碳纤维复合芯导线耐张线夹发热原因分析

姚贵娇 曹懋峰 陈作新

（1.南京电力金具设计研究院有限公司，江苏 南京 211599；2.中国能源建设集团南京线路器材有限公司，江苏 南京 211599）

0 引言

碳纤维复合芯导线是一种节能型增容导线，其加强芯由特高强度碳纤维合成的芯棒替代传统的钢芯和钢绞线，外层采用定型铝绞合而成，在相同导线截面积的情况下，相对于传统钢芯铝绞线，碳纤维复合芯导线是能输送更多电能的新型导线，同时碳纤维复合芯导线具有强度高、载流量大、线膨胀系数小、质量轻、耐腐蚀等特点，该类导线配套金具加工精度要求高，金具成本较高[1]。

部分架空输电线路中采用了碳纤维复合芯导线以提高线路运行效率，但部分碳纤维复合芯导线耐张线夹在线路运行中有发热现象。具体发热部位为耐张线夹引流板，其中4颗不锈钢螺栓温度最高，部分达到400℃左右。为防止因发热而产生线路故障，已对问题线路做了应急处理[2]，更换了碳纤维复合芯导线及其耐张线夹。为了分析耐张线夹引流板发热原因[3]，同时为消除后续耐张线夹发热引发线路故障提供理论支撑，下面对发热耐张线夹进行相应的试验数据采集与结果分析。

1 基础数据采集

基于碳纤维复合芯导线用配套金具发热点位置和发热温度，拟进行如下试验分析：耐张线夹电气试验数据采集、通流情况、不同型式引流板导流试验、螺栓不同扭矩的电阻对比、不锈钢螺栓和镀锌螺栓的电气对比、端子板接触面是否涂抹电力脂对电阻的影响。

1.1 耐张线夹初始直流电阻采集

为了更好地排查出发热故障点，本次耐张线夹直流电阻测量采取整体电阻测量和分段测量相结合的方法进行。整体电阻测量即将耐张线夹和引流线夹作为一个整体来测量，分段电阻测量将耐张线夹和引流线夹这个整体分成三段，对三段电阻进行测量，排查出具体故障点。整体电阻测量部位示意图如图1所示，分段电阻测量部位示意图如图2所示。

图1 整体电阻测量部位示意图

图2 分段电阻测量部位示意图

直流电阻试验时，在回路中通入稳定的20/30 A正反向直流电流，采用直流压降法进行测量。该耐张线夹整体初始电阻值与相应长度的等长参考导线电阻比为4.74。耐张线夹分段电阻值与相应长度的等长参考导线电阻比如表1所示。

表1 耐张线夹分段初始电阻与等长参考导线电阻比

试验数据表明：耐张线夹整体初始电阻大于等长参照导线的直流电阻，电阻比为4.74；耐张线夹分段电阻A270、C800段的直流电阻低于对应等长导线的直流电阻，耐张线夹B270段的直流电阻大于对应等长导线的直流电阻，可见本次事故的故障点是线夹B段，即端子板部位。

1.2 耐张线夹初始温升采集

温升试验时回路中通以1 400 A的交流电流，待试验回路温升稳定以后，测量各测试点的温度值，具体电气布置图如图3所示，耐张线夹初始温度值如表2所示。

图3 电气试验布置图

表2 耐张线夹各测温点初始温度值

耐张线夹温度值表明：初次温升中，耐张线夹5个测温点的温度值为40～409.8℃，等长导线温度值为64.8℃，其中4个测温点的温度值均高于等长导线的温度值。温升试验再次验证了主要发热点是端子板和部分螺栓。

1.3 耐张线夹引流板导通采集

耐张线夹引流板和引流线夹接触部位电力脂涂抹较多，且老化严重，存在发硬现象。推测存在电力脂在导流接触面形成绝缘层的可能，导致线路运行中接触面不导流，4颗螺栓导流，最终导致螺栓温度过高。用万用表进行引流板导通性测量后发现，线夹螺栓和引流板导流效果较好，耐张线夹引流板和引流线夹引流板间导流效果较差。具体情况如图4、图5所示。

