基于X光檢測技術的耐張線夾壓接強度試驗分析

范 楊，汪 建，李一鳴，胡龍江，程 繩，吳 軍，魯少軍

（1.國網湖北省電力有限公司檢修公司，湖北 武漢430050；2.武漢輕工大學，湖北 武漢430048）

0 引言

輸電線路耐張線夾在線路運行過程中不僅要承受所通過的電荷載，而且還承擔導線或地線的張力，在保障線路安全運行上起著至關重要的作用。耐張線夾施工屬于隱蔽工程，內部鋼芯斷裂、壓接深度不足等內部缺陷常規手段難以檢測。近年來因為耐張線夾斷裂引起的倒塔斷線事故屢次發生［1-9］。

在架空導線與耐張線夾在壓接過程中，由于操作人員未能完全按照相關工藝規程進行壓接，將導致耐張線夾與導線出現壓接質量缺陷。輸電線路壓接完成后，壓接管內部缺陷不易發現，內部有可能會有鋼芯斷股、壓接深度不足、鋼錨防滑槽漏壓、欠壓等典型缺陷，嚴重降低了輸電線路載流量和機械強度，影響輸電線路的安全運行［10-12］。

通過對不同壓接工況下不同型號導線進行拉斷力分析和試驗，獲得了超特高壓輸電線路不同型號耐張線夾在典型壓接工況下的綜合強度和薄弱環節，最后分析不同導線型號耐張線夾的受力規律，總結耐張線夾壓接工藝質量控制的要點，制定耐張線夾質量管控措施。

1 試驗方案設計

1.1 試驗基本思路

本文為了分析實際輸電線路中耐張線夾壓接強度的規律，這里對典型的4 種截面的導線進行了試驗和分析，四種導線的型號和基本參數表1所示。

表1 四種導線的型號參數Table 1 Type parameters for four types of conductors

在對4 種不同規格的導線進行壓接時，對每一種導線分別采取了只壓鋼芯、只壓凹槽和鋼芯凹槽均壓接3種方案進行壓接，其中凹槽的壓接模數從0到最大模數依次進行試驗。每一根導線的兩側都進行壓接，一側為按照耐張線夾的壓接工藝正常進行壓接，另一側模擬各種不同缺陷，壓接完成后進行拉斷力試驗，獲取拉斷力值以及拉斷薄弱點。同時，根據電力行業標準《DL/T 5285—2018 輸變電工程架空導線（800 mm2）及地線液壓壓接工藝規程》中的要求，耐張線夾的握著力不應小于導線額定拉斷力的95%，可以通過拉斷力數值判斷不同工況下耐張線夾是否符合要求［13-16］。為確保能夠對壓接不同模數凹槽的耐張線夾強度進行準確分析，采用X 光檢測技術對壓接完成后的耐張線夾進行拍片檢查。［17-21］

1.2 綜合強度計算公式

1）鋁管與鋼錨未壓，鋼芯壓接。由于此時耐張線夾不壓區斷面，僅有鋼錨受力，外部施加的拉力全部作用在鋼錨上，不壓區內部鋼錨處由兩部分組成，一部分為對鋼芯壓接后的鋼錨，一部分為長度較短的一段未壓的鋼芯，該段鋼芯在拉力逐漸增加的過程中會先于鋼錨斷裂。這種情況下的耐張線夾的綜合拉斷力為鋼芯的拉斷力F，為Nmax= F。

鋼芯強度的計算：鋼芯的拉斷力可用單絲鋼芯的破斷應力乘以鋼芯的總面積來計算：F= σ鋼× S鋼，其中F，σ鋼，S鋼分別為鋼芯的拉斷力、破斷應力和鋼芯面積。對于不同型號鋼芯的拉斷應力不同，一般在1 500 MPa 和1 600 MPa 之間，鋼芯面積可通過鋼芯鋁絞線的型號得知。

凹槽提供的握力計算：鋁管與鋼錨壓接后會在凹槽處形成一個凸起部位，凸起部位與鋁管公共接觸面可提供剪切力，可提供的最大剪切力為= m ×σ剪× π × D × l，其中σ剪，D，l 分別為鋁管的最大剪切應力，鋼錨外層直徑和凹槽的寬度，m為壓接良好的凹槽數量。鋁管的最大剪切應力一般約為80 MPa 在實際計算中可以先計算出一個凹槽能提供的咬合力，多個凹槽壓接提供的最大咬合力乘以相應的倍數即可。

1.3 不同工況下拉斷力試驗檢測對比分析

1.2.1 只壓接鋼芯

耐張線夾只壓鋼芯的情況其拉斷機理較為簡單，其本質為鋼絞線的拉斷試驗，拉斷力為單絲鋼芯抗拉強度與截面的乘積［22-24］。只壓鋼芯時由于不涉及隱蔽工程環節，因此無需對其進行X光檢測［25-27］。

