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        110~500kV高壓輸電線路架空導(dǎo)線耐張壓接管壓接尺寸與機(jī)械荷載驗(yàn)證

        2021-04-02 04:57:52何旭巖蔣興森
        粘接 2021年3期
        關(guān)鍵詞:鋁絞線鋁管鋼芯

        何旭巖,姜 勇,蔣興森

        (1.國(guó)網(wǎng)浙江省電力有限公司金華供電公司,金華 321001;2.金華送變電工程有限公司,金華 321001)

        在110~500kV 高壓輸電線路中,架空導(dǎo)線具有重要作用,輸電線路項(xiàng)目中利用電力金具壓接進(jìn)行架空導(dǎo)線連接,為規(guī)避高壓輸電線路出現(xiàn)斷線、掉線等運(yùn)行事故,應(yīng)進(jìn)一步驗(yàn)證導(dǎo)線壓接尺寸與機(jī)械荷載;在高壓輸電線路工程中,LGJ-240 及以上型號(hào)的鋼芯鋁絞線和金具通常采取耐張線夾進(jìn)行受力連接。為保證高壓輸電線路標(biāo)準(zhǔn)化壓接,要求耐張壓接管握力必須超過(guò)導(dǎo)線、地線95%的破斷力?;?10~500kV高壓輸電線路建設(shè)項(xiàng)目中出現(xiàn)問(wèn)題,進(jìn)一步分析研究壓接管尺寸、綜合破斷力以及機(jī)械荷載。

        1 鋼芯鋁絞線鋁鋼截面比值和破斷力關(guān)系

        高壓輸電線路中,應(yīng)用較為廣泛的86 型鋼芯鋁絞線型號(hào)共有54 種,鋼鋁截面具備9 種,分別是58%、20%、13%、16%、5%、23%、7%。以往的74型鋼芯鋁絞線共具備3 種結(jié)構(gòu),包括輕型LGJQ 鋼鋁絞線、普通LGJ 鋼鋁絞線以及加強(qiáng)型LGJJ 鋼鋁絞線,3 種鋼鋁絞線的截面分別是12.45%、18.88%、22.7%。以上就是高壓輸電線路中最常使用的12種鋼鋁絞線。鋼鋁絞線的綜合破斷力是建立在鋼芯與鋁股的基礎(chǔ)上,詳細(xì)參數(shù)如表1所示[1]。

        表1 83型鋼芯鋁絞線參數(shù)測(cè)算Tab.1 Parameter measurement and calculation of 83 type steel core aluminum stranded wire

        表1選取83型鋼鋁絞線進(jìn)行對(duì)照,根據(jù)表中數(shù)據(jù)可知,LGJ-95/55導(dǎo)線的截面比是58%,此導(dǎo)線能夠承受計(jì)算破斷力的最大值約為18%,但是鋼芯承受的所有破斷力約為82%;LGJ-400/20 導(dǎo)線的截面比是5%,此導(dǎo)線能夠承受計(jì)算破斷力的最大值約為73%,但是鋼芯承受的所有破斷力約為27%。由此可知,鋼芯鋁絞線自身所具備的鋼鋁截面的差異,胡導(dǎo)致鋁股及鋼芯能夠承受的拉力也具有一定差異。當(dāng)前高壓輸電線路中應(yīng)用較多的普通型鋼芯鋁絞線應(yīng)分擔(dān)超過(guò)60%的架空導(dǎo)線破斷力,才能改變對(duì)鋼芯承擔(dān)大部分架空導(dǎo)線破斷力的不恰當(dāng)認(rèn)知[2]。

        2 耐張壓接管壓接尺寸不達(dá)標(biāo)問(wèn)題及原因

        新建成的110~500kV 高壓變電所開(kāi)口通過(guò)設(shè)置新型雙回路線路,線路材料主要采取2×LGJ-400/35普通型鋼芯鋁絞線。耐張鋼錨在沖鋒式線夾的基礎(chǔ)上,具備雙凹槽,每個(gè)凹槽的大小為3cm,標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定凹槽中的鋁管必壓區(qū)的尺寸必須超過(guò)6cm,即測(cè)量凹槽到鋼管處的長(zhǎng)度為3cm,400/35型號(hào)耐張鋼錨中鋼管的總長(zhǎng)度達(dá)到14.2cm。完成耐張鋼錨與鋁管的壓接后,鋼管U型環(huán)與鋁管頂部之間的距離為8.2cm。

