國網(wǎng)揚州供電公司 高曉寧 國網(wǎng)淮安供電公司 張 冬 國網(wǎng)無錫供電公司 張 科 重慶德普電氣有限公司 歐 波

異型并溝線夾在電力系統(tǒng)低壓側(cè)和高壓側(cè)應(yīng)用廣泛，適用干線與支線連接、耐張引線連接、跳線連接以及配電變臺引下線、出線，柱上開關(guān)避雷器、PT等連接，對配網(wǎng)架空線路的安全可靠運行具有重要作用。目前，市場應(yīng)用較多的是傳統(tǒng)異型并溝線夾，有不同的線徑規(guī)格可供選用，但由于其材料屬性限制，以及彈性墊圈形變不夠，長期使用過程中接觸面容易過熱損壞，可靠性不足。為此，Q/GDW 10370-2016《國家電網(wǎng)公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)配電網(wǎng)技術(shù)導(dǎo)則》中要求傳統(tǒng)異型并溝線夾限制使用：導(dǎo)線非承力接續(xù)不應(yīng)使用傳統(tǒng)依賴螺栓壓緊導(dǎo)線的并溝線夾，應(yīng)選用螺栓J型、螺栓C型、彈射楔形、液壓型等依靠線夾彈性或變形壓緊導(dǎo)線的線夾[1]。本文基于此背景對傳統(tǒng)異型并溝線夾進行改進設(shè)計，提升其性能，擴展異型并溝線夾的應(yīng)用場景。

1 結(jié)構(gòu)改進

傳統(tǒng)異型并溝線夾由線夾座、線夾蓋（整體式或分體式）、弧形墊片（整體式或分體式）和緊固件（包括螺栓、平墊和開口墊圈）組成，如圖1所示。傳統(tǒng)線夾因其材質(zhì)、表面處理工藝、緊固效果等方面的局限性造成了其固有的缺陷[2]，改進線夾針對上述內(nèi)容逐個優(yōu)化，同時消除了不利于不停電作業(yè)的因素。

圖1 傳統(tǒng)異型并溝線夾

1.1 本體改進

一是材質(zhì)改進。異型并溝線夾多采用低強度鋁合金制成，材質(zhì)軟、強度低、蠕變大，尤其是線夾接觸面壓力大，電流分布密，工作溫度高，長期工作易發(fā)生持續(xù)塑性變形，導(dǎo)致接觸力逐步下降，引起接觸不良。改進型異型并溝線夾本體使用6系高強度、高導(dǎo)電率鋁合金擠壓型材，具有強度高、蠕變小的優(yōu)點，同時提高了產(chǎn)品導(dǎo)電率和抗蝕性，機械性能穩(wěn)定。

二是表面處理工藝改進。傳統(tǒng)線夾表面處理多采用酸洗除油工藝，長期使用后氧化較嚴(yán)重，而且同款線夾只能使用固定材質(zhì)的導(dǎo)線連接；改進型異型并溝線夾表面則采用電鍍層處理，同一線夾可適合連接銅質(zhì)導(dǎo)線和鋁質(zhì)導(dǎo)線。異型并溝線夾服役于戶外環(huán)境，其傳統(tǒng)型由于存在異種金屬接觸問題，容易發(fā)生電化學(xué)電偶腐蝕，使接觸面接觸惡化，接觸電阻變大；而改進型異型并溝線夾則通過使用中間電極電位的金屬電鍍來弱化電化學(xué)反應(yīng)，有效緩解銅鋁直接接觸時的電化學(xué)腐蝕，提高電接觸的機械和電氣穩(wěn)定性。

