110～500kV高压输电线路架空导线耐张压接管压 接尺寸与机械荷载验证
何旭岩1，姜勇2，蒋兴森2
（1.国网浙江省电力有限公司金华供电公司，金华321001；2.金华送变电工程有限公司，金华321001）摘要：架空导线在高压输电线路中不仅要承受负荷电流，还要承受架空导线张力，压接尺寸与机载负荷直接决定高压输电线路能否稳定运行。文章对110～500kV高压输电线路中隐蔽工程、地线连接压接尺寸检测进行阐述，并对压接尺寸不达标试件以及钢芯铝绞线拉力水平展开验证，实验结论表明：不达标试件使架空导线综破断力大幅降低，且只有保证钢芯插入深度达到规定程度，才能判定导线合格。基于此，应提高架空导线耐张接管压接质量，避免架空导线发生掉线事故。 关键词：输电线路；耐张压；机械荷载
中图分类号：TM75文献标识码：A文章编号：1001-5922（2021）03-0153-05 Verification of Compressive Size and Mechanical Load of Tension-resistant Pipe of Overhead Conductors for 110kV~500kV High Voltage Transmission Lines
He Xuyan1，Jiang Yong2，Jiang Xingsen2
（1.Jinhua Power Supply Company of State Grid Zhejiang Electric Power Co.,Ltd.,Jinhua321001,China;
2.Jinhua Transmission and Transformation Engineering Co.,Ltd.,Jinhua321001,China）
Abstract：In high voltage transmission lines,overhead transmission lines should not only bear load current,but also bear tension of overhead transmission lines.The compression size and the onboard load directly determine whether the high voltage transmission lines can operate stably.The paper elaborates the detection of concealed engineering and ground connection crimp size in110～500kV high-voltage transmission lines,and verifies the crimp size of the specimens that do not meet the standard and the tensile strength of the steel core aluminum stranded wire,the experiment result shows that the test piece that does not meet the standard greatly reduces the breaking force of the overhead conductor,and the conductor can be judged as qualified only if the steel core insertion depth reaches the specified level.Based on this,it is necessary to improve the compression quality of tension-resistant joints of over⁃head conductors to avoid wire drop accidents.
Key words：transmission line;tension pressure;mechanical load
