1000mm2大截面导线配套金具的研制工艺

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  摘要: 宁东-山东±660kV直流输电线路是国家电网公司继1000kV交流、±800kV直流之后,又一新的电压等级输电线路,工程采用4×JL/G3A -1000/45-72/7钢芯铝绞线,1000mm2大截面导线的应用,是该工程的一个大的创新点,其配套金具的研制开发,也是工程建设所必须的,重点介绍1000mm²大截面导线配套的悬垂线夹,耐张线夹,间隔棒,防振锤的研制。
  关键词: 1000mm2;大截面;金具
  中图分类号:TM752 文献标识码:A 文章编号:1671-7597(2011)1110192-02
  1 材料及工艺的选用
  1)悬垂线夹的U型挂板等附件采用抗拉强度不低于375MPa的钢材制造。所有用钢制造的附件、紧固件均采用热镀锌进行防腐处理;
  2)防晕型铝合金悬垂线夹本体材料不低于ZL101A。压条材料不低于ZL102。
  防晕型铝合金悬垂线夹用铝合金材料铸造完成,在本项目中,通过比较及试验验证,为了达到大载荷、高强度的要求,我们采用了金属型重力铸造,对铸件进行T6热处理,为保证金具的外观质量,对铝件做抛丸及钝化处理。
  2 耐张线夹及接续管
  2.1 技术要求
  1)用作电气连接的金具不得降低导、地线的导电能力。
  2)压缩型金具设计应减少内部空腔,防止运行中潮气侵入和滞留。
  3)耐张金具和接续金具安装后不应导致导线与原接触面的应力增大以致微风振动时破坏。
  4)耐张金具和接续金具的设计应避免应力集中,出线口内侧应做成圆弧倒角。压接管的拔稍长度为导线直径的1倍。
  5)耐张金具尾部应采取防水措施。
  6)耐张线夹本体压缩区段应刻有清晰指示标志。铝管表面应光滑平整,不应有裂纹、划伤、剥层及碰伤等缺陷。
  7)耐张线夹对导线的握力,其与导线计算拉断力之比应不小于95%。
  2.2 导线耐张线夹的研制
  2.2.1 耐张线夹的设计思想
  液压型耐张线夹由铝压接管(铝管)和钢压接管(钢锚)两部分组成。铝管用于与钢芯铝)绞线的铝绞线部分连接,钢锚用于与钢芯铝绞线的钢芯部分连接,两者都是通过在压力下产生塑性变形,从而分别和铝绞线和钢芯结合成为整体。同时,铝管通过压力连接在钢锚的根部,使得整个耐张线夹与钢芯铝合金绞线浑然一体。
  2.2.2 耐张线夹型号及尺寸:
  
  2.2.3 耐张线夹材料及工艺
  1)耐张线夹钢锚材料按GB/T700的规定,牌号为Q235A级,屈服强度235MPa,含碳量不大于0.15%,成品硬度不大于HB137。钢锚采用整体锻造工艺加工,非加工表面钢印深度不大于1mm,宽度不大于3mm,不允许有裂纹、剥层及氧化皮存在。钢锚采用热镀锌防腐,钢管也镀锌后应回余锌。
  2)耐张线夹的本体材料选用铝纯度不低于99.5%的热挤压成型铝管,其布氏硬度HB不大于25,超过25时必须进行退火处理;压缩型耐张线夹的本体材料亦可选用铝合金管,不允许铸造;引流管选用铝纯度不低于99.5%的热挤压成型铝管;
  2.2.4 钢锚的设计计算
  1)钢锚压接部分钢管内径。内径考虑到镀锌钢丝的外径误差,导线钢芯单丝直径允许偏差为±0.05mm,因此整个7根单丝组成的钢芯的直径偏差为±0.15mm,所以钢管内径Ф1应该比钢芯直径大0.15mm即为:8.4mm。Ф1设计取值为9.1mm。
  2)钢锚压接部分钢管外径。钢芯压实后相当于直径变小为Kμ×d,对于7根单丝的钢芯来说,通常取为0.9。钢管外径的设计要求为压接管的钢管伸长1%(屈服)时的强度等于钢芯铝(铝合金)绞线的钢芯伸长1%时的拉力,即:
  F钢锚=F钢芯
  强度计算:
  
  D2-钢管外径(mm)
  -钢管压成六角型后的内包面积,相当于外接圆的百分数。 ≈0.83
  -钢芯外径(8.40mm)
  -钢绞线强度(1570MPa)
  将参数带入计算后取值:D2=18.89mm
  即:钢管外径大于18.89则钢管强度满足要求。D2设计取值为22mm。
  3)钢锚压接部分钢管压缩比检查。压缩比(K)是压力的重要标志,压缩比小意味着压力达不到要求甚至没有压力;但是,压缩比过大又会导致压接后的飞边过大,材料浪费,甚至影响压实。
  
