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    1. 鋼芯鋁絞線輸電線路-鋼芯鋁絞線與耐張線夾連接處的腐蝕分析-河北環亞線纜有限公司

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      鋼芯鋁絞線與耐張線夾連接處的腐蝕分析

      來源:http://www.pmi-eu.com 發布時間:2017/8/7 8:16:41

      鋼芯鋁絞線與耐張線夾連接處的腐蝕分析

      20131213日,國網某供電公司的220kV相五2712線路2號鐵塔 A相導線引流線大號側壓接板處,因耐張線夾與導線連接處的導線脫落,落至下層橫擔,導致線路大面積停電,檢查發現該耐張線夾壓接管有明顯的燒傷斷開痕跡。耐張線夾是將導線或避雷線固定在非直線桿塔的耐張絕緣子串上,起錨固作用或用來固定拉線桿塔上拉線的架空電力線路金具(如圖1所示),其結構如圖2所示,線夾上的鋁質壓接管通過壓接的方式將鋼芯鋁絞線夾持在其管內,使兩段鋼芯鋁絞線連接在一起,并起到通流的作用。線夾在工作時基本只受自身和部分導線的重力,無應力集中現象。該失效線夾為NB300/50A型耐張線夾,壓接管所用材料為L3鋁合金,其出廠時的抗拉強度85.6MPa,握力132kN。該線路于19785月投入運行,至發生故障時已使用35a,其同批次的其它耐張線夾仍在正常運行。因此,此次線夾失效為個別早期失效,對其失效原因進行分析有助于更好地了解耐張線夾的運行情況,確保其余線夾正常持續穩定服役;同時能及時發現存在隱患的耐張線夾,保證輸電效率與安全。為此,作者對該耐張線夾進行了失效分析。

       

       

      由上述檢驗結果可知,和同時期服役的其他線夾相比,失效線夾在壓接時即已形成了斷股。壓接管明顯粗細不均,內部腐蝕嚴重,其鋼芯周圍有層狀致密氧化層,主要成分為氧化鐵,

      并含有少量氧化鋅、氧化鋁;壓接管內鋼芯因腐蝕直徑明顯減小,鍍鋅層完全消失,且存在由于壓接工藝不當導致的鍍鋅層缺失現象。與未失效線夾壓接管相比,失效線夾壓接管內部鋼芯和鋁線之間比較松散,壓接不致密。這一方面是因為失效線夾長期處于較高溫度,線夾變形較大;另一方面,則是因為失效線夾腐蝕較為嚴重,腐蝕產物堆積較多。失效線夾壓接管端部有明顯的高溫燒損氧化現象,這應該是由于線夾長期處于過熱狀態,當溫度達到一個臨界值時導致線夾瞬間高溫燒毀而造成的。上述現象的產生與耐張線夾的運行環境有關。鋁合金雖為耐腐蝕材料,但在特殊的運行環境下也會出現嚴重的腐蝕。失效線夾服役于我國中部偏南區域,氣候雖不潮濕,但雨水比北方的多,且由于環境污染導致雨水呈酸性,全年酸雨平均發生概率為8.1%,降水pH年均值為5.9。酸雨類腐蝕介質的滲入可能是造成其失效的另一主要原因。

      空氣中的氧氣和水分是參與大氣中金屬腐蝕失效過程的主要介質。線夾在干燥大氣中的腐蝕比在潮濕大氣中的緩慢,其腐蝕速率又隨著表面液膜層厚度不同而變化。當大氣濕度特別低時,鋼芯表面只有幾個分子層厚度的液膜,并沒有形成連續的電解液,腐蝕速率很低;當鋼芯表面液膜層增加到幾微米厚時,形成了連續的電解液層,發生了電化學腐蝕,腐蝕速率急劇增加;當鋼芯表面液膜層進一步增大,能擴散到鋼芯表面的氧就越來越少,因此這個階段腐蝕速率反而降低;當液膜層很厚時,鋼芯可視為浸在電解液中,腐蝕速率趨于一個穩定值。所以,線夾在大氣中的腐蝕隨著降雨量的變化而變化,當降雨較多時,腐蝕較為強烈,當降雨較少時,腐蝕相對緩和。鋼芯周圍氧化物的層狀分布在一定程度上說明腐蝕過程與降水過程有對應關系。

      耐張線夾長期處于通流狀態,輸電容量有時高達2000A,其溫升明顯,甚至會導致過熱。國內學者針對220kV輸電線路避雷線變電所進線門型架構懸掛耐張線夾的過熱和放電現象及斷裂現象的研究均顯示溫升對線夾失效有明顯的影響。

      根據焦耳定律,電流發熱與電阻大小呈正相關,其單位時間發熱量也會增加。由于失效線夾處導線存在斷股,酸雨更易順著斷股進入線夾導致線夾腐蝕。隨著腐蝕的進行,線夾內部接觸電阻越來越大,并且鋼芯鋁絞線與線夾接觸有效面積越來越小,導致線夾總體電阻逐漸增大,使得溫度不斷上升。此外,線夾表面的腐蝕產物絕大部分為Al203,在交變大電流的作用下Al203會產生介質損耗,進一步導致發熱量增大,溫度升高。而線夾溫度的升高又會加速腐蝕過程,當腐蝕產物堆積到一定程度,會導致線夾溫度的急劇上升而使其發生瞬間高溫燒損失效。其瞬間高溫燒損機理可以用熱擊穿理論加以解釋,即當介質處于電場中,因其介質損耗而產生熱量,當電壓足夠高時,有可能從散熱量等于發熱量的平衡狀態轉變為散熱量小于發熱量的非平衡狀態,此狀態下介質溫度越來越高,直至出現_性損壞。

      耐張線夾在剛開始服役時,線夾壓接管內壁與鋁線接觸面電阻值很小,此處電壓降幾乎為0,此時線夾與鋁線接觸面相對于線夾及鋼芯鋁絞線其他位置并無溫升。隨著腐蝕的進行,接觸面處形成腐蝕產物,電阻變大,對應的電壓降慢慢變大,當電壓值增大至臨界值時,線夾與鋁線接觸面溫度將升至臨界擊穿溫度,并因散熱和發熱量達到平衡而維持此溫度。當線夾進一步腐蝕后,腐蝕產物處的電壓降將大于臨界電壓值,其溫度也將升至臨界擊穿溫度以上,

      并持續增大,直至線夾失效。

      該線夾在壓接時即存在鋁線斷股現象,使得服役過程中酸雨更易進入到壓接管內部,對線夾與鋼芯鋁絞線結合面進行腐蝕生成腐蝕產物,導致耐張線夾電阻增大;隨著腐蝕的進行,電阻不斷增大,其溫度也隨之升高;當線夾溫度超過臨界溫度時,熱平衡狀態被打破,_終線夾過熱,造成高溫燒損失效。應加強線夾壓接管位置的紅外測溫監控,及時更換溫度明顯異常的壓接管。

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