變壓器新型銅鋁設(shè)備過渡線夾的研發(fā)與應(yīng)用

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一、現(xiàn)用設(shè)備線夾簡(jiǎn)介

設(shè)備線夾用于母線引下線與電氣設(shè)備的出線端子連接(如母線與斷路器連接),或者用于電氣設(shè)備之間通過引線兩兩連接(如隔離開關(guān)與電流互感器連接)?，F(xiàn)在常用的電氣設(shè)備出線端子有銅質(zhì)和鋁質(zhì)兩類,而引出線多為鋁絞線或鋼芯鋁絞線,故常用的設(shè)備線夾又分為鋁設(shè)備線夾和銅鋁過渡設(shè)備線夾,其中又以銅鋁過渡設(shè)備線夾應(yīng)用居多。

目前,根據(jù)銅鋁過渡線夾生產(chǎn)工藝一般有四種結(jié)構(gòu)型式：閃光對(duì)接焊線夾、摩擦對(duì)接焊線夾、釬焊線夾和爆炸焊線夾四種。閃光焊線夾、爆炸焊線夾、摩擦焊線夾都是用生產(chǎn)好的銅鋁復(fù)合板沖壓而成,而釬焊線夾是先對(duì)其沖壓成型而后再進(jìn)行銅鋁焊接復(fù)合。

1.1 閃光焊對(duì)接型式銅鋁過渡線夾 閃光焊線夾工藝是對(duì)接高溫熔化的銅板 和鋁板各一端,然后結(jié)合在一起。這種工藝的成本雖然不高,但是生產(chǎn)效率也不高,而且這種工藝生產(chǎn)的復(fù)合板中間結(jié)合處較脆且中間結(jié)合處的導(dǎo)電性能極不好,受力后也極易斷裂。

1.2 摩擦焊對(duì)接型式銅鋁過渡線夾 摩擦焊的工藝的出現(xiàn)彌補(bǔ)閃光焊工藝的不足。這種工藝是將銅棒和鋁棒經(jīng)過高速反向旋轉(zhuǎn)對(duì)接結(jié)合到一起,然后沖壓成 板,最后進(jìn)行沖壓成型。這種工藝的性能要優(yōu)于閃光焊產(chǎn)品,且成本與閃光焊相差不大 ,但有其不足,一般用在6.0mm厚度以下產(chǎn)品的生產(chǎn)加工。

1.3 爆炸焊型式銅鋁過渡線夾 爆炸焊生產(chǎn)的銅鋁復(fù)合板具有很高的結(jié)合強(qiáng)度,所以爆炸焊的線夾具有很好的力學(xué)性能,在折彎、鉆孔、沖孔等深加工時(shí)很少出現(xiàn)問題,而且導(dǎo)電和耐熱等方面性能也都很好。但是,爆炸焊工藝受地 理、天氣、爆炸后探傷補(bǔ)傷等諸多方面的影響,生產(chǎn)效率不高,生產(chǎn)周期長(zhǎng),生產(chǎn)成本相對(duì)較高。

1.4 釬焊型式銅鋁過渡線夾 釬焊線夾的工藝是先用鋁板沖壓成型,然后再用釬料將銅片焊在其上。雖然成本有了較大下降,但是這種工藝有嚴(yán)重缺陷,不耐高溫,當(dāng)溫度達(dá)到170度時(shí)就會(huì)出現(xiàn)銅片脫落現(xiàn)象,銅鋁結(jié)合率不高、結(jié)合強(qiáng)度不夠,批量生產(chǎn)時(shí)復(fù)合率只能達(dá)到80%左右,易出現(xiàn)剝離現(xiàn)象等。

目前電力系統(tǒng)大量使用的是采用閃光焊、摩擦焊等技術(shù)焊接在一起的銅鋁過渡型設(shè)備線夾。

二、現(xiàn)用設(shè)備線夾隱患分析

銅鋁過渡線夾內(nèi)在采用銅連接板、鋁壓線板及壓緊螺栓、銅鋁過渡層三部分構(gòu)成的本質(zhì)特性,銅與鋁的化學(xué)活性不一致使它們連接后通電會(huì)發(fā)生電化學(xué)反應(yīng),在潮濕的空氣下鋁材會(huì)迅速老化腐蝕,增大接觸電阻,降低鋁線的機(jī)械強(qiáng)度,銅與鋁的電阻率不同,通過電流時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量余熱,較易產(chǎn)生過熱故障等,銅鋁線夾的使用給電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行帶來了比較大的安全隱患。運(yùn)行中的銅鋁過渡線夾銹蝕情況如圖1所示。

