梯=H梯×D宽=10mm×80mm=800mm2

(2)

其中：S梯——梯形底边高度面积；

H梯——梯形底边高度；

D宽——线夹接头宽度。

牵挂式多接触面线夹接头面积S2计算：

S2=3×L长×D宽+2S梯=3×120×80+2×800=30 400mm2

(3)

其中：S2——牵挂式多接触面线夹接头面积；

S梯——梯形底边面积。

4.3 常规线夹接头与牵挂式多接触面线夹接头面积比较

通过上述计算得知，常规线夹接头接触面积S常为9 600 mm2，牵挂式多接触面线夹接头面积S2为30 400 mm2，其接触面积是常规线夹接头的3.17倍。

4.4 间隙分析

常规线夹中，由于螺栓孔相比螺栓直径大1 mm～2 mm，所以螺栓安装紧固后，受风力摆动、冬夏热胀冷缩等自然环境与人为因素的影响，间隙依然存在。

牵挂式多接触面线夹设计为梯形槽口与梯形接触板，在插入式安装后间隙很小，几乎达到无间隙设计，当螺栓紧固后，3个梯形接触面受力，紧密结合，保证了线夹的稳定性。

4.5 螺栓辅助材料选择

仍然采用常规螺栓、止动垫片等防松设施，方法依然为双螺母对接形式，但在其螺母之间安装阻尼垫片，起到防振作用，其阻尼垫片采用优质硅胶材料，用双螺母对接紧固后，起到了线夹防松的作用。

5 安装方法

5.1 插入式安装方法

如图5左俯视图所示，将两支线夹接头轴对称放置，梯形槽口对准梯形接触板，用木槌或橡胶锤轻轻敲打其边棱，直至螺栓孔位对正即可。

图5 插入式安装方法

5.2 紧固到位

如图5右正视图所示，螺栓孔位对正后，将螺杆插入孔位，依次放置普通垫片、止动垫片，第一道螺母进行紧固，紧固时4个螺母对应紧固，保持接触面均匀受力，最后紧固到位。在每一道螺杆上放置阻尼垫片，再放置第二道螺母紧固到位。检查梯形接触面是否接触牢固，至此安装完毕。

6 结束语

同样大小线夹接头，牵挂式多接触面线夹接头是普通线夹接头的接触面的3倍之多，故在电力生产过程中，线夹接头能够正常运行，发热事故相应减少很多。牵挂式多接触面线夹受热涨冷缩的情况下，梯形槽口与梯形接触板之间的间隙很小，不会产生扭矩力，在厂家制造线夹时将梯形槽口与梯形接触板完全相等，这样达到了无缝隙设计，保证了设计的准确值，达到牵挂式线夹预防发热的真正目的。