        在新建的高壓線路中,一共存在13 基耐張塔、312 個(gè)耐張壓接管。對(duì)高壓線路進(jìn)行竣工驗(yàn)收檢驗(yàn),檢驗(yàn)出53 只不達(dá)標(biāo)的壓接管,占所有檢驗(yàn)壓接管數(shù)量的17%。耐張接管中的鋁管壓痕與鋼錨U型環(huán)之間的距離為16.2cm。其中。靠左的鋁管段壓接為7.2cm,這表示鋼芯接管(沒(méi)有被壓)的鋁管過(guò)壓為1.2cm,靠右的鋼管長(zhǎng)度為9cm,這表示鋼錨段上至少存在0.8cm的鋁管欠壓[3]。

        耐張接管中U 型環(huán)與鋁管壓痕之間的距離是11cm,從表面上可以觀察到鋼錨段中鋁管液壓超過(guò)6cm,但尚未達(dá)成標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度14.2cm,即耐張接管錨頭中凹槽沒(méi)有和鋁管相壓接,這說(shuō)明6cm鋁管壓接段都落在了光鋼錨段中。同時(shí),檢測(cè)出的不達(dá)標(biāo)耐張壓接管大部分都存在1或2個(gè)沒(méi)有壓接的凹槽。

        此外,存在少數(shù)耐張壓接管的不壓區(qū)存在業(yè)界尺寸不一致的想象,產(chǎn)生這一問(wèn)題的主要原因在于當(dāng)前架空導(dǎo)線的施工過(guò)程多采取高空平衡掛線的手段,就是當(dāng)架空導(dǎo)線松弛到一定狀態(tài)后,壓接工作人員就在耐張塔額鋼絲繩上展開(kāi)壓接工作,由于懸空的作業(yè)環(huán)境不具備良好的穩(wěn)定性,導(dǎo)致耐張壓接管的壓接尺寸存在一定偏差,但監(jiān)管人員也無(wú)法在高空環(huán)境中進(jìn)行密切的監(jiān)督,增加了隱蔽項(xiàng)目施工質(zhì)量的不可靠性[4]。

        3 耐張接管壓接尺寸與機(jī)械荷載試驗(yàn)

        3.1 耐張管壓接尺寸試驗(yàn)

        基于高壓輸電線路檢驗(yàn)出的不達(dá)標(biāo)耐張壓接管壓接尺寸,分別將其數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)制,并與達(dá)標(biāo)鋁管展開(kāi)對(duì)比研究,檢驗(yàn)分析結(jié)果如表2所示,括號(hào)內(nèi)數(shù)值表示壓接端痕與U型環(huán)之間的長(zhǎng)度。

        表2 達(dá)標(biāo)與不達(dá)標(biāo)耐張壓接管檢驗(yàn)分析Tab.2 Inspection and analysis of tensile and crimping pipes that meet and fail to meet standards

        結(jié)合表2信息可知,架空導(dǎo)線鋼芯不壓接,鋁管在鋼管上的壓接長(zhǎng)度為6cm,耐張壓接管對(duì)于架空導(dǎo)線破斷力,僅能分擔(dān)16.4%;鋁管在鋼管上進(jìn)行壓接的長(zhǎng)度為6cm,同時(shí)壓接處存在1 個(gè)凹槽,此時(shí),耐張壓接管能夠承擔(dān)65.8%的架空導(dǎo)線破斷力。

        當(dāng)架空導(dǎo)線鋼芯壓接發(fā)到標(biāo)準(zhǔn)要求,且鋁管壓接長(zhǎng)度達(dá)到了6cm的標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度,但是鋁管沒(méi)有將2個(gè)凹槽進(jìn)行壓接,此時(shí),耐張接壓管對(duì)于破斷力的承受水平為70.05%;當(dāng)架空導(dǎo)線鋼芯不壓接,且鋁管在鋼管上的壓接長(zhǎng)度達(dá)到6cm并壓住2個(gè)凹槽時(shí),耐張接壓管對(duì)于破斷力的承受水平達(dá)到了85.1%。

        由此可得,必須保證鋁管的壓接尺寸達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度與位置。按標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行壓接、超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的試驗(yàn)管雖然檢測(cè)結(jié)果為合格,但是在過(guò)壓環(huán)境下,凹槽處的鋁管會(huì)出現(xiàn)剪切損傷,并在較長(zhǎng)使用周期中,使耐張鋁管受到振動(dòng)波、交變力等方面的影響,進(jìn)而加重耐張導(dǎo)線損傷處的荷載。因此。有必要嚴(yán)格控制不壓區(qū),避免出現(xiàn)過(guò)壓的情況,保障架空導(dǎo)線的安全性運(yùn)行[5]。

