研制新型输电线路导地线连接及检测装置

研制新型输电线路导地线连接及检测装置xx输变电工程“创客”QC小组小组简介小组名称xx输变电工程“创客”QC小组活动课题名称研制新型输电线路导地线连接及检测装置注册时间2022年03月课题类型创新型活动次数4次出勤率100%小组成员情况姓名性别学历职务组内分工xx男硕士组长选择课题xx男本科副组长设定目标xx男硕士督导（指导）目标可行性论证xx男本科组员提出方案xx男本科组员确定最佳方案xx女硕士组员制定对策xx男硕士组员对策实施xx女硕士组员效果检查xx男本科组员标准化xx男大专组员总结和下一步打算选择课题（一）需求背景总公司基建部重点工作质量管理专项质量任务和《国家电网有限公司输变电工程质量通病防治手册》指出：导、地线压接不合格为重点治理项目。导、地线压接质量不合格主要表现为：弯曲度超差、飞边、毛刺和其他质量缺陷。且导、地线压接管弯曲值不合格为电网建设工程达标投产“否决项”内容，对工程达标、创优申报有着质的影响。伴随经济发展迅速、用电需求增幅较大，电网建设新建线路工程路径选择耐张塔和旧线破口接新线路方案选用越来越多，停电切改线路工程停电时间越来越短，线路和停电破口点耐张塔的导地线连接工艺质量控制和连接速度成为突出问题。（二）明确需求目前，为达到质量通病质量防治要求，一般通过以下措施来进行质量管控：一是压接施工时，液压机两侧管、线要抬平扶平，保证压接后接续管或耐张管平直、棱角顺直。二是有明显弯曲时应校直，校直后的压接管如有裂纹应切断重新压接。三是压接后的飞边应锉平，毛刺应进行磨光。四是平衡挂线高空压接时，应加强监督，保证压接质量。上述措施多是由作业人员的经验来把控，且当前压接工艺存在弯曲度检测不便、施工效率低等缺点，难以从根源上解决压接质量问题。同时，为降低高空作业人员三级及以上风险作业总时长，保障高空作业人员人身安全，小组成员认为有必要对输电线路导、地线压接及检测装置进行研究，以彻底解决质量、安全、效率的突出矛盾。广泛借鉴1.借鉴一小组成员发现，高压输电线路所用的导线分为导电层和芯线层，导线切面如图1-1所示。其中，芯线层用于承受导线张力，导电层用于传输电能，耐张线夹分两层压接也正是由于导线的两层具备不同的功能。耐张导线压接管如图1-2所示。芯线导线层图1-芯线导线层图1-2耐张导线压接管小组成员分析，架线施工过程中用的卡线器就可以起到连接、承受张力的作用，卡线器如图1-3所示。卡线器安装方便，使用灵活，无需借助液压机等工器具。因此小组确定了创新思路，即借鉴卡线器原理对传统的导线压接管进行改造，研制新型装配式导线连接装置。图1-3卡线器卡线器是把轴向拉力转换成径向压力，并通过摩擦自锁原理，产生静摩擦力，以达到卡线的作用。自锁现象是一种力学物理现象，如果作用于物体的主动力的合力作用线在摩擦角之内，则无论这个力怎样大，总有一个全反力与之平衡，物体保持静止。这种与力大小无关而与摩擦角有关的平衡条件称为自锁条件。物体在这种条件下的平衡现象称之自锁现象。小组成员进行理论分析，欲利用这样的自锁现象，到达导线连接牢固可靠的目的。2.借鉴二小组通过查询发现，“HardLock螺母”的构思十分简单如图1-4所示，采用偏心构造，且达到自锁效果，应用在输电线路中，可以提高连接的可靠性。图1-4HardLock螺母示意图确定课题经小组分析讨论，确定本次活动课题为：研制新型输电线路导地线连接及检测装置设定目标及目标可行性论证目标值设定从现场调查及翻阅以往工程资料发现，导、地线压接质量存在压接管压后弯曲超差、压后出现飞边、毛刺等问题，压力值不均匀、握着力不符合设计值、校直压接管出现裂纹、金具加工质量以及压接机模具损伤等直接影响导、地线压接质量。通过对以往工程缺陷统计和分析，小组得出结论:压接管压后弯曲度和飞边质量缺陷是造成导、地线压后质量不合格率偏高的主要原因，质量不合格率为7.22%。小组成员认为通过研制新型的导地线连接装置，不采用逐模压接的连接方式，便可以从根本上杜绝出现导线连接压接管弯曲超差、飞边、毛刺质量通病问题的产生，因此小组决定本次QC课题目标为：导、地线压接质量验收合格率98%。目标可行性论证1）理论分析根据调查和数据分析，输电线路压接工艺实施中，模具的布氏硬度远大于铝管，铝管受挤压力影响，首先接触位置会快速开始变形，铝管圆形管径受模具挤压向六边形形状变化的过程中产生明显的径向位移，以致与压接管弯曲、飞边（溢边、毛刺）的产生。