1.2.2 只壓接凹槽

此時對于鋁管而言，凹槽對于鋁管的咬合力等于鋁管的張力。根據力的平衡原理，鋁管拉力、鋁管與鋼錨咬合力、導線拉力和外部施加拉力四者相等。在拉力增大過程中，首先達到鋁管拉力、鋁管與鋼錨咬合力、導線拉力中的最小值時，相應的部位則會發生破 壞，具體拉斷力計算過程參考綜合強度計算公式。

表3 只壓凹槽工況下的試驗結果Table 3 Test results under pressure groove condition

1.2.3 鋼芯壓接，凹槽部分壓接

在實際輸電線路的耐張線夾壓接中，最多的缺陷是鋼芯壓接良好而凹槽未全部壓接。當耐張線夾強度明顯強于導線拉斷力時，耐張線夾未被破壞時，導線就會出現斷股［28-30］，具體拉斷力計算過程參考綜合強度計算公式。

表4 鋼芯壓接，凹槽部分壓接工況下的試驗結果Table 4 Test results of steel core pressing and groove partially pressing

2 試驗結果分析

2.1 JL/G1A-400/35導線壓接結果分析

400/35導線耐張線夾的鋼芯強度占耐張線夾整體拉斷強度的比例約為50.91/（50.91+79.54）=38%，鋁材部分（凹槽及鋁管）強度占比約為62%，相比鋼芯不承力（鋼芯斷裂）情況，鋁材部分不承力（一槽未壓）缺陷更為危急。

400/35導線在鋼芯壓接良好情況下，鋼錨只壓接1凹槽，其拉斷力值在導線額定拉斷力值附近，還需要補壓1槽才可滿足安全要求。

2.2 JL/G1A-500/45導線壓接數據分析

500/45導線耐張線夾的鋼芯強度占耐張線夾整體拉斷強度的比例約為63.01/（63.01+117.85）=35%，鋁材部分（凹槽及鋁管）強度占比約為65%，相比鋼芯不承力（鋼芯斷裂）情況，鋁材部分不承力（一槽未壓）缺陷更為危急。

500/45 導線在鋼芯壓接良好情況下，鋼錨壓接2凹槽和3 凹槽時，其拉斷力值遠高于導線額定拉斷力值，可滿足安全條件，不需要再進行補壓。

2.3 JL/G1A-630/45導線壓接數據分析

630/45導線耐張線夾的鋼芯強度占耐張線夾整體拉斷強度的比例約為63/187.36=34%，鋁材部分（凹槽及鋁管）強度占比約為66%，相比鋼芯不承力（鋼芯斷裂）情況，鋁材部分不承力（一槽未壓）缺陷更為危急。

630/45 導線在鋼芯壓接良好情況下，鋼錨壓接2凹槽和3 凹槽時，其拉斷力值遠高于導線額定拉斷力值，可滿足安全條件，不需要再進行補壓。

2.4 JL/G2A-720/50導線壓接數據分析

720/50導線耐張線夾的鋼芯強度占耐張線夾整體拉斷強度的比例約為80.58/225.1=36%，鋁材部分（凹槽及鋁管）強度占比約為64%，相比鋼芯不承力（鋼芯斷裂）情況，鋁材部分不承力（一槽未壓）缺陷更為危急。

720/50 導線在鋼芯壓接良好情況下，鋼錨壓接3凹槽及以上時，其拉斷力值遠高于導線額定拉斷力值，可滿足安全條件，不需要再進行補壓。

3 分析結果

由圖1 可以看到，鋼芯在耐張線夾強度占比大約在35%左右，這表明對于超特高壓輸電導線，鋁的機械強度相比鋼芯發揮更大的作用。

圖1 不同截面導線強度鋁、鋼強度占比Fig.1 Strength ratio of aluminum and steel with different section

對于耐張線夾而言，鋼錨的凹槽并不需要全部壓滿就能夠滿足強度要求，這與導線截面大小，以及所使用的線夾有關。表5 為400/35—720/50 導線耐張線夾所需要壓接的最小鋼錨凹槽數量、每個凹槽所能提供的咬合力及鋼芯拉斷力。

表5 不同截面積導線耐張線夾所需壓接的最小鋼錨凹槽數量Table 5 Minimum number of steel anchor grooves required for compression of tensioning clamps for conductors of different cross-sectional areas

4 結語

通過理論分析或者進行拉力試驗能夠計算出任何一種壓接工藝下的耐張線夾強度和薄弱環節分析，結合X光檢測技術可對在運輸電線路耐張線夾強度做出準確評估，而不是盲目采取補壓措施。