在110～500kV高压输电线路中，架空导线具有重要作用，输电线路项目中利用电力金具压接进行架空
导线连接，为规避高压输电线路出现断线、掉线等运行事故，应进一步验证导线压接尺寸与机械荷载；在高压输电线路工程中，LGJ－240及以上型号的钢芯铝绞线和金具通常采取耐张线夹进行受力连接。为
收稿日期：2020-07-08
作者简介：何旭岩（1972-）男，汉族，浙江金华人，本科，工程师，研究方向：电力技术。
保证高压输电线路标准化压接，要求耐张压接管握力必须超过导线、地线95%的破断力。基于110～500kV 高压输电线路建设项目中出现问题，进一步分析研究压接管尺寸、综合破断力以及机械荷载。
1钢芯铝绞线铝钢截面比值和破断力关系高压输电线路中，应用较为广泛的86型钢芯铝绞线型号共有54种，钢铝截面具备9种，分别是58%、20%、13%、16%、5%、23%、7%。以往的74型钢芯铝绞线共具备3种结构，包括轻型LGJQ钢铝绞线、普通LGJ钢铝绞线以及加强型LGJJ钢铝绞线，3种钢铝绞线的截面分别是12.45%、18.88%、22.7%。以上就是高压输电线路中最常使用的12种钢铝绞线。钢铝绞线的综合破断力是建立在钢芯与铝股的基础上，详细参数如表1所示[1]。
表183型钢芯铝绞线参数测算
Tab.1Parameter measurement and calculation of83type steel core aluminum stranded wire
标称面积（铝/钢）95/55 120/25 185/25 240/40 400/20 400/95 630/45钢铝截面比
值（%）
58
20
13
16
5
23
7
根数、直径（mm）
铝
12/3.2
7/4.72
24/3.15
26/3.42
42/3.51
30/4.16
45/4.20
钢
7/3.20
7/2.10
7/2.10
7/2.66
7/1.95
19/2.5
7/2.80
计算截面（mm2）
铝
96.51
122.48
187.04
238.95
406.40
407.75
623.45
钢
56.30
24.25
24.25
38.90
20.91
93.27
43.10
外径（mm）
16.00
15.74
18.90
21.66
26.91
29.14
33.60
计算破断力
（N）
俄亥俄州78110
47800
59420
83370
88850
171300
148700
铝股占（%）
18.18
38.29
47.86
46.90
72.99
38.06
67.05
钢芯占（%）
81.82
61.71
52.14
53.10
27.01
61.94
32.95
表1选取83型钢铝绞线进行对照，根据表中数据可知，LGJ－95/55导线的截面比是58%，此导线能够承受计算破断力的最大值约为18%，但是钢芯承受的所有破断力约为82%；LGJ－400/20导线的截面比是残疾人无障碍设施
5%，此导线能够承受计算破断力的最大值约为73%，但是钢芯承受的所有破断力约为27%。由此可知，钢芯铝绞线自身所具备的钢铝截面的差异，胡导致铝股及钢芯能够承受的拉力也具有一定差异。当前高压输电线路中应用较多的普通型钢芯铝绞线应分担超过60%的架空导线破断力，才能改变对钢芯承担大部分架空导线破断力的不恰当认知[2]。
2耐张压接管压接尺寸不达标问题及原因新建成的110～500kV高压变电所开口通过设置新型双回路线路，线路材料主要采取2×LGJ－400/35普通型钢芯铝绞线。耐张钢锚在冲锋式线夹的基础上，具备双凹槽，每个凹槽的大小为3cm，标准规定凹槽中的铝管必压区的尺寸必须超过6cm，即测量凹槽到钢管处的长度为3cm，400/35型号耐张钢锚中钢管的总长度达到14.2cm。完成耐张钢锚与铝管的压接后，钢管U型环与铝管顶部之间的距离为8.2cm。
在新建的高压线路中，一共存在13基耐张塔、312个耐张压接管。对高压线路进行竣工验收检验，检验出53只不达标的压接管，占所有检验压接管数量的17%。耐张接管中的铝管压痕与钢锚U型环之间的距离为16.2cm。其中。靠左的铝管段压接为7.2cm，这表示钢芯接管（没有被压）的铝管过压为1.2cm，靠右的钢管长度为9cm，这表示钢锚段上至少存在0.8cm的铝管欠压[3]。