        3.2 耐張壓接管荷載拉力試驗(yàn)

        鋼芯鋁絞線屬于加強(qiáng)型導(dǎo)線,為強(qiáng)化導(dǎo)線的安全性、長(zhǎng)效性運(yùn)行,需要對(duì)導(dǎo)線及其相應(yīng)配套設(shè)施進(jìn)行分析,保證導(dǎo)線在高壓輸電線路的實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中具有良好的荷載、抗磨損、抗震動(dòng)能力[6]。

        架空導(dǎo)線開(kāi)始建設(shè)之前,就需要對(duì)相關(guān)導(dǎo)線、液壓管、鋼膜等試件進(jìn)行檢驗(yàn)。導(dǎo)線的額定抗拉力在75.19kN。實(shí)驗(yàn)第1 步是將導(dǎo)線拉至額定拉力的一半,即實(shí)驗(yàn)導(dǎo)線拉力為37.595kN,保載時(shí)間為120s;第2步,將導(dǎo)線拉至額定拉力的95%,即實(shí)驗(yàn)導(dǎo)線拉力為71.4305kN,保載時(shí)間為60s;第3步,將導(dǎo)向及耐張線夾的最大脫力與相應(yīng)時(shí)間進(jìn)行曲線繪制,基于拉力試驗(yàn),可得不同壓接尺寸的拉力水平,檢測(cè)結(jié)果如表3所示[7]。

        表3 差異化壓接尺寸拉力檢測(cè)Tab.3 Differential crimp size pull test

        由表3數(shù)據(jù)可知,當(dāng)鋼芯插入0mm時(shí),鋁膜承受力為46kN。當(dāng)鋁膜只壓接鋁管防水膜時(shí),鋼芯能夠承受47.5kN的拉力;當(dāng)鋼芯插入45.61mm時(shí),導(dǎo)線的實(shí)際拉力已不符合拉力需求;當(dāng)鋼芯插入54.72mm時(shí),導(dǎo)線的實(shí)際拉力符合標(biāo)準(zhǔn)需求;當(dāng)鋼芯插入86.98mm時(shí),導(dǎo)線在處于第二階段時(shí)出現(xiàn)斷裂,產(chǎn)生之一問(wèn)題的主要原因在于:導(dǎo)線在壓接過(guò)程中,被鋸條將鋼芯損壞,但這一現(xiàn)象并不具備普遍性與代表性。導(dǎo)線的拉斷力是其鋼芯及鋁股拉斷力相加總和,盡管二者延伸率相差較大,但是,在多次試驗(yàn)后,明確了這一理論的正確性。

        圖1 導(dǎo)線拉力實(shí)驗(yàn)檢測(cè)Fig.1 Test of wire tension

        結(jié)合圖1信息可知,鋼芯與鋁膜所具備的拉斷力承受水平相差不大。因此,不管壓接鋼芯還是壓接鋁膜,都必須嚴(yán)格遵照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行操作,以此保證導(dǎo)線質(zhì)量及拉斷力符合建設(shè)要求,能夠向高壓輸電線路提供良好、長(zhǎng)效的壓接效果與機(jī)械負(fù)荷[8]。

        圖2 鋼芯插入深度與拉力關(guān)系曲線圖Fig.2 The relationship between steel core insertion depth and tensile force

        結(jié)合表3 與圖2 可知,當(dāng)鋁管處于正常標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下,鋼芯插入鋼錨的深度必須超過(guò)50mm,只有超過(guò)50mm,才能達(dá)到導(dǎo)線的拉力標(biāo)準(zhǔn)。插入深度一旦小于50mm,此導(dǎo)線將會(huì)判定為不合格導(dǎo)線,需要進(jìn)行重新壓接。

        4 類似事故產(chǎn)生原因及解決措施

        4.1 故障發(fā)生背景

        某電業(yè)局新進(jìn)程的高壓輸電線路共出現(xiàn)3只耐張壓管鋼芯斷裂、鋼錨脫落的問(wèn)題。在后續(xù)的事故檢查中發(fā)現(xiàn),耐張壓接鋁管沒(méi)有嚴(yán)格根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行壓接,在尺寸與凹槽處均出現(xiàn)問(wèn)題,與上述竣工檢驗(yàn)查出的壓接情況相似。

        當(dāng)導(dǎo)線處于覆冰、大風(fēng)或者低溫等環(huán)境狀態(tài)時(shí),其承受最大荷載張力,且超出導(dǎo)線的鋼芯破斷力,原本用來(lái)承受60%破斷力的界面沒(méi)有嚴(yán)格按照規(guī)定尺寸進(jìn)行壓接,使導(dǎo)線出現(xiàn)鋼芯斷裂、鋼錨脫落或避雷線壓接管掉線等事故。

