壓接型快速鎖緊固定線夾的研制

周瑞，高劍凌，方伊莉，范武健，王健，張延輝

（1.南京電力金具設計研究院有限公司，南京 211500；2.國網福建省電力有限公司電力科學研究院，福州 350007）

1 研制背景

近年來，架空線路廣泛應用于我國配電網線路，而采用復合絕緣橫擔替換傳統的“鐵橫擔+邊相絕緣子”可以有效提高10 kV 配電絕緣線路的防雷水平，避免雷擊閃絡后的工頻續流電弧，降低配電網雷擊跳閘及絕緣導線雷擊斷線故障率，因而絕緣橫擔在架空輸電線路中的用量逐漸增大[1,2]。

然而，現有的復合絕緣橫擔端頭金具仍需通過綁扎線固定絕緣導線，如圖1 所示。綁扎流程繁瑣、幫扎線防腐性較差和綁扎步驟因人而異的問題依然存在，并且受長時間的鹽霧腐蝕或風振應力腐蝕，綁扎線依然存在損傷導線絕緣層的問題，這給配網線路的運維工作帶來了巨大挑戰。為了配合絕緣橫擔的大面積推廣應用，避免由于綁扎線固定造成的絕緣線損傷，提高架空線路的安全系數。因此，一種配合絕緣橫擔的壓接型快速鎖緊固定線夾的研制具有一定的現實意義[3-6]。

圖1 復合絕緣橫擔及綁扎固定方式

2 方案設計

基于以上問題，新型絕緣導線固定線夾改變了傳統的綁扎固定方式，提出了一種兼具可壓接性和可調節性特點的快速鎖緊固定線夾，不僅安裝過程簡單、結構可靠，而且能很好的保護導線絕緣層，提高絕緣導線的使用壽命。

2.1 結構與功能

架空絕緣導線快速鎖緊固定線夾結構組成如圖2 所示，主要由線夾本體、線夾蓋板、橡膠墊、拉環和銷軸組成。線夾本體和線夾蓋板通過銷軸連接，線夾蓋板可繞線夾本體自由翻轉；拉環一端轉動固定于線夾本體內，另一端配合線夾蓋板上的線槽；上、下橡膠墊分別放置在線夾本體和線夾蓋板的槽內，通過拉環和線夾蓋板的配合，實現橡膠墊夾緊絕緣導線的目的[7,8]。

圖2 快速鎖緊固定線夾

該型固定線夾主要有如下特點：①線夾本體和線夾蓋板采用鋁合金鑄造而成，在滿足抗拉強度的同時，還具有較高的延展性；②拉環一端轉動固定于線夾本體上，另一端卡入線夾蓋板上的線槽內；③通過拉環適配線夾蓋板上不同的線槽，實現夾緊JKLYJ-10-150、JKLYJ-10-185 和JKLYJ-10-240 三種規格絕緣導線的目的；④線夾本體一端通過鉸鏈銷與線夾蓋板連接，另一端通過壓接與絕緣橫擔固定；⑤通過線夾本體和線夾蓋板擠壓橡膠墊，使達到握緊絕緣導線的目的。

2.2 理論計算與數值分析

參照國家電網公司配電網工程《10 kV 架空絕緣線路絕緣橫擔典型布置方案》標準相關內容，如表1 所示，絕緣橫擔的強度值按照控制工況下導線垂直載荷標準值的3 倍進行校核。針對JKLYJ-10-240 絕緣導線，橫擔垂直檔距按100 m 計算，得到的絕緣橫擔垂直載荷值為6 135.75 N，所以該新型固定線夾的垂直載荷值不小于6 135.75 N。此外，考慮到絕緣橫擔的彎曲破壞負荷為12 kN 左右，本著棄線保桿原則，釋放導線拉力從而保護電桿，該新型固定線夾的垂直載荷值不宜過大。

表1 10 KV 架空線路導線垂直載荷表

考慮到ZL102 的壓接延展性較差，壓接易開裂，因而該固定線夾采用ZL101A 鋁合金鑄造成型，兼具較高的抗拉強度和較好的延展性，經熱處理后的鋁合金抗拉強度值為275 MPa。數值模擬共分析兩種工況：①在線夾本體線槽內施加6 135.75 N；②在線夾本體掛環上施加2 863.35 N；