1.2 緊固件改進

一是采用錐形彈性墊圈。傳統(tǒng)異型并溝線夾緊固件使用的是平墊和普通彈性墊圈，補償力有限，導(dǎo)線蠕變和熱脹冷縮對導(dǎo)線連接面的接觸效果影響較大，常因為接觸電阻過大而燒壞線夾及導(dǎo)線。改進型異型并溝線夾使用的是錐形彈性墊圈，如圖2所示，對線夾長期使用過程中的熱脹冷縮的補償力好，能有效防止導(dǎo)線蠕變造成的預(yù)緊力損失。彈性墊圈的作用是作為螺栓預(yù)緊力的補償，當(dāng)其處于有效工作區(qū)域內(nèi)，壓力與行程關(guān)系為線性；當(dāng)處于無效工作區(qū)域時，則無法提供有效的螺栓預(yù)緊力補償。

圖2 改進型異型并溝線夾

普通彈性墊圈的扭力補償特性為拋物線，一般處于無效區(qū)內(nèi)，無法提供有效的螺栓預(yù)緊力補償；而錐形彈性墊圈的軸向尺寸較小而徑向尺寸較大，其能在較小的變形條件下，承受變化范圍較大的軸向載荷。普通彈性墊圈的補償力到一定程度后，會隨著螺栓預(yù)緊力的增加反而減少，而錐形彈性墊圈的補償力則隨著螺栓預(yù)緊力的增加，可達到有效預(yù)警[3]。按照足夠高的預(yù)緊力安裝后，錐形彈性墊圈可防止由于變形和蠕變造成的預(yù)緊力損失，動態(tài)補償初始力矩值下降，維持穩(wěn)定的連接壓力和接觸電阻。

二是采用力矩螺母。改進型異型并溝線夾使用力矩螺母，能保證不同人員操作時擰緊力矩值恒定。施加于力矩螺母的擰緊力達到設(shè)定值時力矩帽會斷落，安裝時只要保證擰斷力矩帽就可以保證不同人員操作時螺栓的力矩值保持恒定，從而保證安裝質(zhì)量。

1.3 帶電作業(yè)便捷性改進

傳統(tǒng)并溝線夾帶電作業(yè)多采用絕緣手套法，如圖3所示。螺栓大，不方便操作，其中進線、調(diào)整線夾、擰螺絲都較為困難，而且因為電火花和粘連現(xiàn)象的存在，操作有安全風(fēng)險。而本產(chǎn)品經(jīng)過改進，除可方便絕緣手套法作業(yè)外，還可實現(xiàn)使用絕緣桿法作業(yè)，如圖4所示。改進型異型并溝線夾在傳統(tǒng)異型并溝線夾基礎(chǔ)上，進行如下改進：

圖3 絕緣手套法（傳統(tǒng)異型并溝線夾）

圖4 絕緣桿操作法（改進型異型并溝線夾）

一是線夾底座設(shè)計有配合夾緊絕緣桿的“T”型掛接位，方便絕緣桿夾接頭直接接入，省掉了絕緣桿夾接頭夾緊的操作。

二是中間線夾蓋為單邊線槽設(shè)計，相比傳統(tǒng)線夾裁剪了一個線槽。中間線夾蓋線槽用來固定分支導(dǎo)線，且分支導(dǎo)線是處于斷電的情況下操作，避免了操作人員觸電安全隱患。

三是兩側(cè)線夾蓋及弧形墊片在一側(cè)增加了連體設(shè)計。傳統(tǒng)線夾的線夾蓋及弧形墊片都是分體的，擰緊螺栓時經(jīng)常會發(fā)生線夾蓋間或弧形墊片間旋轉(zhuǎn)晃動造成的相互碰撞，安裝效率低，甚至安裝質(zhì)量難以保證；改進后的兩側(cè)連體線夾蓋及弧形墊片避免了分體線夾蓋及弧形墊片間的旋轉(zhuǎn)晃動，減少了碰撞概率，從而提高了安裝的便捷性。

2 應(yīng)用研究

針對上述設(shè)計改進，筆者制作了改進型異型并溝線夾的樣機，按照國標(biāo)GB/T 2317.1-2008[4]、GB/T 2317.3-2008[5]和GB/T 2317.4-2008進行相關(guān)試驗，并與傳統(tǒng)異型并溝線夾進行數(shù)據(jù)測試比較。

