架空导线破断力的工艺提高途径

架空导线破断力的工艺提高途径

刘正科 王兴荣 岳太福 何正宏 吴乃明

云南电网有限责任公司德宏供电局 679200

云南省德宏州傣族景颇族自治州芒市 678400

云南电网有限责任公司德宏供电局 679200

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摘要：随着我国的经济在快速的发展，社会在不断的进步，我国综合国力在不断的提升，架空导线的破断力（尤其是长时间高温下的破断力）是影响架空导线在复杂环境下敷设安全可靠性的重要因素，因此对其工艺提高途径展开了探讨。架空导线独特的绞合结构使其在受力情况下，股线所在绞层的节径比越大，股线的应变随之越大，并且在随着节径比增大的同时，应变增幅呈现逐渐变小的趋势，因此通过将铝线各层及钢线节径比控制在一定范围内，以改善各铝股线间应变的均匀性，增大铝线和钢线间的应变差，实现架空导线破断力的提高。同时，通过提高钢线的１％伸长时应力或选用高强度、特高强度的钢线，适当地改良生产工艺和调整材料的成分来提高硬铝线的破断伸长率，以及调整铝股线的强度极差，可提高架空导线的破断力。此外，开发耐热型铝合金线，不仅可提高架空导线长时间高温下的破断力，提高电力传输的可靠性，而且还具有线路扩容的效果。

关键词：架空导线；破断力；节径比；应力－应变

引言

高压输电线路电压等级高、输送容量大，是电网的主网架，尤其是超特高压直流线路，其直接连接电源中心和负荷中心，一旦发生倒塔、断线等长时间停运故障，可能会造成大幅振荡、解列、大面积停电等严重电网事故。

1架空导线破断实验分析

1.1断口形貌分析

在架空导线断线区域，以及运力断线的地方进行了样本的提取，架空导线断线区域为一号样本，运力断线的地方为二号样本。在架空导线破断处，外层的铝线表面呈现出发黑的状态，内层的铝线表面呈现出灰色，钢芯表面镀锌层不仅出现了大部分脱落的情况，而且部分地区已有锈斑存在。根据相关的规定调研，一号样本的直径大小是4mm，二号直径达小是4.56mm，然而，常规标准是4.6mm。另外，一号样本的钢芯线中的7根钢丝，其中，6根断口区域是典型的杯锥形状，充分说明在架空导线破断的过程中，架空导线发生塑性形变。虽然二号样本铝线断口是典型的拉伸锥形形状，但是，由于其伸长率相较于常规而言，其伸长率更大一些，断面截面积更小一些。

1.2架空导线铝单线力学性能检测

对发生破断的架空导线及未上滑轮的同规格新架空导线的48根铝单线分别进行抗拉强度检测，检测结果如表3所示。可以看出，未上滑轮同规格新架空导线和发生破断架空导线的48根铝单线的抗拉强度均大于GB/T1179-2008要求的152MPa，结果合格。

1.3几何尺寸检测

使用游标卡尺及千分尺分别对小号侧断线（１号）、大号侧断线（２号）以及剩余的钢芯铝绞线新线（３号）进行结构检测及尺寸测量。可见３个试样的尺寸基本符合ＧＢ／Ｔ　１１７９－２００８技术要求，但１，２号试样外层铝股直径和钢芯直径低于ＧＢ／Ｔ　１１７９－２００８技术要求，且１，２号试样内层铝股的直径均小于外层铝股的，２号试样的铝股直径小于１号的，而新架空导线取样的３号试样的钢芯及内中外铝股直径均符合标准要求。

2架空导线破断力的工艺提高途径

2.1工艺分析

根据上述理论分析，架空导线在拉伸的同时，各绞层的应变均不相同，因此可通过调整各绞层的节径比减小所有铝绞线层间（钢绞线层间）的应变差，同时增大内层铝线和钢线的应变差，以充分发挥钢线的利用率，提高架空导线的破断力。根据标准ＧＢ／Ｔ　１１７９—２００８的规定，结合表１中不同节径比绞层的股线应变计算结果，可得：ａ．标准规定铝绞线层节径比范围为１０～１６，其对应的股线应变范围为０．９１１％～０．９６３％，各铝绞线层应变差为０．０５２％。若把各铝绞线层节径比控制在１１～１４范围内，则各铝绞线层应变范围为０．９２５％～０．９５２％，应变差为０．０２７％，此时各铝绞线层的应变差改善了４８％。ｂ．标准规定钢线层节径比范围１６～２６，其对应股线应变范围为０．９６３％～０．９８６％，各钢线层应变差为０．０２３％。若把各钢线层节径比控制在２２～２６范围内，则各钢线层应变范围为０．９８０％～０．９８６％，应变差为０．００６％，各钢线层的应变差改善了７４％。根据经验，电缆厂商绞制架空导线时内层铝线节径比一般控制在１５～１６（对应的股线应变最大为０．９６３％），钢线厂商绞制钢芯时节径比一般控制在１７～２０以内（对应的股线应变最小为０．９６７％），此时铝线与钢线间的应变差为０．００４％。若把铝线节径比控制在１１～１４（对应的股线应变最大为０．９５２％）、钢线节径比控制在２２～２６（对应的股线应变最小为０．９８０％），则此时铝线与钢线间的应变差为０．０２８％，相比之下，铝线与钢线间应变差提高７倍之多。