由圖3 和圖4 的分析結果可知，兩種工況下的線夾本體危險截面位置相同，均為圖中紅色高亮部位。通過數值模擬發現，在工況一條件下，線夾本體紅色高亮部位的最大應力值為258 MPa，小于線夾抗拉強度值275 MPa；在工況二條件下，線夾本體紅色高亮部位的最大應力值為65.8 MPa，計算出的安全系數值為4.2，滿足鑄件的安全系數1.6~2.5。所以，該型固定線夾本體尺寸滿足設計要求。

圖3 工況一條件下數值分析結果

圖4 工況二條件下數值分析結果

3 實驗驗證

3.1 順線握力試驗

架空絕緣導線固定線夾的作用，除了把絕緣導線固定在絕緣橫擔上，防止絕緣導線的脫落。此外，還應該具有一定的握力，防止絕緣導線發生軸線方向上的串動。

如圖5 所示，為固定線夾對絕緣導線的順線握力試驗，針對三種規格絕緣導線，拉環分別安裝至線夾蓋板上的對應線槽上。如表2 所示，為固定線夾分別裝夾三種規格絕緣線對應的順線握力值。

表2 握力測試結果

3.2 垂直載荷試驗

固定線夾除了握緊絕緣線，還需要承受絕緣導線的自重和臺風對于導線的載荷，線夾強度的可靠性直接關系到輸電線路的安全穩定運行，根據國家電網公司配電網工程相關標準要求，固定線夾本體的垂直載荷值應不小于6 135.75 N，才能滿足該型固定線夾的實際使用。

如圖6 所示，為固定線夾垂直載荷試驗圖，線夾一端壓接固定在絕緣橫擔上，另一端將6135.75N 力緩慢施加在線夾的掛環位置，檢查線夾本體是否發生斷裂，并持續增大壓力直至線夾本體處斷裂，從試驗照片上看，線夾本體的斷裂部位與軟件的數值模擬分析結果一致。表3為該型固定線夾本體的3組垂直破壞載荷試驗值，從數值上看均滿足強度設計要求。

3.3 水平載荷試驗

固定線夾通過壓接固定在絕緣橫擔上，在保證不開裂的前提下，還需要保證一定的壓接握力值，防止絕緣導線在強風載荷及振動的情況下發生線夾脫離絕緣橫擔的情況。該實驗中固定線夾壓接端施加壓力值為7.5 MPa，并保壓6 s，根據實際使用情況及設計要求，固定線夾壓接端的壓緊力應不小于20 kN。

如圖7 所示，為固定線夾水平載荷試驗圖，在絕緣橫擔兩端分別壓接一個固定線夾，線夾一端固定，另一端緩慢施加20 kN 的拉力，檢查線夾本體壓接端與絕緣橫擔是否發生相對位移，并持續增大拉力直至線夾本體處脫離絕緣橫擔。表4 為該型固定線夾本體的3 組水平載荷試驗值，從數值上看均超過設計值20 kN，滿足設計和使用要求。

表4 水平載荷試驗測試結果果

圖7 固定線夾水平載荷試驗圖

4 結論

1）新型壓接型快速鎖緊固定線夾配合絕緣橫擔使用，可大幅增加爬電距離和干弧距離，有效提升10 kV 配電線路的防雷水平和防閃絡能力，為沿海鹽霧腐蝕地區的絕緣橫擔進一步推廣應用提供了重要保障；

2）新型固定線夾本體和蓋板均由ZL101A+1050A混合鋁合金鑄造成型，考慮到導線自重、風載荷和覆冰載荷的因素，同時本著棄線保桿的原則，線夾本體壓接后具有足夠握著力的同時，其垂直破壞載荷值應介于（6.2 ～9.0）kN 之間；

在保證線夾本體足夠抗拉強度的同時，兼具較好的壓接延展性，確保線夾具有足夠的橫擔握緊力和抗彎性；

3）通過線夾拉環與線夾蓋板不同線槽的配合，可達到適用JKLYJ-10-150、JKLYJ-10-185 和JKLYJ-10-240三種規格絕緣導線的目的，并且線夾通過橡膠墊夾緊絕緣導線，可有效避免對導線絕緣層的損傷。