广东电网有限责任公司中山供电局 广东中山 528400
摘要：随着制造工艺及焊接技术的发展，目前在10kV配电线路上使用较多的为DTL-Q型铜铝线耳，因其表现出的高载流能力及优良的耐电化学腐蚀能力等特点，其运行的可靠性及发热、断线故障率较原DTL型有了明显的提升。但因执行标准不一致，施工工艺不良等原因，该型铜铝线耳在近年来多次出现异常发热隐患并有线耳烧毁断裂的故障发生，也给配电线路安全可靠运行带来了不可忽视的影响。而本文着重从故障原因分析入手，以防范或治理铜铝线耳异常发热为目的从技术上探讨相关措施。
关键词：10kV主干架空线路、DTL-240Q型、铜铝线耳、发热、措施探讨
0 引言
DTL-Q型铜铝线耳较DTL型采用了钎焊焊接工艺，为搭接型铜铝过渡, 铜铝焊接过渡面积大,电阻小,温升小。安装时螺栓紧固力矩贯穿铜铝界面,处主导电的过渡面及介质主要承受的是压力,避免了原DTL型所采取对接焊接而存在的断裂风险。
1 铜铝线耳严重发热或烧毁原因分析
经对出现发热严重及出现线烧毁断线铜铝线耳所在线路负荷监测看，故障时线路负载电流低于甚至个别线路远低于其允许的安全运行电流的80%。基于此负载情况并对照线路上比靠近变电站的连接点的运行情况看，排除铜铝线耳发生此类故障的原因为载流大的因素。经分析，其主要原因应表现在以下几方面。
1.1 螺栓压力不足
依据隔离开关接线端子孔而使用的连接螺栓接触压力不足导致导体间接触电阻大，或在运行中易出现接触面松动。
隔离开关在与铜铝线耳固定连接时，必然会产生一定的接触电阻。影响接触电阻的因素主要有导体材料性质、接触形式、接触压力、温度、腐蚀、频率等[1]。当增大接触压力,材料受压超过弹性变形的极限,就会产生塑性形变,这时接触面增加,接触点也增加,收缩电阻减小。同时增大接触压力可以压碎金属表面的薄膜,使膜电阻下降。所以增大接触压力,可以使接触电阻减小[2]。接触电阻与接触压力关系见下曲线图。
目前用于10kV架空线路主干线额定电流为630—1000A的HGW9-10GW、GW-10G、GW9-10GW型隔离开关端子接线孔均采用Φ13mm双孔设计，仅能使用较普遍的M12螺栓。而用作为铝导线与隔离刀闸作过渡连接的DTL-240Q型铜铝线耳为单孔径为Φ16.5mm设计接线，设计可使用最大为M16[3] 螺栓。但因隔离开关接线孔限制，隔离开关接线端与DTL-240Q型铜铝线耳连接最大也只能使用M12的螺丝。
经查在对于使用较为广泛的C级普通六角螺栓M16的预紧力约为M12的2倍。根据DTL-240Q铜铝线耳的相关标准及设计看隔离开关的接线孔设计与其不匹配，在两者之间连接固定时铜铝线耳接线孔处产生较大的空隙。以外六角头螺栓为例对比M12、M16螺栓标准的螺栓头、螺母、平垫圈、弹簧垫的外形尺寸及平垫圈厚度等[4]，用M12固定产生的夹紧能力、垫圈摩擦力以及使用垫圈增大的承压面积等均无法与M16螺栓及配套的平垫圈相比拟。而事实上与M12螺栓配套使用的平垫圈在作为隔离开关与DTL-240Q铜铝线耳的固定件时，也未根据该类线耳较大的通孔现状按规定校验其垫圈的适用性[5]。这样因固定的压紧力不足易导致连接位置线耳松动或沿径向松动而增大接触电阻。
1.2 施工工艺不良
施工工艺不良或不当，增大了铜铝线耳发热隐患的风险。
因接入设备需要，隔离开关往往需要接入引流线、自动化设备PT及避雷器引线等，而隔离开关接线端子所设计的2个接线孔无法实现独立分配接线，实际应用中就采取相互搭接固定方式。但因对工艺把关不严出现了PT或避雷引线与引流线对接固定，或PT、避雷器引线与引流线搭接、对接固定。更甚者出现了DT型铜线耳直接搭接固定在DTL型铜铝线耳的铝质面，或其他引线的铜铝线耳的铜质导体面搭接固定在引流线的铜铝线线耳的铝质面（如图4）。一方面因PT等引线与引流线搭接，增大了因引线松动可能引发引流线铜铝线耳接触不良风险以及在施工中无法控制螺栓紧固力矩等。特别是线耳的铜质导体面与另一线耳的铝质面直接搭接而不作任何的防电化腐蚀的措施，增加了在铜与铜铝线耳接触处的电化腐蚀风险。