该现象是压接工艺自身原理的固有问题，目前现有的解决方式多以加长模具长度、降低压接力度，改善或调整压接操作顺序等方式降低压后压接管弯曲、飞边的产生几率，但并未从根本上解决问题。只有规避压接的操作才有可能避免传统导地线连接过程中的“弯曲、飞边和毛刺”等现象。2）借鉴技术分析小组利用TRIZ理论对采用卡线器结构进行导地线连接的方案进行深入分析。采用卡线器结构，存在以下技术冲突：为了增加握着力，需要提高技术参数“应力或压强”，但需要增加力矩长度，即需要增加金属接触面面积，见表2-1。通过杠杆原理将轴向拉力转变为径向压力，产生摩擦自锁，从根本原理上与传统压接不同，可以有效规避压接工艺自身缺点，及实现压接100%无飞边现象是可行的。表2-1借鉴分析表借鉴物借鉴原理产生的技术冲突如何解决（TRIZ理论40条发明原理）卡线器摩擦自锁：通过杠杆原理将轴向拉力转变为径向压力，产生摩擦自锁改善目标：应力或压强采取措施：增加力矩长度恶化参数：静止物体的长度1.参数变化2.分割3.曲面化4.未达到或超过的作用制表人：xx提出方案并确定最佳方案总体方案确定因为地线结构较导线更简单，以导线为例开展研究，地线可参照导线方案执行。通过分析表2-1中所列TRIZ理论40条发明原理中的4条发明原理以及方案确定过程中遇到的问题，小组在方案确定过程中依据发明原理确定解决问题思路，以确定总体方案。发明原理的应用如表3-1所示。表3-1发明原理的应用序号应用原理原理解释实现方法1参数变化通过测量或控制参数的变化来达到目的将轴向拉力转换成径向压力，产生摩擦自锁，以达到握着力要求。2分割1.将一个物体分成相互独立的部分。2.使物体分成容易组装及拆卸的部分。3.增加物力独立部分的程度。1.根据导线中导线层与芯线层的功能不同，将两部分分开。2.将两部分结构设计成容易拆装的部分。3.导电层与芯线层具有不同结构，以满足不同的参数指标要求。3曲面化将直线或平面转化成曲线或曲面在卡线结构设计中，采用曲面结构以增加卡接握着力。4未达到或超过的作用如果100%达到所希望的效果是困难的，稍微未达到或稍微超过预期的效果将大大简化问题。通过设计握着力超过规范所要求的握着力，以达到握着力要求。制表人：xx导线由芯线和导电层组成，依据分割原理，将连接装置分为三部分：芯线连接、导电层连接和检测部分。如图3-1所示。图3-1方案框架图对方案进一步分解，经小组成员进行充分的市场及技术调研，根据曲面化原理，经研究确定卡线器结构可采取圆卡、椭圆卡和偏心卡两种方式；导电层连接可采用栓接或卡扣连接两种方式；检测部分分为钢卷尺、游标卡尺和专用测量工具，小组提出总体方案，如图3-2所示。图3-2总体方案框架图（二）确定最佳方案卡线器结构方案选择芯线的主要作用是承受张力，因此对握着力大小是其主要性能指标。小组对芯线连接的直线卡、圆卡及偏心卡三种方案进行握着力试验，并进行分析了比较，根据规范要求握力应不小于142.9*0.95=135.8kN。由表3-2可知，采用偏心卡线器为最佳方案。表3-2新型导线连接装置握力方案对比选择表

项目

方案圆卡椭圆卡偏心卡结果结论结果结论结果结论握力实验1115.43不符合规范握力要求124.94不符合规范握力要求146.66符合规范握力要求握力实验2111.36不符合规范握力要求122.22不符合规范握力要求149.38符合规范握力要求握力实验3108.64不符合规范握力要求123.58不符合规范握力要求141.23符合规范握力要求综合分析JL/G1A-630/45导线破断力为142.99kN,根据规范要求握力应不小于142.9*0.95=135.8kN,经过三组实验数据对比，偏心卡能满足规范对导线握力要求。制表人：xx导电层连接方案选择导电层的主要功能是传输电能。小组对导电层连接方案的连接可靠性进行比较分析，对栓接和卡扣连接的导电性进行测试，测量其单位电阻，进行重复实验；采用统计学原理，求其平均值。导线连接部位电阻不应大于导线本身电阻的1.2倍，实验结果于分析见表3-3所示。表3-3导电层连接可靠性比较序号连接部位单位电阻（Ω）12345678平均值栓接连接处单位电阻0.09010.08990.08960.08960.08990.08980.09020.09020.0899卡扣连接处单位电阻0.09000.09000.08970.09020.09020.08990.08970.09030.0900与导线电阻关系栓接：0.0899/0.0778=1.156卡扣：0.0900/0.0778=1.157制表人：xx由表3-3可知，栓接连接部位电阻是导线本身电阻的1.156倍，卡扣连接部位电阻是导线本身电阻的1.157倍，均小于导线本身电阻的1.2倍。