范 楊，汪 建，李一鳴，胡龍江，程 繩，吳 軍，魯少軍

（1.國(guó)網(wǎng)湖北省電力有限公司檢修公司，湖北 武漢430050；2.武漢輕工大學(xué)，湖北 武漢430048）

0 引言

輸電線路耐張線夾在線路運(yùn)行過(guò)程中不僅要承受所通過(guò)的電荷載，而且還承擔(dān)導(dǎo)線或地線的張力，在保障線路安全運(yùn)行上起著至關(guān)重要的作用。耐張線夾施工屬于隱蔽工程，內(nèi)部鋼芯斷裂、壓接深度不足等內(nèi)部缺陷常規(guī)手段難以檢測(cè)。近年來(lái)因?yàn)槟蛷埦€夾斷裂引起的倒塔斷線事故屢次發(fā)生［1-9］。

在架空導(dǎo)線與耐張線夾在壓接過(guò)程中，由于操作人員未能完全按照相關(guān)工藝規(guī)程進(jìn)行壓接，將導(dǎo)致耐張線夾與導(dǎo)線出現(xiàn)壓接質(zhì)量缺陷。輸電線路壓接完成后，壓接管內(nèi)部缺陷不易發(fā)現(xiàn)，內(nèi)部有可能會(huì)有鋼芯斷股、壓接深度不足、鋼錨防滑槽漏壓、欠壓等典型缺陷，嚴(yán)重降低了輸電線路載流量和機(jī)械強(qiáng)度，影響輸電線路的安全運(yùn)行［10-12］。

通過(guò)對(duì)不同壓接工況下不同型號(hào)導(dǎo)線進(jìn)行拉斷力分析和試驗(yàn)，獲得了超特高壓輸電線路不同型號(hào)耐張線夾在典型壓接工況下的綜合強(qiáng)度和薄弱環(huán)節(jié)，最后分析不同導(dǎo)線型號(hào)耐張線夾的受力規(guī)律，總結(jié)耐張線夾壓接工藝質(zhì)量控制的要點(diǎn)，制定耐張線夾質(zhì)量管控措施。

1 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

1.1 試驗(yàn)基本思路

本文為了分析實(shí)際輸電線路中耐張線夾壓接強(qiáng)度的規(guī)律，這里對(duì)典型的4 種截面的導(dǎo)線進(jìn)行了試驗(yàn)和分析，四種導(dǎo)線的型號(hào)和基本參數(shù)表1所示。

表1 四種導(dǎo)線的型號(hào)參數(shù)Table 1 Type parameters for four types of conductors

在對(duì)4 種不同規(guī)格的導(dǎo)線進(jìn)行壓接時(shí)，對(duì)每一種導(dǎo)線分別采取了只壓鋼芯、只壓凹槽和鋼芯凹槽均壓接3種方案進(jìn)行壓接，其中凹槽的壓接模數(shù)從0到最大模數(shù)依次進(jìn)行試驗(yàn)。每一根導(dǎo)線的兩側(cè)都進(jìn)行壓接，一側(cè)為按照耐張線夾的壓接工藝正常進(jìn)行壓接，另一側(cè)模擬各種不同缺陷，壓接完成后進(jìn)行拉斷力試驗(yàn)，獲取拉斷力值以及拉斷薄弱點(diǎn)。同時(shí)，根據(jù)電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《DL/T 5285—2018 輸變電工程架空導(dǎo)線（800 mm2）及地線液壓壓接工藝規(guī)程》中的要求，耐張線夾的握著力不應(yīng)小于導(dǎo)線額定拉斷力的95%，可以通過(guò)拉斷力數(shù)值判斷不同工況下耐張線夾是否符合要求［13-16］。為確保能夠?qū)航硬煌?shù)凹槽的耐張線夾強(qiáng)度進(jìn)行準(zhǔn)確分析，采用X 光檢測(cè)技術(shù)對(duì)壓接完成后的耐張線夾進(jìn)行拍片檢查。［17-21］

