基于X光检测技术的耐张线夹压接强度试验分析

范 杨，汪 建，李一鸣，胡龙江，程 绳，吴 军，鲁少军

（1.国网湖北省电力有限公司检修公司，湖北 武汉430050；2.武汉轻工大学，湖北 武汉430048）

0 引言

输电线路耐张线夹在线路运行过程中不仅要承受所通过的电荷载，而且还承担导线或地线的张力，在保障线路安全运行上起着至关重要的作用。耐张线夹施工属于隐蔽工程，内部钢芯断裂、压接深度不足等内部缺陷常规手段难以检测。近年来因为耐张线夹断裂引起的倒塔断线事故屡次发生［1-9］。

在架空导线与耐张线夹在压接过程中，由于操作人员未能完全按照相关工艺规程进行压接，将导致耐张线夹与导线出现压接质量缺陷。输电线路压接完成后，压接管内部缺陷不易发现，内部有可能会有钢芯断股、压接深度不足、钢锚防滑槽漏压、欠压等典型缺陷，严重降低了输电线路载流量和机械强度，影响输电线路的安全运行［10-12］。

通过对不同压接工况下不同型号导线进行拉断力分析和试验，获得了超特高压输电线路不同型号耐张线夹在典型压接工况下的综合强度和薄弱环节，最后分析不同导线型号耐张线夹的受力规律，总结耐张线夹压接工艺质量控制的要点，制定耐张线夹质量管控措施。

1 试验方案设计

1.1 试验基本思路

本文为了分析实际输电线路中耐张线夹压接强度的规律，这里对典型的4 种截面的导线进行了试验和分析，四种导线的型号和基本参数表1所示。

表1 四种导线的型号参数Table 1 Type parameters for four types of conductors

在对4 种不同规格的导线进行压接时，对每一种导线分别采取了只压钢芯、只压凹槽和钢芯凹槽均压接3种方案进行压接，其中凹槽的压接模数从0到最大模数依次进行试验。每一根导线的两侧都进行压接，一侧为按照耐张线夹的压接工艺正常进行压接，另一侧模拟各种不同缺陷，压接完成后进行拉断力试验，获取拉断力值以及拉断薄弱点。同时，根据电力行业标准《DL/T 5285—2018 输变电工程架空导线（800 mm²）及地线液压压接工艺规程》中的要求，耐张线夹的握着力不应小于导线额定拉断力的95%，可以通过拉断力数值判断不同工况下耐张线夹是否符合要求［13-16］。为确保能够对压接不同模数凹槽的耐张线夹强度进行准确分析，采用X 光检测技术对压接完成后的耐张线夹进行拍片检查。［17-21］

1.2 综合强度计算公式

1）铝管与钢锚未压，钢芯压接。由于此时耐张线夹不压区断面，仅有钢锚受力，外部施加的拉力全部作用在钢锚上，不压区内部钢锚处由两部分组成，一部分为对钢芯压接后的钢锚，一部分为长度较短的一段未压的钢芯，该段钢芯在拉力逐渐增加的过程中会先于钢锚断裂。这种情况下的耐张线夹的综合拉断力为钢芯的拉断力F，为Nmax= F。

钢芯强度的计算：钢芯的拉断力可用单丝钢芯的破断应力乘以钢芯的总面积来计算：F= σ钢× S钢，其中F，σ钢，S钢分别为钢芯的拉断力、破断应力和钢芯面积。对于不同型号钢芯的拉断应力不同，一般在1 500 MPa 和1 600 MPa 之间，钢芯面积可通过钢芯铝绞线的型号得知。

凹槽提供的握力计算：铝管与钢锚压接后会在凹槽处形成一个凸起部位，凸起部位与铝管公共接触面可提供剪切力，可提供的最大剪切力为= m ×σ剪× π × D × l，其中σ剪，D，l 分别为铝管的最大剪切应力，钢锚外层直径和凹槽的宽度，m为压接良好的凹槽数量。铝管的最大剪切应力一般约为80 MPa 在实际计算中可以先计算出一个凹槽能提供的咬合力，多个凹槽压接提供的最大咬合力乘以相应的倍数即可。

1.3 不同工况下拉断力试验检测对比分析

1.2.1 只压接钢芯

耐张线夹只压钢芯的情况其拉断机理较为简单，其本质为钢绞线的拉断试验，拉断力为单丝钢芯抗拉强度与截面的乘积［22-24］。只压钢芯时由于不涉及隐蔽工程环节，因此无需对其进行X光检测［25-27］。