        4.2 缺陷補(bǔ)救方案

        4.2.1 補(bǔ)壓法

        在實(shí)施補(bǔ)壓前,需要精準(zhǔn)預(yù)判補(bǔ)壓長(zhǎng)度及位置,避免無(wú)效補(bǔ)壓或補(bǔ)壓過(guò)長(zhǎng),影響外部鋁管過(guò)渡延長(zhǎng),從而使鋁管中的鋼芯出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象。能夠應(yīng)用補(bǔ)壓法的的情況有以下2種:①漏壓出現(xiàn)在鋼錨及鋁管壓接的范圍內(nèi),凹槽內(nèi)漏壓或少壓,且該部分處于U形環(huán)側(cè)。進(jìn)行補(bǔ)壓時(shí),不會(huì)出現(xiàn)壓接管內(nèi)部受力不均的問(wèn)題;②漏壓?jiǎn)栴}出現(xiàn)在導(dǎo)線及鋁管的壓接范圍內(nèi),且漏壓或少壓部分處于鋁管上。在此情況下進(jìn)行補(bǔ)壓則不會(huì)導(dǎo)致受力變化。進(jìn)行補(bǔ)壓操作時(shí),應(yīng)要個(gè)按照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行壓接,保證補(bǔ)壓范圍小于沒(méi)有壓接鋁管上的10mm,否則將會(huì)增大壓接管內(nèi)部的受力,降低耐張線夾的穩(wěn)定性與安全性。實(shí)施補(bǔ)壓法時(shí),需要格外關(guān)注架空導(dǎo)線耐張線夾的作用,應(yīng)通過(guò)卡線器及手扳葫蘆,放松耐張線夾,使其保持不受力狀態(tài),從而展開(kāi)補(bǔ)壓作業(yè),避免施工過(guò)程中出現(xiàn)跑線問(wèn)題,從而導(dǎo)致三跨事故[9]。

        4.2.2 預(yù)絞絲接續(xù)條補(bǔ)強(qiáng)

        通過(guò)檢測(cè)儀檢測(cè)出架空導(dǎo)線內(nèi)部接續(xù)管中有壓接錯(cuò)位或缺陷的時(shí)候,能夠利用預(yù)絞絲接續(xù)條補(bǔ)強(qiáng)進(jìn)行修護(hù)。在使用預(yù)絞絲接續(xù)條補(bǔ)強(qiáng)之前,首先需要將導(dǎo)線表層的氧化膜清除掉;其次,將導(dǎo)電脂均勻涂抹至導(dǎo)線表層;最后,把預(yù)絞絲接續(xù)條以組為單位,緊密纏繞至接續(xù)管與導(dǎo)線上。

        4.2.3 導(dǎo)線耐張備份線夾

        當(dāng)架空導(dǎo)線所用耐張線夾出現(xiàn)漏壓、欠壓的情況時(shí),能夠通過(guò)使用導(dǎo)線耐張備份線夾進(jìn)行替換。在纏繞備份線夾之前,首先,需要將導(dǎo)線表層的氧化膜進(jìn)行清楚;其次,在導(dǎo)線上均勻涂抹導(dǎo)電脂;最后,把備份線夾纏繞至導(dǎo)線上。須注意,備份線夾和耐張金具之間的連接必須緊密可靠,不可過(guò)于松弛[10]。

        5 結(jié)語(yǔ)

        在高壓輸電線路架空導(dǎo)線建設(shè)項(xiàng)目中,必須嚴(yán)格按照壓接規(guī)程及驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行規(guī)范性施工、檢驗(yàn)及測(cè)量,以此保證架空導(dǎo)線耐張接壓管壓接尺寸與機(jī)械荷載質(zhì)量的正確性、有效性。施工及監(jiān)理單位應(yīng)遵循SDJ226 規(guī)定,不能使壓接導(dǎo)線出現(xiàn)過(guò)壓、欠壓的問(wèn)題。完成壓接后,需要對(duì)壓接尺寸展開(kāi)重新測(cè)量,并在耐張壓接管上做出相應(yīng)標(biāo)記。結(jié)合實(shí)際情況,監(jiān)理人員需進(jìn)一步強(qiáng)化地面施工質(zhì)量,提高架空導(dǎo)線耐張壓接管的壓接質(zhì)量,保障高壓輸電線路的穩(wěn)定運(yùn)行。

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