圖1 銹蝕的銅鋁過渡線夾

目前運(yùn)行中的配電變壓器接線樁頭多采用銅鋁過渡設(shè)備線夾(SLG)與導(dǎo)線連接,銅鋁過渡設(shè)備線夾在運(yùn)行中存在的以下問題：a、銅鋁過渡連接處接觸電阻大導(dǎo)致的發(fā)熱打火斷裂；b、因發(fā)熱打火導(dǎo)致配變接線樁頭燒融損壞；c、因配變樁頭燒壞配變返修。

d、因變壓器接線樁頭與設(shè)備線夾連接處燒融更換困難。

銅鋁過渡設(shè)備線失在運(yùn)行過程中既承受導(dǎo)線拉力又要承受剪力,通過長(zhǎng)時(shí)間的導(dǎo)線牽引力,及大風(fēng)強(qiáng)風(fēng)惡劣天氣等自然等環(huán)境因素的影響,連接面將承受彎曲內(nèi)力,具體受力分析如圖2所示。

圖2 銅鋁過渡接頭受力分析

圖2中,以銅鋁焊面為支點(diǎn),L1表示F1的力臂,L2表示F2的力臂。

由靜力平衡可知,在鋁銅焊面承受的彎曲剪應(yīng)Q＝F1×L2/L1,而目前銅鋁過渡接頭L2/L1的比值近似為5,可見牽引力傳到鋁銅焊面時(shí)將放大5倍。

部分銅鋁過渡線夾由于焊接工藝術(shù)不良,運(yùn)行年限較長(zhǎng),其銅鋁焊接部位因受較大的牽引力作用,容易機(jī)械疲勞而產(chǎn)生裂紋乃至斷裂,在運(yùn)行時(shí)較易在銅鋁過渡連接處發(fā)生斷裂如圖3所示。

圖3 銅鋁過渡線夾連接處發(fā)生斷裂

設(shè)備線夾發(fā)生斷裂燒毀輕損造成線路缺相、線路短路跳閘,重則造成較大的電網(wǎng)事故,甚至是大面積停電事故,在電力生產(chǎn)運(yùn)行中是一個(gè)很容易被忽視的重大安全隱患。

三、銅鋁過渡設(shè)備線夾的改進(jìn)

通過對(duì)現(xiàn)有現(xiàn)有銅鋁過渡設(shè)備線夾結(jié)構(gòu)的分析,可以對(duì)其進(jìn)行改進(jìn),線夾的設(shè)計(jì)思路為：將現(xiàn)有普通設(shè)備線夾改為兩個(gè)半塊結(jié)構(gòu),新型設(shè)備線夾通過連接螺栓與配電變壓器樁頭相連接進(jìn)行固定,由普通設(shè)備線夾的縱向壓接改為橫向壓接。新型銅鋁過渡設(shè)備線夾的結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 新型設(shè)備線夾結(jié)構(gòu)示意圖

圖4中各部位結(jié)構(gòu)及功能如下：線夾主體(1)與壓板(2)與變壓器接線樁頭連接,通過固定壓緊螺栓(3)與變壓器接線樁頭連接；與變壓器接線樁頭連接部分兩個(gè)半圓弧塊由銅材質(zhì)制成(4),線夾主體采用鋁材質(zhì)。與導(dǎo)線連接部分由壓板(5)和線夾主體(1)構(gòu)成；由固定壓緊螺栓(6)固定壓緊。

新型銅鋁過渡設(shè)備線夾與變壓器接線樁頭連接處采用銅鋁過渡圓弧壓接,其壓接力大使變壓器接線樁頭與該銅鋁設(shè)備線夾接觸緊密,減少連接處的接觸電阻,從而降低了連接處因接觸電阻大產(chǎn)生發(fā)熱打火導(dǎo)致線路斷裂故障,新型銅鋁過渡線夾與變壓器連接壓板局部斷面如圖5所示：

圖5 新型銅鋁過渡線夾與變壓器連接壓板局部斷面圖

新型銅鋁過渡設(shè)備線夾壓緊結(jié)構(gòu)由線夾主體與銅鋁壓線板,壓緊螺栓構(gòu)成,與導(dǎo)線連接部分采用鋁材構(gòu)成,與變壓器接線樁頭連接部分采用銅材質(zhì)構(gòu)成,銅材質(zhì)與鋁材質(zhì)連接部分采用銅鋁過渡層,從最大程度減少接觸電阻。