1.2 綜合強(qiáng)度計(jì)算公式

1）鋁管與鋼錨未壓，鋼芯壓接。由于此時(shí)耐張線夾不壓區(qū)斷面，僅有鋼錨受力，外部施加的拉力全部作用在鋼錨上，不壓區(qū)內(nèi)部鋼錨處由兩部分組成，一部分為對(duì)鋼芯壓接后的鋼錨，一部分為長(zhǎng)度較短的一段未壓的鋼芯，該段鋼芯在拉力逐漸增加的過(guò)程中會(huì)先于鋼錨斷裂。這種情況下的耐張線夾的綜合拉斷力為鋼芯的拉斷力F，為Nmax= F。

鋼芯強(qiáng)度的計(jì)算：鋼芯的拉斷力可用單絲鋼芯的破斷應(yīng)力乘以鋼芯的總面積來(lái)計(jì)算：F= σ鋼× S鋼，其中F，σ鋼，S鋼分別為鋼芯的拉斷力、破斷應(yīng)力和鋼芯面積。對(duì)于不同型號(hào)鋼芯的拉斷應(yīng)力不同，一般在1 500 MPa 和1 600 MPa 之間，鋼芯面積可通過(guò)鋼芯鋁絞線的型號(hào)得知。

凹槽提供的握力計(jì)算：鋁管與鋼錨壓接后會(huì)在凹槽處形成一個(gè)凸起部位，凸起部位與鋁管公共接觸面可提供剪切力，可提供的最大剪切力為= m ×σ剪× π × D × l，其中σ剪，D，l 分別為鋁管的最大剪切應(yīng)力，鋼錨外層直徑和凹槽的寬度，m為壓接良好的凹槽數(shù)量。鋁管的最大剪切應(yīng)力一般約為80 MPa 在實(shí)際計(jì)算中可以先計(jì)算出一個(gè)凹槽能提供的咬合力，多個(gè)凹槽壓接提供的最大咬合力乘以相應(yīng)的倍數(shù)即可。

1.3 不同工況下拉斷力試驗(yàn)檢測(cè)對(duì)比分析

1.2.1 只壓接鋼芯

耐張線夾只壓鋼芯的情況其拉斷機(jī)理較為簡(jiǎn)單，其本質(zhì)為鋼絞線的拉斷試驗(yàn)，拉斷力為單絲鋼芯抗拉強(qiáng)度與截面的乘積［22-24］。只壓鋼芯時(shí)由于不涉及隱蔽工程環(huán)節(jié)，因此無(wú)需對(duì)其進(jìn)行X光檢測(cè)［25-27］。

1.2.2 只壓接凹槽

此時(shí)對(duì)于鋁管而言，凹槽對(duì)于鋁管的咬合力等于鋁管的張力。根據(jù)力的平衡原理，鋁管拉力、鋁管與鋼錨咬合力、導(dǎo)線拉力和外部施加拉力四者相等。在拉力增大過(guò)程中，首先達(dá)到鋁管拉力、鋁管與鋼錨咬合力、導(dǎo)線拉力中的最小值時(shí)，相應(yīng)的部位則會(huì)發(fā)生破 壞，具體拉斷力計(jì)算過(guò)程參考綜合強(qiáng)度計(jì)算公式。

表3 只壓凹槽工況下的試驗(yàn)結(jié)果Table 3 Test results under pressure groove condition

1.2.3 鋼芯壓接，凹槽部分壓接

在實(shí)際輸電線路的耐張線夾壓接中，最多的缺陷是鋼芯壓接良好而凹槽未全部壓接。當(dāng)耐張線夾強(qiáng)度明顯強(qiáng)于導(dǎo)線拉斷力時(shí)，耐張線夾未被破壞時(shí)，導(dǎo)線就會(huì)出現(xiàn)斷股［28-30］，具體拉斷力計(jì)算過(guò)程參考綜合強(qiáng)度計(jì)算公式。

表4 鋼芯壓接，凹槽部分壓接工況下的試驗(yàn)結(jié)果Table 4 Test results of steel core pressing and groove partially pressing

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 JL/G1A-400/35導(dǎo)線壓接結(jié)果分析

400/35導(dǎo)線耐張線夾的鋼芯強(qiáng)度占耐張線夾整體拉斷強(qiáng)度的比例約為50.91/（50.91+79.54）=38%，鋁材部分（凹槽及鋁管）強(qiáng)度占比約為62%，相比鋼芯不承力（鋼芯斷裂）情況，鋁材部分不承力（一槽未壓）缺陷更為危急。