  
  其中:
  S1-钢管压前截面积
  S2-钢管压后截面积
  
  4)钢锚与钢芯压接长度。钢芯绞线钢芯的拉力是由钢锚压接部分的钢管来握紧的,要保证有足够的握着强度,则需要保持一定的压接长度。压接长度的计算一般采用一个经验系数,即对于7股钢芯,压接长度约等于钢绞线外径的13.5倍。本次设计取为Lg=135mm。
  5)钢锚未压接及与铝管压接部分的外径。钢锚未压接及与铝管压接部分的外径应与钢芯铝绞线外径基本相同,且不得大于铝管的内径。据此取为D3=42mm。同时未压接部分的钢锚已经需要承受整个导线的拉力,验证其强度:
  
  
  -钢管材料屈服强度(235MPa)
  D3-钢锚未压接部分外径(mm)
  T-钢锚钢芯铝绞线的计算拉断力(JL/G3A-1000/45-72/7为226.15kN)
  
  
  2.2.5 铝管的设计计算
  1)铝管内径。铝管内径考虑到钢芯铝绞线的钢芯镀锌钢丝和铝层铝单丝的直径误差:按照GB/T17048架空绞线用硬铝线的直径偏差的规定,铝单丝的偏差不大于单丝直径的±1%。因此对于钢芯铝绞线,整体偏差为:4.21×8×1%+0.15=0.49mm。因此铝管内径为:42.08+0.49=42.57mm。Ф1设计取值为43.7mm。则前面设计的钢锚未压接及与铝管压接部分的外径满足不小于铝管内径的条件。
  2)铝管外径。铝管外径的设计要求为铝管的强度满足铝管的拉断力≥钢芯铝绞线的铝线的拉断力之和的要求。
  
  其中:
   -铝管强度一般为80N/mm2(铝合金管强度,一般为135N/mm2)
  D1-铝管外径(mm)
  S-钢芯铝绞线总面积(1045.38mm2)
   -铝绞线强度,在此取值为165N/mm2
  S-铝绞线截面积(1002.28mm2)
  对NY-1000/45(适用钢芯铝绞线JL/G3A-1000/45-72/7)耐张线夹铝管外径,代入参数得D1=69.09,即铝管外径大于69.09mm则铝管强度满足要求。D1设计取值为72mm。
  3)铝管压缩比检查。
  
  
  其中:
  S1-铝管压前截面积
  S2-铝管压后截面积
  
  根据前苏联经验,铝管的压缩比应大于6%,本次设计的铝管压缩比为9.3%,满足要求。
  4)铝(铝合金)压接管压接长度。铝压接管压接长度按照经验公式压接长度约为钢芯铝绞线外径的7倍。即为L1>7.5×42.08+42(拔稍长度)=337,取值为L1=367mm。
  5)耐张线夹导电性能。由于钢芯的导电能力和铝绞线相比可以忽略,我们认为导线电流主要传输导线为铝绞线。同样耐张线夹的电流传输导线也可以近似认为是铝管。在铝管与铝线的压接部分之后的耐张线夹部分电流传输能力则全部取决于铝管,这就需要保证铝管的最小横截面积不能小于钢芯铝(铝合金)绞线的铝截面积。铝管的最小横截面积位于和钢管压接段,其横截面积为:
  
  
  显然,S3大于钢芯铝绞线铝绞线部分截面积(1002.28),导电性能满足条件。
  6)钢锚拉环。钢锚拉环的强度应该不小于钢芯铝(铝合金)绞线的计算拉断力,外径的设计要求为钢锚拉环伸长1%(屈服)时强度等于钢芯铝(铝合金)绞线,为便于生产,T值取较大的钢芯铝合金绞的计算拉断力:
  
  
  σ1-钢管材料强度(375MPa)
  D4-钢锚拉环外径(mm)
  T-钢芯铝绞线的计算拉断力(226.15kN)
  带入参数计算得到D4=19.6mm,取值为D4=24mm。
  拉环环形的半径取为15mm,环形的直线部分长度取为60mm。拉环前端倒角,起到定位到铝管的作用,并且保证在压实后和铝管断面接触紧密,防止雨水进入铝管。
  7)耐张线夹引流板的型式及加工要求。引流板要满足耐张线夹导电性能的要求,因此要确定引流板的厚度和宽度以确定引流板的截面积,截面积大小不能小于钢芯铝(铝合金)导线铝(铝合金)部分的截面积。本次对耐张线夹引流板采取加强型双面接触的型式,双板布置在耐张线夹主管上。在增加接触面积的同时对引流板和引流线夹接触表面光洁度提高,要求引流板开口应符合如下图示,平面度不大于30μm,表面粗糙度Ra不大于3.2。外侧面应平整、无划伤,周边光滑。引流线夹之平板端与引流板的装配公差为0.5mm。引流板和引流线夹之间的连接螺栓为4个M16的螺栓。
  3 导线接续管的研制
  1)接续管性能指标:接续管对导线的握力,其与导线计算拉断力之比应不小于95%。
  2)接续管的结构:接续管的接续方式采用搭接。
  接续金具出口处为避免应力集中,出线口内侧做成圆弧倒角。压接管的拔稍长度为40。铝管出口处拔梢为5°。
  3)接续管结构型号尺寸。
  