小组提出的导电层连接栓接和卡扣式连接的两种方式，均可以达到连接可靠，导电性良好的效果。进一步进行实验，对小组提出的导电层连接的两种方式所用时间与传统方式进行实验比较，实验结果见表3-4所示。序号导电层连接所用时间12345678910平均值卡扣连接所用时间（min）1.00.91.11.11.00.90.91.00.80.90.96栓接连接所用时间（min）0.50.40.60.40.50.60.40.50.60.40.49制表人：xx表3-4导电层连接时间比较由表3-4可知，对于导电层连接卡扣所用平均时间为0.96min，栓接连接所用平均时间为0.49min。可得栓接连接用时明显少于卡扣连接用时，从连接用时考虑，栓接连接方式为佳。综上述实验数据，对导电层连接方案进行综合比较，见表3-5所示。表3-5导电层连接方案比较方案性能栓接卡扣连接可靠性连接可靠连接可靠制作工艺简单较复杂表面平滑性平滑性好平滑性差连接时间（分钟）0.490.96综合分析从连接可靠性上，两种方式均能满足要求，虽然卡扣连接方式从连接时间上优于栓接方式，但从制作工艺、表面平滑性、连接用时等方面性能栓接更优，综合考虑选择栓接连接方式。制表人：xx小组根据总体方案中分方案的对比分析，最终确定芯线连接采用卡线器结构的偏心卡、导电层连接装置选择栓接连接，作为最佳方案。检测部分方案选择表3-6检测部分方案比较精度便捷性钢卷尺低需要计算游标卡尺高读数困难，需要计算专用测量工具高操作便捷，无需计算综合分析通过对测量工具产生的误差及便捷性进行分析比较，专用测量工具误差满足要求，操作便捷并且无需后续计算，综合考虑选择专用测量工具为最佳方案。制表人：xx综上所述，小组确定的最佳方案见图3-2。图3-3最佳方案框架图制定对策小组根据确定的最佳方案，按照5W1H制定了对策制定了对策表，见表4-1。表4-1对策表序号对策目标措施地点完成时间负责人1偏心卡线器制作握力达到135.8kN对偏心卡进行握力试验xx2022年6月xx2栓接导电层制作接头单位电阻不大于0.09336Ω对其单位电阻进行测量xx2022年6月xx3专用测量工具制作测量弯曲度误差不大于1%测试装置的精度xx2022年10月xx4产品组装试验不产生飞边、毛刺和装置弯曲测量误差不大于2%检查产品组装后飞边、毛刺和弯曲度核对测量误差xx2022年11月xx制表人：xx对策实施（一）对策实施一：偏心卡线器制作措施一：对偏心卡进行握力试验制作完成的偏心卡对其握力进行握力试验，试验数据见表5-1。序号项目12345678平均值偏心卡线器握力（kN）146.66kN147.56kN145.99kN148.42kN141.9kN145.87kN146.75kN148.43kN146.45kN合计偏心卡线器的握力平均值为146.45kN＞135.8kN制表人：xx表5-1偏心卡线器握力试验数据统计表对策检查：本次试验可得偏心卡线器的握力为146.45kN，实现小于135.8kN的对策目标。（二）对策实施二：栓接导电层制作措施一：对其单位电阻进行测量以栓接方式制作导电层连接装置，并对其单位电阻进行测量，见表5-2。表5-2导电层栓接单位电阻测量统计表序号项目12345678平均值栓接处单位电阻（Ω）0.09010.09020.08990.09030.08980.08990.08990.08970.0900合计栓接导电层连接装置的单位电阻为0.0900Ω＜0.09336Ω制表人：xx对策检查：400mm2的导线单位电阻为0.0778Ω，连接处电阻不大于其1.2倍为0.09336Ω。栓接导电层连接装置的单位电阻为0.0900Ω，实现小于0.09336Ω的对策目标。（三）对策实施三：专用测量工具制作措施一：测试装置的精度小组成员发明了一种新型输电线路导地线连接卡线器测量装置，此测量工具包括导轨、第一卡接机构、第二卡接机构、弯曲度测量机构、驱动机构，实现了对新型导地线连接器卡线器组装后的长度及弯曲度的测量。第一卡接机构和第二卡接机构夹持在导线卡线器的两端，测量机构通过驱动机构沿着导线连接卡线器部位移动，利用测量机构的指针的变化可检查新型导线卡线器组装后的长度和弯曲度是否超差，通过采用本工具改变了水平尺加直尺或卷尺进行测量计算弯曲量的办法，提高了测量速度与测量精度。