耐张接管中U型环与铝管压痕之间的距离是11cm，从表面上可以观察到钢锚段中铝管液压超过6cm，但尚未达成标准长度14.2cm，即耐张接管锚头中凹槽没有和铝管相压接，这说明6cm铝管压接段都落在了光钢锚段中。同时，检测出的不达标耐张压接管大部分都存在1或2个没有压接的凹槽。
此外，存在少数耐张压接管的不压区存在业界尺寸不一致的想象，产生这一问题的主要原因在于当前架空导线的施工过程多采取高空平衡挂线的手段，就是当架空导线松弛到一定状态后，压接工作人员就在耐张塔额钢丝绳上展开压接工作，由于悬空的作业环境不具备良好的稳定性，导致耐张压接管的压接尺寸存在一定偏差，但监管人员也无法在高空环境中进行密切的监督，增加了隐蔽项目施工质量的不可靠性[4]。
3耐张接管压接尺寸与机械荷载试验
3.1耐张管压接尺寸试验
基于高压输电线路检验出的不达标耐张压接管压接尺寸，分别将其数据进行复制，并与达标铝管展开对比研究，检验分析结果如表2所示，括号内数值表示压接端痕与U型环之间的长度。
表2达标与不达标耐张压接管检验分析
Tab.2Inspection and analysis of tensile and crimping pipes that meet and fail to meet standards
压接情况
无钢芯，没有压到凹槽（11.5cm）
无钢芯，压到1个凹槽（12.1cm）
无钢芯，压到2个凹槽（14.7cm）
钢芯标准压接，没有压到凹槽（11.8cm）钢芯标准压接，不压区过压（16.1cm）钢芯标准压接，不压区过压（17.1cm）钢芯标准压接，压到2个凹槽（14.3cm）标称值（kN）
93.78
93.78
93.78
93.78
93.78
93.78
93.78
检验值（kN）
15.45
61.75
79.85
70.05
94.1
94.1
94.1
百分比（%）
16.4
65.8
85.1
74.7
100.34
100.34
100.34
拉力检验结果
铝管拉出
铝管拉出
铝管被拉断
钢芯被拉断
达标
达标
达标
结合表2信息可知，架空导线钢芯不压接，铝管在钢管上的压接长度为6cm，耐张压接管对于架空导线破断力，仅能分担16.4%；铝管在钢管上进行压接的长度为6cm，同时压接处存在1个凹槽，此时，耐张压接管能够承担65.8%的架空导线破断力。
当架空导线钢芯压接发到标准要求，且铝管压接长度达到了6cm的标准长度，但是铝管没有将2个凹槽进行压接，此时，耐张接压管对于破断力的承受水平为70.05%；当架空导线钢芯不压接，且铝管在钢管上的压接长度达到6cm并压住2个凹槽时，耐张接压管对于破断力的承受水平达到了85.1%。
由此可得，必须保证铝管的压接尺寸达到标准长度与位置。按标准进行压接、超过标准的试验管虽然检测结果为合格，但是在过压环境下，凹槽处的铝管会出现剪切损伤，并在较长使用周期中，使耐张铝管受到振动波、交变力等方面的影响，进而加重耐张导线损伤处的荷载。因此。有必要严格控制不压区，避免出现过压的情况，保障架空导线的安全性运行[5]。
3.2耐张压接管荷载拉力试验
钢芯铝绞线属于加强型导线，为强化导线的安全性、长效性运行，需要对导线及其相应配套设施进行分析，保证导线在高压输电线路的实际应用过程中具有良好的荷载、抗磨损、抗震动能力[6]。
架空导线开始建设之前，就需要对相关导线、液压管、钢膜等试件进行检验。导线的额定抗拉力在75.19kN。实验第1步是将导线拉至额定拉力的一半，即实验导线拉力为37.595kN，保载时间为120s；第2步，将导线拉至额定拉力的95%，即实验导线拉力为71.4305kN，保载时间为60s；第3步，将导向及耐张线夹的最大脱力与相应时间进行曲线绘制，基于拉力试验，可得不同压接尺寸的拉力水平，检测结果如表3所示[7]。
表3差异化压接尺寸拉力检测
Tab.3Differential crimp size pull test
