配电网铜铝设备线夹故障分析及防范措施

配电网铜铝设备线夹故障分析及防范措施

梁诚意  付尧

广东电网有限公司阳江供电局  广东省阳江市529500

摘要：铜铝设备线夹是配电网线路一种常用的连接方式，主要是用来连接设备和导线的连接。导线与引线的连接，主要应用在线路T节点处，耐拉杆的两端引线的连接点。因设备线夹是电力系统中的装置，在电力系统的实际运营过程中，若对设备线夹的关注不够，则因设备线夹引起的事故可能会超过40%，因此，为了提高配网中设备线夹在电力系统中的使用效率，必须对其进行深入剖析。

关键词：配电网；铜铝设备线夹；故障分析

1、设备线夹分类及制造工艺

1.1设备线夹分类

在配电网中，铜铝线之间的接触面必须做一些过渡处理，不然由于电流的影响，接触面会被氧化，从而增加接触面的阻力，甚至还会引起接点的发热而产生安全隐患。为了防止这一现象，在铝导线和铜导线之间，使用了一端为铝，一端为铜的特种接触器。按照连接的形式，设备线夹通常可以被划分成两种形式：一种是螺栓型结构（SL系列），另一种是压缩型结构（SY系列），这两种结构的材料分别是铜和铝，而铜与铝的连接方式有对接式、过渡式。

1.2设备线夹制造工艺

铜－铝间的接头通过摩擦焊、闪光焊、硬焊、爆炸焊或通过其过渡来实现。采用闪光焊接工艺，摩擦焊接工艺，制造出了以对置型铜铝件为主的导线夹具。作为一种新型的Cu-Al合金连接方法，其主要优势在于：（1）具有大面积的Cu-Al焊接面积。爆炸焊铜铝过渡设备线夹的铜铝焊合面积达到整个焊接面积的99%，而钎焊型则是利用铜板复合在设备线夹铝板的板面工艺生产出来的，它的焊接接合面积通常达到整个焊接面积的75%，也就是大约3000mm2。从产品结构上来看，用闪光焊接和摩擦焊接的铜铝设备线夹，其连接面为两个材料板对接，其铜铝转换的焊接区域比较小，大约200mm2左右，载流区域比较小。（2）熔化后的铜铝过渡层在爆炸焊接及硬焊过程中存在较低的电阻。铜铝焊接面积大（也就是载流面积大）则电阻小，焊接面积小则电阻大，爆炸焊的焊接面积要比钎焊的焊接面积略大，而钎焊的焊接面积要比闪光焊接和摩擦焊接的焊接面积要大得多，因此，爆炸焊和钎焊铜铝过渡界面电阻要小得多，这就大大地避免设备线夹发热造成的断电事故，并减少能源消耗。（3）无破裂危险的爆破焊接或铜焊。由于其自身的构造和工艺问题，在特殊情况下，电弧焊和摩擦焊的焊接部分会出现断裂的危险：①当所连接的电线比较长时，电线会因为风摆而引起的振动，从而对设备的线夹造成拉伸和剪切力，而长期的风震则会造成焊接表面的疲劳破坏。②由于铜材与铝材之间的膨胀系数存在差异，在温度相差很大的情况下，由于铜材与铝材之间存在着一定程度的膨胀，使焊缝处发生了热膨胀和收缩，从而使焊缝处产生裂纹；③在大电流作用下的电场会导致焊缝表面开裂。而爆轰焊与硬焊在装配时，螺栓扭矩一直通过全铜与铝的交界处，由铜与铝交界处承担螺栓拧紧的应力，不会产生焊缝断裂的危险[1]。

2、配电网铜铝设备线夹故障分析

2.1自身设计缺陷

因为铜铝设备线夹自身的制作工艺上有一些问题，所以它的焊接部位并不可能是完美的，所以如果有很小的间隙，就有可能会被空气、水分等入侵到焊接面，从而导致焊接面产生氧化，进而导致接触电阻增大，在工作的过程中散热进一步增大，从而导致了氧化面积增大，最后导致铜铝设备线夹强度降低致使断裂。

2.2制造工艺不合格

由于金属丝钳在铸造和焊接过程中存在的缺陷，会导致金属丝钳的有效接触面积减少，拉伸强度降低，接触电阻增加。在Cu-Al连接过程中，由于Al与Cu-Cu电极之间的电位差异以及焊接温度较高，容易导致Al溶解，而Al和Cu在焊接过程中互相扩散形成的脆性材料会导致连接不稳定，从而导致连接强度和抗腐蚀能力下降。

2.3焊接处发生电化学反应

在空气中水分、二氧化碳和其他杂质的影响下，很容易生成电解液。铜和铝属于两种具有不同的化学活性的金属，铝的活性要高于铜，所以两种金属在接触过程中，就会形成一个源电池，从而会发生电化学腐蚀。铝容易失去电子，变成负极，化学反应式为2Al-6e-=2Al3+，铜不容易失去电子，变成正极，化学反应式为6 H++6e-=3H2(t)，在铜铝接触面上会产生氧化层，接触电阻会持续增大，从而造成接头发热，甚至烧坏。在重污染区，一个月内可能会出现4—5次装置的断线现象。