1.3 使用环境影响
使用环境存在较频繁震动影响了隔离开关与铜铝线耳连接固定的持久紧固能力。
该供电分局绝大部分架空线路架设于具备通车能力的道路边，且部分为省道或主干道。通过统计分析及对比该供电分局自2011年发生故障或铜铝线耳发热隐患所处的地理位置有一重要现象不容忽视。这些发生故障的点均位于主干道且经常有大型载重车辆通行的公路旁而且路面的平顺度较差，车辆通行中产生的震感明显。在此环境下原本就存在因固定螺栓不匹配而紧固力欠缺，如再加上施工工艺不良等，连接点就会因较强震动或较频繁振动而产生松动而导致连接点接触电阻增大发热甚至烧毁。
2 防范措施
通过以上分析，配电架空线路上安装在隔离开关位置处的铜铝线耳产生异常发热故障的主要原因存在于设计不合理及施工工艺上，为此结合实际作如下防范措施的研究。
2.1 改进接线连接
针对DTL-240Q型铜铝线耳与隔离开关接线端子接线孔不匹配无法使用M16螺栓所存在的固定连接压紧力低的问题。在实际应用中研究采取以下方法。
2.1.1 增大接线孔孔径
将隔离开关接引流线的其中一个接线孔孔径由原Φ13mm扩大至Φ16.5mm。此改变虽在一定程度上改变了隔离开关接线端子的原设计，但其完整性及与其连接固定的铜铝线耳的接触面积未发生任何改变。反而通过使用M16螺栓及与其配套的平垫圈、弹簧垫圈固定增大了连接部位两导体的夹紧能力及螺栓的固定磨擦力。根据影响接触电阻的导体材料、接触点数量、接触压力等因素分析，通过使用M16螺栓增大了接触压力，并在一定程度上改变了铜铝线耳及隔离开关接线端子的塑性而促使接触点数增加，进而降低了铜铝线耳与隔离开关连接处的接触电阻，更有利于该连接位置的通流能力提升。（如图5）
现时也建议隔离开关与铜铝线耳生产厂家在生产中注重实际运行需求研究，直接在生产中实现隔离开关接线端子孔与线耳固定孔径一致，且使用螺栓的压紧强度也满足其接触电阻的要求。
使用双孔设计的新型铜铝接线耳（如图7）。该类线耳最大的改进之处在于接线孔采取双孔设计且孔径与隔离开关接线端子孔匹配，通过双螺孔设计很好地解决了连接固定时单螺栓压紧力不足且存在径向松动的风险。
2.2 使用电力脂
铜铝线耳与隔离开关连接处严格落实电力脂的应用。这也是在故障中分析发现这几年来10kV配电网建设或检修中容易被忽视之处。由于在通常情况下，金属与金属接触面之间会形成特别小的缝隙（一般小于0.1mm），使缝隙内的腐蚀介质处于滞留状态，引起缝隙内金属加速腐蚀[6]。在接触面上涂抹电力脂后，电力脂填充了2个金属接触面上的空隙，阻隔了外界空气、水汽及其他腐蚀介质的侵入，杜绝了金属接触面与外界环境接触，对于发生在金属导体连接处的缝隙腐蚀起到了“屏蔽作用”。电力复合脂的使用，提高了金属导体，尤其是铝－铝、铜－铝导体的耐腐蚀能力，同时降低了金属导体连接的接触电阻。建议在变电所、配电所及输电线路的金属导体连接处使用电力复合脂[7]。
4 致谢
中山供电局梁国坚主任及江门供电局麦锦财、方畅愉、林国英等专家及老师们对课题的选择及论文写作给予了大量指导意见。谨此致谢。
衷心感谢为评阅此文的而付出辛勤劳动的专家们。
5 参考文献
[1]-[2]许 军,李 坤《电接触的接触电阻研究电工材料，2011No.1p.
[3]GB/T 14315-2008 电力电缆导体用压接型铜、铝接线端子和连接管.
[4]GB/95-85平垫圈/C极.
[5]GB/95-85平垫圈/C极.
[6]刘广建，朱上．田湾核电站循环水泵泵轴腐蚀问题及处理措施［J］．中国电力， 2006， 39( 12) : 52-55．
[7]李星伟，王国刚，强春媚等.电力复合脂对金属导体连接耐腐蚀性能的试验研究.电力建设,2011,32（8）.
论文作者:姜山
论文发表刊物:《基层建设》2017年第36期
论文发表时间:2018/3/28
标签：螺栓论文; 接线论文; 电阻论文; 导体论文; 线路论文; 引线论文; 压力论文; 《基层建设》2017年第36期论文;