序号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
钢芯插入
深度
13.48
15.11
27.23
45.61
54.72
61.66
70.79
86.98
95.04
112.99
50%拉力是否出
现拉断或拉脱
否
否
否
否
否
否
否
否
否
否
否
95%拉力是否出
现拉断或拉脱
A端铝管断裂
B端钢芯脱落
A端钢芯脱落
枣庄学院学报B端钢芯脱落
A端钢芯脱落
否
否
否
否
否
否
最大拉力
（kN）
46
46.5
49
56.5
68
77.5
给据邮件
78
77
71.5
77.5
78.1
由表3数据可知，当钢芯插入0mm时，铝膜承受力为46kN。当铝膜只压接铝管防水膜时，钢芯能够承受47.5kN的拉力；当钢芯插入45.61mm时，导线的
实际拉力已不符合拉力需求；当钢芯插入54.72mm 时，导线的实际拉力符合标准需求；当钢芯插入86.98mm 时，导线在处于第二阶段时出现断裂，产生之一问题的主要原因在于：导线在压接过程中，被锯条将钢芯损坏，但这一现象并不具备普遍性与代表性。导线的拉断力是其钢芯及铝股拉断力相加总和，尽管二者延伸率相差较大，但是，在多次试验后，明确了这一理论的正确性。
020406080100120140160180200220240
10095908580757065605550454035302520151050
时间/S
红河学院学报
力/k N
未压接铝膜
导线拉力
钢芯压接0mm 导线拉力
图1导线拉力实验检测Fig.1Test of wire tension
结合图1信息可知，钢芯与铝膜所具备的拉断力承受水平相差不大。因此，不管压接钢芯还是压接铝膜，都必须严格遵照标准进行操作，以此保证导线质量及拉断力符合建设要求，能够向高压输电线路提供良好、长效的压接效果与机械负荷[8]
。
102030405060708090100110120
90807060504030钢芯插入深度/m 导线最大拉力/k N
插入深度与拉力曲线
图2钢芯插入深度与拉力关系曲线图
Fig.2The relationship between steel core insertion depth
and tensile force
结合表3与图2可知，当铝管处于正常标准状态下，钢芯插入钢锚的深度必须超过50mm ，只有超过50mm ，才能达到导线的拉力标准。插入深度一旦小于50mm ，此导线将会判定为不合格导线，需要进行
重新压接。
4
类似事故产生原因及解决措施
4.1故障发生背景
某电业局新进程的高压输电线路共出现3只耐张
压管钢芯断裂、钢锚脱落的问题。在后续的事故检查中发现，耐张压接铝管没有严格根据标准进行压接，在尺寸与凹槽处均出现问题，与上述竣工检验查出的压接情况相似。
当导线处于覆冰、大风或者低温等环境状态时，其承受最大荷载张力，且超出导线的钢芯破断力，原本用来承受60%破断力的界面没有严格按照规定尺寸进行压接，使导线出现钢芯断裂、钢锚脱落或避雷线压接管掉线等事故。4.2缺陷补救方案4.2.1
补压法
在实施补压前，需要精准预判补压长度及位置，
避免无效补压或补压过长，影响外部铝管过渡延长，从而使铝管中的钢芯出现断裂现象。能够应用补压法的的情况有以下2种：①漏压出现在钢锚及铝管压接的范围内，凹槽内漏压或少压，且该部分处于U 形环侧。进行补压时，不会出现压接管内部受力不均的问题；②漏压问题出现在导线及铝管的压接范围内，且漏压或少压部分处于铝管上。在此情况下进行补压则不会导致受力变化。进行补压操作时，应要个按照标准进行压接，保证补压范围小于没有压接铝管上的10mm ，否则将会增大压接管内
部的受力，降低耐张线夹的稳定性与安全性。实施补压法时，需要格外关
注架空导线耐张线夹的作用，应通过卡线器及手扳葫芦，放松耐张线夹，使其保持不受力状态，从而展开补压作业，避免施工过程中出现跑线问题，从而导致三跨事故[9]。4.2.2
预绞丝接续条补强
通过检测仪检测出架空导线内部接续管中有压接
错位或缺陷的时候，能够利用预绞丝接续条补强进行修护。在使用预绞丝接续条补强之前，首先需要将导线表层的氧化膜清除掉；其次，将导电脂均匀涂抹至导线表层；最后，把预绞丝接续条以组为单位，紧密缠绕至接续管与导线上。4.2.3