2.4铜铝膨胀系数不同

铜的热膨胀系数为17.7×10-6/℃，铝的热膨胀系数约为23×10-6/℃，其热膨胀系数约为36%，当装置的线夹产生热量时，金属会被压缩，但冷却后不会被完全恢复。在工作过程中，线夹会遇到通电与停电、大电流与小电流、冷热天气交替等各种状况，这些状况都会导致线夹产生反复的热胀冷缩，这样就很可能会使接触面处产生较大的间隙，从而造成接触不良，提高接触电阻。在此过程中，由于有水和二氧化碳等气体的存在，使铝丝产生了氧化作用，虽然氧化铝表面的氧化膜非常薄，但是它会极大地增大接触点的电阻值，使得接触点极易产生热量，加重了接触点的氧化，降低了接触点的强度。

2.5施工工艺差

(1)在工程的时候，因为一些线卡受到了安装地点的约束，所以必须要有一定的弯曲，而工程中的线卡一般都是扁平或者弯曲非常小（不超过30°），这就必须进行后续的手工加工，因为没有专门的机械，所以一般都是用最简单最粗糙的方法来将铜铝件进行弯曲。另外，在绕组成形后进行弯曲作业，使得铜、铝接点产生了某种程度上的偏移，从而增大了过渡区域的接触阻力。(2)在工程实践中，由于设备线钳全部铜制部件钻孔过小，无法继续工作时，必须进行二次钻进，二次钻进时可能由于钻孔次序不对，导致铜铝层彼此分离。(3)装置的线夹与引线的类型不相符，或者没有采用对应的大小的压接模来压接压缩的装置的线夹，造成引线与引线夹接线端的接触不好，其接触阻力会增加数百倍，并且容易产生发热的情况。(4)如果电缆没有得到很好的紧固，则会使装置导线卡承受电缆的向下张力，长期下去很容易引起装置导线卡的金属疲劳损坏。(5)装置的引流线通常与装置有较大的角度，当线夹被压缩后，在安装时很容易出现电线的弯曲半径太小而松开，从而产生发热点的情况。(6)与电线夹具相连的电线没有用铝包裹，在电线夹具挤压时，会导致电线松散，电线镀锌层受损，电线与装置电线夹具接触的地方会产生发热。(7)使用已被淘汰的电弧焊、摩擦焊工艺制作的对接型布线夹具，在电力网中进行竣工验收时没有严格检查，使次品在电力网中使用[2]。

3、配电网铜铝设备线夹故障的防范措施

3.1对设备线夹型号进行了合理的选择

在配网施工中，导线、设备线夹及压接模具的大小应相适应，国网公司统一要求设备线夹选择使用热镀锡铜端，由于压紧式铜铝线夹采用高强度压接，铜与铝两个表面没有焊点，不会产生任何杂质，具有良好的无氧性，同时热镀锡后，铜铝线夹能有效抑制金属表面的氧化，从而实现良好的铜铝转换，结构简单、可靠。

3.2加强对仪器进入网络的质量控制

运营企业要严格按照国家和电力行业标准，对入网的铜铝过渡线夹进行X光检测等金属技术监督，只有通过了测试，达到要求的产品才可以在电网中应用。与此同时，对供应商进行评级，将不合格的供应商列入“黑名单”，从根本上控制好设备的品质。

3.3对工程的建造和安装过程进行标准化管理

加大对是施工工人的训练力度，严格控制工程的竣工验收，积极推动工程的标准化。

3.4强化运行维护

贯彻执行电网设备主人制，运用好红外热成像等带电检测技术，按照巡视周期，强化对设备线夹的巡查，并对存在的问题进行整改，尽可能将发热故障消除在萌芽状态，保证线路的安全运行。对于已经出现的失效的装置，详细地分析失效的成因，并做好资料的统计，有目的地制订有针对性的对策。

4、结语

尽管在电力系统中，设备线夹并不是一个非常关键的装置，但是它的工作量却很大。在这个时代，由于人们对电力系统的可靠性的需求越来越高，因此，在进行设备线夹的建设、运行和维护方面，需要得到更多的关注。为了能够对铜铝设备线夹故障进行有效的控制，并逐步降低其对电网供电造成的影响，就必须从设备线夹设计选型、物资采购、电网建设、工程验收、日常运维等各方面来强化对其的管理，并与电网的特点和实际情况相结合，进行设备线夹故障防范工作，确保电网的运行安全。

参考文献

[1]袁义桃.配电网铜铝设备线夹故障分析及防范措施[J].大众用电,2021,36(12):56-57.

[2]杨可,苏尚流,林文贵.配电网设备线夹施工工艺与铜铝过渡分析[J].电器与能效管理技术,2021(03):36-40.