1.2.2 只压接凹槽

此时对于铝管而言，凹槽对于铝管的咬合力等于铝管的张力。根据力的平衡原理，铝管拉力、铝管与钢锚咬合力、导线拉力和外部施加拉力四者相等。在拉力增大过程中，首先达到铝管拉力、铝管与钢锚咬合力、导线拉力中的最小值时，相应的部位则会发生破 坏，具体拉断力计算过程参考综合强度计算公式。

表3 只压凹槽工况下的试验结果Table 3 Test results under pressure groove condition

1.2.3 钢芯压接，凹槽部分压接

在实际输电线路的耐张线夹压接中，最多的缺陷是钢芯压接良好而凹槽未全部压接。当耐张线夹强度明显强于导线拉断力时，耐张线夹未被破坏时，导线就会出现断股［28-30］，具体拉断力计算过程参考综合强度计算公式。

表4 钢芯压接，凹槽部分压接工况下的试验结果Table 4 Test results of steel core pressing and groove partially pressing

2 试验结果分析

2.1 JL/G1A-400/35导线压接结果分析

400/35导线耐张线夹的钢芯强度占耐张线夹整体拉断强度的比例约为50.91/（50.91+79.54）=38%，铝材部分（凹槽及铝管）强度占比约为62%，相比钢芯不承力（钢芯断裂）情况，铝材部分不承力（一槽未压）缺陷更为危急。

400/35导线在钢芯压接良好情况下，钢锚只压接1凹槽，其拉断力值在导线额定拉断力值附近，还需要补压1槽才可满足安全要求。

2.2 JL/G1A-500/45导线压接数据分析

500/45导线耐张线夹的钢芯强度占耐张线夹整体拉断强度的比例约为63.01/（63.01+117.85）=35%，铝材部分（凹槽及铝管）强度占比约为65%，相比钢芯不承力（钢芯断裂）情况，铝材部分不承力（一槽未压）缺陷更为危急。

500/45 导线在钢芯压接良好情况下，钢锚压接2凹槽和3 凹槽时，其拉断力值远高于导线额定拉断力值，可满足安全条件，不需要再进行补压。

2.3 JL/G1A-630/45导线压接数据分析

630/45导线耐张线夹的钢芯强度占耐张线夹整体拉断强度的比例约为63/187.36=34%，铝材部分（凹槽及铝管）强度占比约为66%，相比钢芯不承力（钢芯断裂）情况，铝材部分不承力（一槽未压）缺陷更为危急。

630/45 导线在钢芯压接良好情况下，钢锚压接2凹槽和3 凹槽时，其拉断力值远高于导线额定拉断力值，可满足安全条件，不需要再进行补压。

2.4 JL/G2A-720/50导线压接数据分析

720/50导线耐张线夹的钢芯强度占耐张线夹整体拉断强度的比例约为80.58/225.1=36%，铝材部分（凹槽及铝管）强度占比约为64%，相比钢芯不承力（钢芯断裂）情况，铝材部分不承力（一槽未压）缺陷更为危急。

720/50 导线在钢芯压接良好情况下，钢锚压接3凹槽及以上时，其拉断力值远高于导线额定拉断力值，可满足安全条件，不需要再进行补压。

3 分析结果

由图1 可以看到，钢芯在耐张线夹强度占比大约在35%左右，这表明对于超特高压输电导线，铝的机械强度相比钢芯发挥更大的作用。

图1 不同截面导线强度铝、钢强度占比Fig.1 Strength ratio of aluminum and steel with different section

对于耐张线夹而言，钢锚的凹槽并不需要全部压满就能够满足强度要求，这与导线截面大小，以及所使用的线夹有关。表5 为400/35—720/50 导线耐张线夹所需要压接的最小钢锚凹槽数量、每个凹槽所能提供的咬合力及钢芯拉断力。

表5 不同截面积导线耐张线夹所需压接的最小钢锚凹槽数量Table 5 Minimum number of steel anchor grooves required for compression of tensioning clamps for conductors of different cross-sectional areas

4 结语

通过理论分析或者进行拉力试验能够计算出任何一种压接工艺下的耐张线夹强度和薄弱环节分析，结合X光检测技术可对在运输电线路耐张线夹强度做出准确评估，而不是盲目采取补压措施。