圖6 新型銅鋁過渡設(shè)備線夾與導(dǎo)線連接壓板局部斷面圖

新型銅鋁過渡設(shè)備線夾與導(dǎo)線連接部分由線夾主體與導(dǎo)線壓板連接,導(dǎo)線壓板與線夾主體與導(dǎo)線接觸部分均半圓弧設(shè)計(jì),能與導(dǎo)線緊密接觸,采用采用螺栓壓緊固定。其壓接力大使導(dǎo)線與線夾接觸緊密,從最大程度減小接觸電阻。從而防止因接觸電阻大而使線夾和導(dǎo)線燒壞導(dǎo)致斷線事故的發(fā)生。該設(shè)備線夾與導(dǎo)線連接部分的構(gòu)成如圖6所示,該結(jié)構(gòu)由線夾主體和鋁壓線板、壓緊螺栓構(gòu)成,該結(jié)構(gòu)能使導(dǎo)線與線夾充分連接。

四、產(chǎn)品試制

通過對(duì)新型銅鋁過渡設(shè)備線夾的理論論證和產(chǎn)品設(shè)計(jì)后,對(duì)該銅鋁設(shè)備過渡線夾進(jìn)行產(chǎn)品試制,該線夾的實(shí)際試制樣品如以圖7所示：

圖7 新型銅鋁過渡設(shè)備線夾樣品實(shí)物圖

五、新型銅鋁過渡設(shè)備線夾安裝使用方法

新型銅鋁過渡設(shè)備線夾安裝方法主要包括以下兩個(gè)步驟(具體結(jié)構(gòu)參考圖4)：

步驟1：使用扳手?jǐn)Q緊固定螺栓(3)、將新型線夾主體(1)與變壓器樁頭、壓板(2)與壓板(4)進(jìn)行固定連接；

步驟2：使用扳手緊固定螺栓(6)將新型線夾主體(1)與導(dǎo)線、壓板(5)壓緊固定。

六、新型銅鋁過渡設(shè)備線夾的應(yīng)用

通過對(duì)新型銅鋁過渡設(shè)備線夾的樣品試制,并在配電變壓器中安裝試用,具體安裝效果對(duì)比下圖8、圖案所示。從圖8中可以看出,現(xiàn)有設(shè)備線夾銹蝕嚴(yán)重。

七、新型銅鋁過渡設(shè)備線夾與普通銅鋁過渡設(shè)備線夾的優(yōu)缺點(diǎn)比較

7.1 普通銅鋁過渡設(shè)備線夾 優(yōu)點(diǎn)：造價(jià)比新型線夾較低。

缺點(diǎn)：易在銅鋁過渡層處斷裂,與變壓器連接處接觸面較小,壓接較小,接觸電阻較大,易發(fā)熱打火導(dǎo)致設(shè)備線夾與導(dǎo)線、變壓器接線樁頭連接處燒壞,燒壞燒融后不易拆除。

7.2 新型銅鋁過渡設(shè)備線夾 優(yōu)點(diǎn)：較普通設(shè)備線夾結(jié)構(gòu)更為合理,裝拆簡(jiǎn)便、壓接力大,線夾與導(dǎo)線、變壓器接線樁頭接觸面積較大,接觸電阻小,不易發(fā)熱打火燒壞設(shè)備線夾和設(shè)備,能減少線路故障率和提高供電可率,從而節(jié)省供電企業(yè)的生產(chǎn)成本。多供電也提高了企業(yè)的經(jīng)營(yíng)效益。易于裝拆,能減少裝拆時(shí)間,提高工作效率。

圖8 配電變壓器安裝原有設(shè)備線夾圖

圖9 配電變壓器安裝新型設(shè)備線夾圖

圖9中左圖是新型銅鋁過渡設(shè)備線夾安裝時(shí)銅芯部分與變壓器樁頭連接示意圖,右圖是導(dǎo)線連接至新型線夾的鋁材部分示意圖。

缺點(diǎn)：造價(jià)較普通線夾稍高。

八、結(jié)束語

本文針對(duì)現(xiàn)有現(xiàn)有普通銅鋁過渡設(shè)備線夾的運(yùn)行使用情況存在的問題進(jìn)行了詳細(xì)分析,并針對(duì)存在的隱患,對(duì)現(xiàn)有的設(shè)備線夾進(jìn)行改進(jìn),研制了一種新型銅鋁過渡設(shè)備線夾用以解決普通設(shè)備線夾易在銅鋁過渡層處斷裂,與變壓器連接處接觸面較小、壓接力較小、接觸電阻較大、易發(fā)熱打火導(dǎo)致設(shè)備線夾與導(dǎo)線、變壓器接線樁頭連接處燒壞、燒壞燒融后不易拆除的技術(shù)難題。該新型設(shè)備線夾具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、壓接力大、接觸電阻小、易于裝拆、能降低配電線路設(shè)備的運(yùn)行故障次數(shù)、供電可靠性的優(yōu)點(diǎn),在輸配電網(wǎng)有較高的推廣應(yīng)用價(jià)值。