表１　架空导线应变δ０＝１％时不同节径比绞层的股线应变δ

2.2新建线路的防范措施

一般常用架空导线材料的强度要求：钢股为1200N/mm2，铝股为160N/mm2，压接钢管为340N/mm2，压接铝管为80N/mm2。可见，压接钢管、铝管强度远低于钢股、铝股强度。压接时钢管、铝管产生塑性变形，而钢股、铝股主要是弹性变形。增加铝管压缩比（减小压模横截面）可能会导致两种后果：一是加剧架空导线钢股、铝股的塑性变形，增加架空导线强度损失，不满足规范要求；二是不增加架空导线钢股、铝股的塑性变形，则外部的压接压力难以传递到内部使铝股、钢股之间紧密融合，架空导线压接后依然存在绞线股间的缝隙。为了保证压接后架空导线的强度，无法通过增加铝管压缩比来防止压接后管内绞线股间出现缝隙，因此需要采取其他防范措施。

2.3铝股线强度极差的减小

金属强度的影响因素有很多，大致可分为两个方面：其一是外因，是由对象所处外界环境所决定的，如温度、负载波动、应力状态等；其二是内因，是由金属本质所决定的。架空导线在破断破坏时，常因第一根股线率先破断，导致其他股线应力瞬间增大而提前破断，因此避免单根股线过早破断是提高架空导线破断力的关键，即在不考虑材料局部缺陷和运输敷设意外损伤的情况下，所有股线抗拉强度的极差应越小越好，控制好股线强度极差可有效提高架空导线的整体破断力。

2.4导线加固措施

因外力的破坏或某点击穿造成电缆线断线的现象断线的电缆线连接起来比较困难。如果全部更换不仅浪费，而且费时费力，而现场一些简单的连接密闭性能差、安全性不好，容易造成再次断线现象，影响正常的生产和生活。

我们可通过所研制的一种免压接能多次重复使用的接线（接续）器或线鼻装置，使其具有连接迅速，安全可靠的特性。该装置无须使用压接钳进行接续与电缆按压接续，只需将电缆放入接线（接续）管孔，转动接线（接续）器或线鼻装置顶端两颗螺钉将电缆压紧紧固 ，同时也再接线（接续）器底部，放置圆弧垫片，使其与螺钉抵紧，不易断裂，使用寿命长，方便以后对电缆维护，拆卸后也可反复使用，便于电缆检修维护，大大的减轻操作费时费力，提升工作效率。

结语

架空导线破断力（尤其是长时间高温下的破断力）是影响架空导线在复杂环境下敷设安全可靠性的重要因素。为了提高架空导线在复杂环境下敷设的安全可靠性，本文对架空导线破断力的工艺提高途径进行了探讨。在整个研究过程中，发现可通过以下工艺途径来改善架空导线的破断力：ａ．通过建立数学模型分析和计算，发现股线所在层的节径比越大，股线的应变随之越大，同时股线的应变在随着节径比增大的同时，增幅呈现逐渐变小的趋势。由此，建议调整每层的节径比改善各股线应变的均匀性，即铝线各层的节径比控制在１１～１４（外层节径比控制在１１～１２，内层节径比控制在１１～１４，内层越小越好），钢线节径比控制在２２～２６范围内（在保证不松散的前提下节径比越大越好），以有利于改善架空导线的破断力。ｂ．通过提高钢线的１％伸长时应力或选用高强度、特高强度的钢线，以及适当改良生产工艺和调整材料的成分来提高硬铝线的破断伸长率，以改善架空导线的破断力。ｃ．通过调整铝股线的强度极差，即架空导线中股线由外层到内层，股线强度的排列应该为由小变大，并且强度极差控制在１５～２０ＭＰａ以内，以有利于改善架空导线的破断力。ｄ．通过开发耐热型铝合金线，不仅可以提高架空导线长时间高温下的破断力，提高电力传输的可靠性，而且还具有线路扩容的效果。

参考文献

［１］　乔月纯．电线电缆结构设计［Ｍ］．北京：中国电力出版社，２０１１：９－２５．

［２］　王卫东．电缆工艺技术原理及应用［Ｍ］．北京：机械工业出版社，２０１１：１１３－１１６．

［３］　中国电器工业协会．圆线同心绞架空导线：ＧＢ／Ｔ１１７９—２００８［Ｓ］．北京：中国标准出版社，２００８．