导线耐张备份线夹
当架空导线所用耐张线夹出现漏压、欠压的情况
时，能够通过使用导线耐张备份线夹进行替换。在缠
绕备份线夹之前，首先，需要将导线表层的氧化膜进行清楚；其次，在导线上均匀涂抹导电脂；最后，
把备份线夹缠绕至导线上。须注意，备份线夹和耐张金具之间的连接必须紧密可靠，不可过于松弛[10]。
5结语
在高压输电线路架空导线建设项目中，必须严格按照压接规程及验收标准进行规范性施工、检验及测量，以此保证架空导线耐张接压管压接尺寸与机械荷载质量的正确性、有效性。施工及监理单位应遵循
SDJ226规定，不能使压接导线出现过压、欠压的问题。完成压接后，需要对压接尺寸展开重新测量，并在耐张压接管上做出相应标记。结合实际情况，监理人员需进一步强化地面施工质量，提高架空导线耐张压接管的压接质量，保障高压输电线路的稳定运行。
参考文献
[1]韩宏文，冉洋，高雷.接线端子电磁脉冲压接工艺仿真及验证[J].激光杂志,2020,41（10）:111-116. [2]李成祥，杜建，陈丹，等.基于电磁脉冲成形技术的电缆接头压接装置的研制及实验研究[J].高电压技术, 2020,46（08）:2941-2950.[3]庞锴，吕中宾，都元祥，等.输电线路耐张线夹压接长度对其抗拉承载力及失效模式的影响分析[J].科学技术与工程,2020,20（23）:9384-9392.
2003赤裸天使
[4]李辉，龙海洋，姚然，等.不同封装形式压接型IGBT器件的电-热应力研究[J].电力自动化设备,2020,40（08）: 76-84.
[5]徐望圣，孙志林，谢亿，等.500kV输电线路耐张线夹钢锚断裂分析[J].矿冶工程,2020,40（02）:144-146+153.
[6]李发永，王士君，燕飞东，等.引线接头处理对冷压接工艺质量的影响[J].变压器,2019,56（08）:11-13. [7]周静，康升扬，李辉，等.内部压力不均对压接式IGBT 器件电热特性的影响分析[J].电工技术学报,2019,34（16）:3408-3415.
[8]王炜，袁奇，顾俊杰，等.X射线无损探伤技术在检测输电线路压接金具中的应用[J].上海交通大学学报, 2018,52（10）:1189-1194.
[9]陈俊，秦怡宁，熊细涛，等.输电线路压接质量检测装置的研究和设计[J].电测与仪表,2017,54（24）:50-56+ 72.
[10]王若民，詹马骥，季坤，等.高压输电用耐张线夹失效的原因[J].机械工程材料,2017,41（03）:112-116.
3结语
1）根据某加工中心的实际情况，在SolidWorks 环境下实现了建模，利用ANSYS软件出了原结构的薄弱环节并进行了改进。
2）对卡爪和手臂整体进行优化，相比之前的重量有明显下降，保证了材料的利用率和结构的改进，质量的下降也导致了转动惯量减小，为实现换刀过程快速稳定提供了理论依据。
3）但仍需进一步研究换刀过程的可靠性问题，从而实现换刀过程的平稳、准确、快速。
参考文献
[1]李剑玲，贺炜，丁毅.一种换刀机械手卡爪夹紧机构的设计[J].组合机床与自动化加工技术,2003（9）:48-50. [2]陈爱虎，罗生梅.数控机械手换刀精度优化控制仿真[J].计算机仿真,2017（7）:345-349.
[3]牛军燕，唐永涛.基于ANSYS的自动换刀机械手的有限元分析[J].技术与市场,2014（5）:9-13.
[4]张祺，候力，刘松，等.加工中心换刀机械手控制系统研究[J].组合机床与自动化加工技术,2010（8）:42-44. [5]夏仰球.盘式刀库及机械手可靠性设计与分析[D].南京：南京理工大学,2013.
[6]李加明，陶卫军.自动换刀装置发展现状及其关键技术[J].机床与液压,2013（5）:174-160.
[7]董海洋.高速数控加工中心自动换刀装置机械手优化及动态测试平台检测[D].北京：北京邮电大学,2013.
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