  4)接续管的材料。钢管材料按GB/T700的规定,牌号为Q235A级,屈服强度235MPa,含碳量不大于0.15%,成品硬度不大于HB137。钢管采用热镀锌防腐,镀锌后应回余锌。
  接续管铝管材料选用铝纯度不低于99.5%的热挤压L3铝管,破坏强度不小于80MPa。
  5)试验结果。对NY-1000/45、JYD-1000/45耐张线夹、接续管已委托中国电力科学研究院进行握力试验、接续电阻、温升试验,目前已完成握力试验,其余试验正在进行中。
  4 导线防振锤及预绞丝护线条
  4.1 导线防振锤
  4.1.1 技术要求
  1)防振锤的技术要求按GB/T2336的规定执行,同时应满足GB2314-1997要求。
  2)导线防振锤应具有防电晕的能力,产品电气性能(包括电晕和无线电干扰)本身应满足宁东-山东±660kV直流输电线路防电晕要求,在标准大气压条件下,零米海拔地区(北京试验基地),金具可见电晕熄灭电压不低于873kV。
  3)防振锤具有良好的机械性能和耐疲劳性能,在运行过程中不滑移、锤头不脱落、各部件不松动。
  4)钢绞线与锤头的连接方式采用锚固的方式进行联接。
  4.1.2 结构设计
  ±660kV架空线路导线的防振锤由锤头、钢绞线、线夹和预绞丝四部份组成。由于音叉式防振锤可以保证在振动中钢绞线与锤头不发生碰撞还可以防积水腐蚀,因此采用音叉式防振锤,锤头对称布置。
  4.1.3 结构图
  4.1.4 原材料的选用与制造工艺
  1)防振锤的锤头采用铸钢ZG35制造,锤头表面更为光滑棱角和金属毛刺较少,锤头质量分布更为均匀,锤头进行热浸镀锌处理。
  2)线夹本体采用铝合金ZL102制造,应符合GB/T 1173-1995的规定,预绞丝采用铝合金丝制作。
  3)钢绞线应符合YB/T5004-1993要求,钢绞线单线抗拉强度不低于1520MPa,绞合节径比不大于11,在不采取任何措施的情况下切割的镀锌钢绞线不应散股、锈蚀。
  4)防振锤设计和制造中主要控制点:线夹预绞丝的成型设计、钢绞线结构和长度、防振锤结构型式以及锤头的结构尺寸和重量、工艺过程的控制。
  5)本工程防震锤采用预绞式线夹,在试制过程中,在预绞丝的生产上,我们按来图先进行了φ4.8铝包钢丝试制,试缠后发现其刚度和顺线握力均不理想,且端部易生锈,无法彻底防腐,我厂改用φ7.8铝合金丝后,顺线握力满足要求,缠绕刚度及外观效果明显较好。
  4.1.5 防振锤的试制试验
  对防振锤FDYJ-8包括预绞丝式线夹对导线的握力、线夹本体对钢绞线的握力、锤头对钢绞线的握力;功率特性、振动疲劳性能试验;电晕及无线点干扰试验。
  5 试验
  在项目的实施过程中,为确保设计的安全、可靠和高质量,所有的金具均委托中国电力科学研究院进行相关的型式试验。主要有:
  1)CGF-10047、CGF-15047、CGF-20047、CGF-15060、CGF-20060、CGF-25060六种悬垂线夹的破坏荷载试验、握力进行试验。
  2)FJZ-450/1000型四分裂导线的间隔棒的机械强度试验,垂直、扭转、水平振动疲劳试验,次档距震荡对数衰减试验。
  3)FDYJ-8型防振锤的机械性能试验、功率特效试验、振动疲劳试验以及电晕及无线电干扰试验。
  4)NY-1000/45、JYD-1000/45耐张线夹、接续管的握力试验、接续电阻、温升试验。所有产品均通过了试验。
  6 应用
  目前该项目已在宁东-山东±660kV直流输电线路工程中应用,情况良好。
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