2.1 熱循環(huán)試驗

為評估改進線夾在長期使用中的電氣性能，進行熱循環(huán)試驗，如圖5所示。若線夾通過熱循環(huán)試驗后，其電阻值穩(wěn)定，線夾的溫度不超過與線夾連接的導(dǎo)線的溫度，則可判定線夾具有良好的長期運行性能。

圖5 熱循環(huán)試驗

表1為傳統(tǒng)異型并溝線夾的初始電阻比數(shù)據(jù)，對于240mm2導(dǎo)線規(guī)格的線夾JB-4初始電阻比為1.07，接近于國標(biāo)要求的最大值1.1。

表1 傳統(tǒng)異型并溝線夾初始電阻比測試數(shù)據(jù)

對改進型異型并溝線夾樣品1#～6#進行100次熱循環(huán)試驗的電阻測試數(shù)據(jù)見表2。相比之下，改進型異型并溝線夾240mm2導(dǎo)線規(guī)格的線夾初始電阻比為0.6左右，接觸電阻比傳統(tǒng)線夾低5～10μΩ。試驗過程中的電阻比變化如圖6所示，可知電阻比率最大為0.85，遠(yuǎn)小于國標(biāo)要求的1.1。同時，國標(biāo)要求樣品表面溫度不得超過參照導(dǎo)線的溫度，為此開展改進型異型并溝線夾溫度測試評估，數(shù)據(jù)結(jié)果見表3，同時為了更直觀表明熱循環(huán)實驗的溫度比變化，繪制了線夾溫度比曲線圖（如圖7所示）。從表3和圖7可看出，試樣平均溫度小于參考導(dǎo)線溫度，溫度比傳統(tǒng)線夾低35～50K，符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

表2 改進型異型并溝線夾電阻測試數(shù)據(jù)

表3 改進型異型并溝線夾溫度測試數(shù)據(jù)

圖6 改進型異型并溝線夾電阻比（樣品/參考導(dǎo)線）曲線圖

圖7 改進型異型并溝線夾溫度比（樣品/參考導(dǎo)線）曲線圖

2.2 握力試驗

線夾在線路正常運行情況下，對導(dǎo)線應(yīng)具有一定握力，即此時導(dǎo)線不允許從線夾中滑出，且線夾對導(dǎo)線無破壞。按國標(biāo)測試要求分別對樣品1#～3#進行握力試驗（如圖8所示），試驗數(shù)據(jù)見表4。結(jié)果表明，試驗值均大于國標(biāo)要求值7.52kN，導(dǎo)線相對金具無滑移，且無損壞，符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

圖8 握力實驗

表4 握力試驗數(shù)據(jù)

本文針對傳統(tǒng)異型并溝線夾長期使用可靠性不足的問題進行了本體結(jié)構(gòu)和緊固件的相應(yīng)改進，從試驗結(jié)果來看，完全滿足國標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)，并優(yōu)于傳統(tǒng)異型并溝線夾的性能。

一是本體采用6系鋁合金擠壓型材，導(dǎo)電率高，強度大，提高了產(chǎn)品導(dǎo)電率和抗蝕性；緊固件使用錐形彈性墊圈和力矩螺母，保證了線夾和導(dǎo)線之間穩(wěn)定的連接壓力和較小的接觸電阻，與傳統(tǒng)線夾相比，極大提升了線夾長期使用的可靠性和電網(wǎng)安全水平；二是通過不停電作業(yè)設(shè)計，改進型異型并溝線夾可使用絕緣桿法操作，提高作業(yè)效率和安全性，有利于廣泛開展不停電作業(yè)；三是對于異型并溝線夾的絕緣恢復(fù)，通過絕緣罩配套設(shè)計，可適應(yīng)絕緣導(dǎo)線的絕緣等級要求，可實現(xiàn)導(dǎo)線連接部位的絕緣恢復(fù)。