图5-1导线压接管弯曲度测量工具及专利授权小组成员采用此方法读取方便，规程要求导地线连接卡线器组装后不能弯曲度超2%的试件，并计算测量误差，数据统计见表5-3。表5-3弯曲度误差统计表≤标准值传统测量方式采用新型测量工具方式结论12%0.5%0.3%符合要求22%0.3%0.1%符合要求32%0.3%0.2%符合要求42%0.2%0.05%符合要求52%0.3%0.2%符合要求62%0.3%0.1%符合要求平均值2%0.32%0.16%制表人：xx由试验数据分析可得，专用测量工具测量误差值约为0.16%＜传统测量方式0.32%＜2%，达到对策目标。（四）对策实施四：产品组装试验措施一：检查产品组装后飞边、毛刺和弯曲度组装示意图见图5-2，组装完成后，对芯线压接和导电层压接所用时间进行测试，测试数据见表5-4。图5-2新型导地线连接装置组装示意图其中100为导电套；101为引流板；1010为连接孔；102为凹纹结构；103为定位螺栓；200为内套；201为拉环；202为卡台；203为凸纹结构；204为观察孔；300为夹线组件；301为偏心柱；3010为偏心孔；3011为锥形结构；3012为锥台；302为锥套；303为弹簧；400为导线；401为芯线；402为外层绞制铝线。组装完成后的外观与普通耐张线夹外观相同。效果检查：采用制作的连接装置，不产生飞边、毛刺质量通病问题，达到对策目标。措施二：核对测量误差。小组采用专用测量工具对组装完的装置进行弯曲度进行测量，统计见表5-4。表5-4弯曲度测量统计表弯曲度误差允许范围测量值12%0.3%22%0.1%32%0.2%42%0.05%52%0.2%62%0.1%平均值0.16%制表人：xx小组对组装完成装置进行弯曲度测量得其误差约为0.18%，在误差允许范围内，且达到小组对策目标。效果检查检查一：目标值检查小组采用研制的装置进行现场效果检查，统计见表6-1。表6-1现场验收合格率统计实际验收合格率目标验收合格率1100%98%2100%98%3100%98%4100%98%5100%98%6100%98%7100%98%8100%98%小组根据表6-1统计得出，采用研发的连接装置，验收合格率达到100%，完成课题目标。检查二：效果检查经济效益检查（活动期内节约成本）QC小组活动开展后，活动期内共应用导、地线压接连接518个，其中导、地线连接人员由五人改为三人操作，累计减少高空用工40个工日，导、地线连接质量合格率从92.78%提升到100%,减少返工38处（近似50工日），减少车辆、设备租赁费7工日。人员节省成本（高空人员）=300元/工日×（90）工日=27000元。车辆及设备租赁费=（车辆租赁费（500元/天）+设备租赁费（1000元/天））×（7）工日=10500元。节省成本合计=37500元。2022年xx公司建管工程在建工程13项，如果全部采用此方法，预计可节约成本=37500*13=487500元。社会效益检查活动成果的实现，彻底治理了导、地线压接质量不合格的质量通病，为工程一次创优提供了保障。在本次活动开展中，我们实现了导、地线高处作业人员减少了40%，解决了部分质检员、监理员无法登高监督旁站的隐患，使得整个导、地线连接隐蔽工程全程在监督及指导过程中，使得导、地线连接过程中的安全风险因素、质量不合格率显著降低。本次活动成果得到了参建各单位和运行单位的认可，从而使我们更好的服务于用户和社会，向社会展现了我们优质服务的形象。安全效益首先，该施工工艺操作更加便捷，有效缩短高空作业时间，其次提高了导地线连接验收合格率，减少了施工作业返工率，进而减少高处作业，从而提高导地线连接施工作业的安全性。标准化1.推广价值评估本小组研制的新型导地线连接装置，较大程度上提高了耐张导线连接效率，通过装配式连接方式提升了架线工艺绿色施工水平，降低了施工难度与强度，降低了安全风险，同时有利于耐张连接质量的控制，具有较强的推广应用价值。2.编制说明书小组根据研制成果，编制了《新型导线连接装置使用说明》及专用测量工具使用说明书，明确了使用条件、使用方法、操作步骤及验收办法，为成果进一步推广应用打下基础。3.技术资料归档小组将最终确定的新型导线连接装置图纸、试验报告等进行了整理归档，为下一步继续研发做好技术资料和条件准备。总结和下一步打算（一）总结本次QC活动严格遵循PDCA循环的原则，以团队的智慧、集体的不懈努力，顺利地完成了本次课题，超过了预期的目标，为今后的业务拓展奠定了良好