浅谈输电线路金具冻裂的预防

浅谈输电线路金具冻裂的预防

1金具水分散染料的蒸发规律近年来，电压杆和电源的经常出现关于金属丝的裂缝。例如,750kV兰州变电站,采用LGJK-1600扩径导线以及配套金具,于2005年建成开始运行,2006年4月进行检修时发现金具因进水冻裂。又如,2004年四平电力金具研究所在750kV刚性跳线试验时,采用的斜拉杆为φ70mm的钢管,秋天雨水从缝隙进入钢管内,由于水多排不出去,经过一个冬天就冻裂了。输变电工程的金具多数在露天使用,金具暴露在大气中,雨水、露水、雪溶化的水,都可粘缚在金具表面,也可进入到金具内部。金具表面的水,一般通过蒸发使水离开金具。当金具形状类似管状,使用压接工艺对金具进行压接后出现微小间隙时,水通过间隙进入到金具内部,水在这样的环境中就象在出口很小的瓶子中一样,通过蒸发很难离开金具,造成金具内积水越来越多。金具内的水结冰后,理论体积将增大10%,把金具下部撑大。当外部温度提高时,冰融化成水进入下部被撑大的空间,水再结冰时,金具体积进一步增大。特别是在东北地区,温差较大,1天可有1个循环,经过若干个循环后,金具的下部将被冻裂。2基于冻结膨胀的金具应变设:压接施工后在金具内剩余空间为V0,且积水充满空间结成冰,半径为r,径向增加量Δr,高度增加量Δh,见图1。冰和水的质量相同,水的密度d=1g/cm3,冰的密度d1=0.9g/cm3,所以:(3)式展开、简化后得:略去无穷小量得:在一般情况下,金具内剩余空间不大,高度h=0.5~2r,如果水结冰后各方向的膨胀量一样,则Δh=2Δr。经计算:由结冰膨胀使金具产生的应变为:根据表1中材料物理性能:铝以及铝合金的弹性模量E,金具主体材质为纯铝,抗拉强度σ=80~100N/mm2,根据虎克定律:ε=σ/E,金具允许的应变:由(7)、(8)式可看出,金具的允许应变远远小于结冰对金具形成的应变,在水结成冰体积增大部分没有多余的空间时,就会膨胀金具,金具变形量超过材料的塑性变形量,金具就不能恢复原状。中午阳光照射金具,金具内部分冰融化,在金具内形成新的空间。导线上的冰或雪融化形成水,顺间隙进入金具内部新形成的空间,或者上部的水进入下部新形成的空间,晚上水结冰体积进一步膨胀,经过若干次循环后,金具将被冻裂(涨裂)。值得一提的是,金具没有压实时,水容易从很小的间隙中进入金具内剩余空间,结冰时,冰从该间隙挤出的量很小。当h>>r时,由于冰与金具主体之间的摩擦系数很大,在高度上的膨胀是有限的,即剩余空间高度远远大于直径时,上部无论出口大小,由于上部的水可以补充管下部膨胀形成的新空间,所以产生的径向膨胀量完全会冻裂金具。所以,只要剩余空间内有足够的水,就有可能把金具冻裂。3径导线使用后冻裂为了提高导线的载流量,使用扩径导线的工程越来越多。扩径导线使用后,冻裂金具的问题时有发生,其他管状电力金具也有冻裂现象,特别是在温差大的寒冷地区出现冻裂金具现象比较严重。为了预防金具冻裂,应从如下几方面考虑:3.1装金具、进金具严格计算金具与导线的间隙。间隙的设计准则是:导线刚好能装进金具即可。金具与扩径导线的连接采用压接方式连接时,导线内应加装芯棒,芯棒的长度一般长于金具压接长度20mm左右,芯棒与导线间的间隙同样要小。3.2压接模具尺寸由于设备线夹与导线间或导线与芯棒间的间隙不能过小,否则给施工带来困难。扩径导线与金具的连接比普通导线与金具的连接间隙多了许多,考虑到导电性能、压接强度、压接形成间隙问题,所以扩径导线在压接时应特别重视。首先,压接模具尺寸要比压接普通导线、金具要小。根据经验,建议压接模具对边尺寸B=0.86X,铝管外径0.4mm;然后,检查压接后的金具六方对边尺寸,任何一对边尺寸均不能大于原铝管外径的0.86倍。另外,压接第1模与第2模、第2模与第3模……之间应重叠5mm左右。3.3开出水孔的金具为了防止水在金具剩余空间积聚结冰(钻孔钻头带有角度,导线散股端部不齐等原因不可能完全填充金具所有空间,由于压接模具不可能压接到双导线设备线夹的根部等原因形成空间),可在金具的合适位置开出水孔来解决金具内积水问题。铁岭电厂采用在金具上开出水孔解决了金具冻裂问题,经过近8年的运行,没有出现任何问题。一般情况下,用于T形线夹的下连接金具出口朝下,水不能进入金具内部,所以,该金具不用开出水孔。用于连接设备的金具或出线口朝上的金具,压接完毕后在金具上用钻头开出水孔,其位置应能保证金具内的水容易流出,钻头应接触到导线,钻头尺寸在φ6~10mm为宜。同时应