凡东1 陈铭强2
1.广东电网有限责任公司 东莞供电局，广东东莞 523000
2.广东电网能源发展有限公司，广东广州 510160
摘 要：架空线路的导、地线连接大量采用压接型电力金具（耐张线夹和接续管）。压接形式早期采用爆压，目前主要采用液压，压接型电力金具既要承受导线或地线的全部张力，又是重要的通流导体。当耐张管出现内部钢芯断裂等缺陷时，我们很难通过外观检查或者红外测温等手段排查出来，必须通过X光射线无损探伤检测技术进行排查，本文通过对220kV低万乙线#37塔耐张线夹钢芯断裂进行试验分析，为输电架空线路耐张线夹的验收及维护提供了一个可供参考的思路及方向。
关键词：输电、架空线路、X射线、耐张管、压接、检测
一、概述
2020年4月16日，东莞供电局输电管理所对220kV低万乙线进行X光检测，发现220kV低万乙线#37塔中相下子线小号侧耐张线夹内导线钢芯断裂（跨越一级公路），属于紧急缺陷。4月17日完成锯断重接处理及恢复，X光复测无异常。220kV低万乙线是2010年12月31日投运，导线型号：2×LGJ-630/45，耐张线夹型号：NY-630/45，该条线路未发生过雷击跳闸。东莞局将耐张线夹送至广东电科院金属所,对耐张线夹进行了宏观检查、光谱成份分析、扫描电镜微区能谱，进行钢芯断裂原因分析。
图1 耐张线夹宏观照片
二、检测内容和结果
（一）外观和尺寸检查
该耐张线夹外观照片见上图1。从图1观察到铝管压接后无明显变形，表面质量较好。从图2 的X射线检测照片可以观察到钢矛环形槽压接质量良好，导线侧压接质量较好；钢芯在第3压模（自接线板侧或挂线侧数起）位置断裂。
图2 X射线检测照片
对该压接管进行尺寸测量，测量结果参见表1，压接后铝管对边距D应小于51.796mm，该压接管压接后部分尺寸不合格。
表1 耐张线夹（管）尺寸测量结果
备注：测量截面参见图1所示。
图3 耐张线夹钢芯断口两端外观图
从图3可以看出，耐张线夹的端头有油漆，未发现导线的滑移现象。剖开耐张线夹后发现7根钢芯均断裂，铝线未断裂。断口处有明显颈缩，表明钢芯在拉应力下韧性断裂。与断裂钢芯贴近的铝导线，发现明显的与钢芯接触的压痕（参见图4）。部分铝导线上的压痕表面，可见钢芯表面镀锌的痕迹。中间断芯位置的铝线压痕被拉长。
图4 钢芯断裂处（取出钢芯）外观图
（二）光谱成份分析
在铝管上取一块试样进行光谱成份分析，该部件铝含量Al=99.591%。成分检测结果表明，该铝管材质满足标准要求。
（三）电镜和SEM能谱分析
在Hitachi S-3400N型扫描电子显微镜（SEM）下进行表面形貌观察。用扫描电子显微镜附带的EDAX能谱，对部分区域进行微区能谱检验。
几张电镜照片拼接 双颈缩未断裂侧
图5 钢芯断裂处（双颈缩位置）电镜照片
图5左图为几张电镜照片拼接而成的双颈缩位置照片，不但可以看到钢芯断口存在明显颈缩，而且断口纵向2~3倍线径位置还存在一处未断裂颈缩，图5右图为最大颈缩残余位置电镜照片，单颈缩和双颈缩的照片参见图6。
图6 双颈缩与单侧颈缩钢芯对比
三、讨论与分析
（一）钢芯存在“双颈缩”
a>.外观：断口“双颈缩”和单侧断口颈缩同时存在
图7的a-d为钢芯拉伸断裂产生颈缩最终断裂的示意图，图7e为钢芯断口存在双侧颈缩原因示意图，断口的区域受压紧力（图中绿色箭头）约束，约束位置的两侧因拉应力塑性变形而产生颈缩，一侧钢芯最终颈缩直至断裂，另一侧颈缩（图中橙色位置）得以保留而未断裂。
b>原因分析：发现“双颈缩”现象，说明钢芯断裂位置的压紧力过大,导致部分钢芯无法自由变形而断裂。
图9 双颈缩钢芯与铝导线的划（擦）痕
（二）铝导线变形压痕
a>外观1：图8中的未断裂颈缩处有一个镜面高亮的摩擦痕迹，摩擦点与图9中的竖黄线相对应；
b>外观2：图9中的黄圈与蓝圈位于同一截面，而黄色竖线与双颈缩的尺寸相对应：
c>原因分析：图9中，铝导线（黄圈）和钢芯（蓝圈），受到压紧力的约束，只能作为一个整体进行变形，铝导线和钢芯无法相对产生滑移。
铝导线的黄色竖线，在位置、长度和扩展方向上一一对应，硬物体与软物体低速摩擦产生的竖线擦痕。断裂后钢芯拉应力释放，断口位置的铝导线压痕间距被瞬间拉长（参见图4）。
（三）压接压痕
a>外观：本耐张线夹表面未见明显压接缺陷。耐张线夹钢矛端及导线端均未出现滑移现象，并且钢芯断口附近的铝导线有明显的与钢芯接触后的压痕，表明钢芯是在压接过程中或在架线施工过程中断裂。
图11 DL/T 5285的压接（示意）顺序图
b>原因分析：根据尺寸测量结果，根据DL/T 5285计算压接后应小于51.796mm，部分压接管尺寸超标，钢矛与铝管的在压接过程中未按照规定的压接工艺进行压接。
压接力分布不均匀，产生应力集中，导致部分压接力大的区域膨胀受到约束（局部膨胀受阻），可能导致在后续压接过程中钢芯受力超过钢芯的抗拉强度而断裂，或在架线施工过程中，铝管与钢矛未能同步受力，而在施工过程中产生的冲击力大于钢芯的承载力而发生断裂。
四、结论及建议
（一）铝管压接处对边距部分尺寸超标可能会导致导线钢芯断裂存，但根据目前的检测手段和数据尚无法判定压接尺寸偏差与导线钢芯断裂存在直接关系。
（二）耐张线夹导线内部存在双颈缩现象，钢芯局部膨胀及局部滑移受阻，造成钢芯与铝线应力分布不均匀，局部应力集中造成钢芯断裂或损伤，或者在施工过程中产生的冲击力大于钢芯的承载力而发生断裂。由于钢芯断裂后单独铝绞线足够承载导线的正常张力，故线路投运较长时间内，未出现断线问题。
（三）由于本次试验受样品量的限制，仅针对耐张线夹及内部导线受损情况开展了检测分析，对于导线本身尚未开展力学性能分析；建议抽取该档同批次导线开展力学性能检测，特别是钢芯材料力学性能，具备条件时，需一并进行金具与导线之间的握力模拟试验，以便深入分析施工压接与导线钢芯断裂的明确原因。
参考文献：
[1]GB/T 2314电力金具通用技术条件。
[2]DL/T 991电力设备金属光谱分析技术导则。
[3]DL/T 5285输变电工程架空导线及地线液压压接工艺规程。
作者简介：
凡东（1990-），男，本科，电气工程师，送电线路技师，从事输电线路管理工作8年
陈铭强（1976-），男，本科，高级电气工程师，送电线路高级技师，从事输电线路管理工作20年