图4 螺栓和引流板导流图

图5 引流板间导流图

1.4 不锈钢螺栓不同扭矩下电阻采集

将耐张线夹引流板和设备线夹引流板的连接螺栓进行拆解，拆解过程中对螺栓拧紧力矩进行了测量，4颗螺栓的拧紧力矩分别为72、121、75、130 N·m，推测螺栓松动可能是造成引流板发热原因之一。

参照拆解螺栓时测量的拧紧力矩值，将不锈钢螺栓按照40、80、120 N·m拧紧力矩值拧紧，并测量3个拧紧力矩值下的耐张线夹整体电阻和各段电阻。不同扭矩下的整体电阻与等长参考导线的电阻比如表3所示，耐张线夹直流电阻随着拧紧力矩的增大而减小。

表3 不同螺栓扭矩下电阻与等长参考导线电阻比

1.5 不同连接螺栓电气数据采集

将处理后的端子板用4颗普通M12镀锌螺栓连接，测量耐张线夹整体电阻和分段电阻。线夹使用镀锌螺栓和不锈钢螺栓的整体电阻与等长参考导线电阻比如表4所示。

表4 线夹使用镀锌螺栓和不锈钢螺栓的整体电阻与等长参考导线电阻比

温升试验时回路中通以1 400 A的交流电流，待试验回路温升稳定以后，测量各测试点的温度值，使用镀锌螺栓时的温度值如表5所示，使用不锈钢螺栓时的温度值如表6所示。

表5 使用镀锌螺栓时各测温点和导线温度值

表6 使用不锈钢螺栓时各测温点和导线温度值

试验数据表明：使用镀锌螺栓时，耐张线夹与等长导线的电阻比为1.7；使用不锈钢螺栓时，耐张线夹与等长导线的电阻比为7.8。使用镀锌螺栓时，线夹5个测温点的温度值为66～106.1℃，等长导线温度值为125.3℃，5个测温点的温度值均低于等长导线的温度值；使用不锈钢螺栓时，线夹5个测温点的温度值为66～184℃，等长导线温度值为122.3℃，铝管（1）测温点的温度值低于等长导线的温度值，其他4个点的温度值均高于等长导线的温度值。

1.6 是否涂抹电力脂的电气数据采集

将连接螺栓拆开后，发现不锈钢螺栓为全螺纹，4颗不锈钢螺栓由于长时间温度过高，外表面有变色现象，螺纹夹杂为黑色物质。引流板接触面有一层黑色物质，将引流板接触面清理干净后，发现接触面基本光滑，无烧伤现象。

处理后的引流板涂抹适量电力脂，用4颗普通M12镀锌螺栓连接，测量耐张线夹整体电阻和分段电阻，与未涂电力脂线夹进行比较。试验数据表明，耐张线夹引流板涂电力脂的整体电阻略低于未涂电力脂线夹。耐张线夹在是否涂抹电力脂情况下的整体电阻与等长参考导线的电阻比如表7所示。

表7 线夹是否涂电力脂的电阻与等长参考导线电阻比

2 发热原因分析

通过在耐张线夹不同状态下对碳纤维复合芯导线的试验数据采集结果可知，在引流板间导通试验中，线夹螺栓和引流板导流效果较好，耐张线夹引流板和引流线夹引流板间导流效果较差。不排除施工时在引流板接触面涂抹过多的电力脂，长时间运行导致电力脂老化变质，在接触面间形成绝缘层，导致引流板不导流，4颗螺栓导流。初始温升试验中，线夹螺栓温度短时间达到409.8℃，是耐张线夹出口处最低温度40℃的10倍，对此是很好的证明。发热点集中在螺栓以及螺栓周围端子板部位。引流板连接用不锈钢螺栓松动对线夹整体电阻影响较大，进而在通电时影响线夹温度。引流板连接用螺栓的选择对线夹整体电阻影响较大，进而对线夹温度有较大影响。

3 建议

后续工程中建议使用符合国家标准的电力脂，同时涂抹量严格按照施工工艺规程操作，紧固螺栓采用标准拧紧力矩且运维过程中对螺栓紧固程度进行检查，选择电阻低、紧固性好的螺栓。