400/35導(dǎo)線在鋼芯壓接良好情況下，鋼錨只壓接1凹槽，其拉斷力值在導(dǎo)線額定拉斷力值附近，還需要補(bǔ)壓1槽才可滿足安全要求。

2.2 JL/G1A-500/45導(dǎo)線壓接數(shù)據(jù)分析

500/45導(dǎo)線耐張線夾的鋼芯強(qiáng)度占耐張線夾整體拉斷強(qiáng)度的比例約為63.01/（63.01+117.85）=35%，鋁材部分（凹槽及鋁管）強(qiáng)度占比約為65%，相比鋼芯不承力（鋼芯斷裂）情況，鋁材部分不承力（一槽未壓）缺陷更為危急。

500/45 導(dǎo)線在鋼芯壓接良好情況下，鋼錨壓接2凹槽和3 凹槽時(shí)，其拉斷力值遠(yuǎn)高于導(dǎo)線額定拉斷力值，可滿足安全條件，不需要再進(jìn)行補(bǔ)壓。

2.3 JL/G1A-630/45導(dǎo)線壓接數(shù)據(jù)分析

630/45導(dǎo)線耐張線夾的鋼芯強(qiáng)度占耐張線夾整體拉斷強(qiáng)度的比例約為63/187.36=34%，鋁材部分（凹槽及鋁管）強(qiáng)度占比約為66%，相比鋼芯不承力（鋼芯斷裂）情況，鋁材部分不承力（一槽未壓）缺陷更為危急。

630/45 導(dǎo)線在鋼芯壓接良好情況下，鋼錨壓接2凹槽和3 凹槽時(shí)，其拉斷力值遠(yuǎn)高于導(dǎo)線額定拉斷力值，可滿足安全條件，不需要再進(jìn)行補(bǔ)壓。

2.4 JL/G2A-720/50導(dǎo)線壓接數(shù)據(jù)分析

720/50導(dǎo)線耐張線夾的鋼芯強(qiáng)度占耐張線夾整體拉斷強(qiáng)度的比例約為80.58/225.1=36%，鋁材部分（凹槽及鋁管）強(qiáng)度占比約為64%，相比鋼芯不承力（鋼芯斷裂）情況，鋁材部分不承力（一槽未壓）缺陷更為危急。

720/50 導(dǎo)線在鋼芯壓接良好情況下，鋼錨壓接3凹槽及以上時(shí)，其拉斷力值遠(yuǎn)高于導(dǎo)線額定拉斷力值，可滿足安全條件，不需要再進(jìn)行補(bǔ)壓。

3 分析結(jié)果

由圖1 可以看到，鋼芯在耐張線夾強(qiáng)度占比大約在35%左右，這表明對(duì)于超特高壓輸電導(dǎo)線，鋁的機(jī)械強(qiáng)度相比鋼芯發(fā)揮更大的作用。

圖1 不同截面導(dǎo)線強(qiáng)度鋁、鋼強(qiáng)度占比Fig.1 Strength ratio of aluminum and steel with different section

對(duì)于耐張線夾而言，鋼錨的凹槽并不需要全部壓滿就能夠滿足強(qiáng)度要求，這與導(dǎo)線截面大小，以及所使用的線夾有關(guān)。表5 為400/35—720/50 導(dǎo)線耐張線夾所需要壓接的最小鋼錨凹槽數(shù)量、每個(gè)凹槽所能提供的咬合力及鋼芯拉斷力。

表5 不同截面積導(dǎo)線耐張線夾所需壓接的最小鋼錨凹槽數(shù)量Table 5 Minimum number of steel anchor grooves required for compression of tensioning clamps for conductors of different cross-sectional areas

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)理論分析或者進(jìn)行拉力試驗(yàn)?zāi)軌蛴?jì)算出任何一種壓接工藝下的耐張線夾強(qiáng)度和薄弱環(huán)節(jié)分析，結(jié)合X光檢測(cè)技術(shù)可對(duì)在運(yùn)輸電線路耐張線夾強(qiáng)度做出準(zhǔn)確評(píng)估，而不是盲目采取補(bǔ)壓措施。