尹文闊 李峰 趙文彬

摘 要：本文通過開展壓接金具循環(huán)電流試驗，探究循環(huán)電流引起的應力松弛對壓接金具接觸電阻的影響過程，并分析了影響機理;通過鹽霧腐蝕試驗，探究在腐蝕條件下壓接金具的接觸電阻變化過程，并對結果進行了分析。通過兩者比較，本研究指明了今后壓接金具接觸電阻的研究方向。

關鍵詞：電阻;金具;腐蝕

中圖分類號：TM723;TM751 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2020）23-0075-03

Abstract： In this paper， the influence process of stress relaxation caused by circulating current on the contact resistance of the pressing metal fittings was investigated by carrying out cyclic current test， and the influence mechanism was analyzed; through the salt spray corrosion experiment， the change process of contact resistance of the press fittings under the corrosion condition was investigated， and the results were analyzed. Through the comparison of the two， the research direction of the contact resistance of the crimping metal fittings in the future is indicated in this study.

Keywords： resistance;hardware;corrosion

研究架空線路壓接金具接觸電阻的影響因素是對壓接金具進行壽命評估的基礎[1-2]，對于今后開展輸電線路在線監(jiān)測具有重要意義。因試驗條件限制，本文主要針對應力松弛和腐蝕兩點進行研究，然后結合電接觸理論，分別討論并分析了試驗結果。

1 試驗設備和試驗方法

1.1 循環(huán)電流試驗

本文中，循環(huán)電流試驗使用壓接管（主要材料是YJ-300/40）和耐張金具（主要材料是NY-300/40）各4只，使用主要材料是LGJ-300/40的鋼芯鋁絞線30 m。測量工具為Ohmstik XT Plus型線路接觸電阻帶電檢測用微歐計，測量精度為1 μΩ，此儀器可實現帶電測電阻。

試驗按照《電力金具試驗方法 第3部分：熱循環(huán)試驗》（GB/T 2317.3—2016）規(guī)定，使用間斷性大電流對電路進行循環(huán)加熱，電路連接如圖1所示。

如圖1所示，整個試驗回路采用4個壓接金具和4個耐張金具，其中Y-1、Y-2、Y-3和Y-4為接續(xù)金具，N-1、N-2、N-3和N-4為耐張金具，均按照《輸變電工程架空導線及地線液壓壓接工藝規(guī)程》（DL/T 5285—2013）規(guī)程以80 MPa進行壓接。

本文做兩組熱循環(huán)試驗，參照《電力金具試驗方法 第3部分：熱循環(huán)試驗》（GB/T 2317.3—2016）規(guī)定進行試驗。循環(huán)試驗方法如下：在試驗回路中加載1 000 A電流，升溫時間為110 min，由熱電偶記錄溫度，然后恒溫保持30 min，在30 min的后15 min內，使用Ohmstik XT Plus型線路接觸電阻帶電檢測用微歐計對壓接金具和參考導線進行電阻測量，同時記錄各個壓接金具和參考導線溫度以及環(huán)境溫度，然后切斷電源，開始降溫，降溫時間為1 min，1 h后導線基本冷卻至室溫，待導線完全冷卻后，再通入1 000 A電流。如此循環(huán)100次，記錄接續(xù)金具電阻隨循環(huán)次數的變化情況。

第一組循環(huán)試驗完成后，在原試驗電路上做第二組試驗，試驗電流為1 200 A，升降溫時間均為1.5 h，試驗方法相同。

1.2 腐蝕試驗設備和試驗方法

本次腐蝕試驗所用主要儀器為SQ-100P腐蝕鹽霧箱，該鹽霧箱可以做中性鹽霧試驗（NSS），同時可以做乙酸鹽霧試驗（AASS、CASS），實驗室內部溫度為（50±1） ℃，飽和空氣壓力為0.8～2.0 kg/cm2，噴霧量為1～2 mL/80 cm2/h。

本文采用中性鹽霧試驗（NSS）對壓接金具進行腐蝕，參照《人造氣氛腐蝕試驗 鹽霧試驗》（GB/T 10125—2012）規(guī)定進行試驗。試驗方法如下：首先配置氯化鈉溶液，配置濃度為（50±5） g/L，用pH試紙測試溶液pH，一般使用純凈水調出的溶液pH都保持在6.5～7.2。將式樣金具壓接好后，用蒸餾水沖洗干凈，避免粉塵、污漬對試驗的影響，等樣品干燥后立刻放入鹽霧箱內，樣品擺放皆為水平放置，放置在兩水平竹管上;在鹽霧箱操作屏上設定好時間，每15 min噴一次鹽霧，每次噴霧15 min;為防止霧滴中水分蒸發(fā)，空氣進入鹽霧箱之前要用蒸餾水進行濕化，而且溫度要高于箱內溫度10 ℃;通過操作屏設置噴霧壓力為70 kPa，空氣壓力波動保持在±0.7 kPa，飽和塔水溫控制在45 ℃;試驗箱中裝有兩個使用塑性材料制作的鹽霧收集器用于收集鹽霧，測試鹽霧沉降速度，通過調節(jié)，80 cm2的水平面積的平均沉降率應保持在（1.5±0.5） mL/h，試驗箱中的溫度要保持在（35±2） ℃。

本試驗周期為720 h，前期每120 h將式樣金具拿出來進行測量，但不可在噴霧階段將式樣金具拿出，每次拿出樣品時，試驗箱要停止運行，并且每測一次接觸電阻，測量前要先用吹風機烘干金具。本試驗只關心壓接金具的接觸電阻變化，并不需要計算失重比例，所以并不需要將金具表面的鹽漬去除，但在連接直流電阻測試儀時，需要打磨接線處，以免測得的接觸電阻偏大。每次測量時要記錄觀察每個金具的腐蝕程度和各個金具的接觸電阻值、測量時間、電位點測量長度以及當時的室溫。

2 試驗結果分析

2.1 應力松弛對接觸電阻的影響

試驗結果如圖2和圖3所示。從兩次試驗數據可以發(fā)現，壓接金具初始接觸電阻越小，說明壓接工藝越好，壓接性能越穩(wěn)定;一旦初始電阻過大，則金具容易發(fā)生電阻激增。例如，本次試驗中的耐張金具N-3，初始接觸電阻達到參考導線阻值的三分之二，此后在循環(huán)電流作用下迅速惡化，增長到接近參考導線的阻值，但其他壓接良好的壓接金具的接觸電阻基本保持不變，這種試驗現象說明循環(huán)電流確實會引起壓接金具的應力松弛，因為耐張金具N-3的接觸電阻激增就是由應力松弛引起的。接觸電阻會隨著接觸壓力的增加而減小，在接觸壓力增加到一定值時，再增加接觸壓力，接觸電阻就保持不變。耐張金具N-3的剩余接觸壓力小，并沒有超過這個定值，所以循環(huán)電流引起的應力松弛會使得本就很小的剩余接觸壓力變得更小，造成N-3的接觸電阻激增。而壓接良好的壓接金具都有較高的剩余接觸壓力，即使發(fā)生應力松弛，造成接觸壓力減小，它也并不會減少到小于臨界值，所以大部分接觸電阻都不會發(fā)生明顯改變。由圖3可知，循環(huán)后期所有壓接金具的接觸電阻都基本保持不變，即使是N-3也一樣，這是因為材料的應力松弛是一個先快后慢的過程，應力松弛后期如無其他加速因素發(fā)生，其變化極其緩慢，接觸壓力基本保持不變，故壓接金具接觸電阻也基本保持穩(wěn)定，不發(fā)生變化。

通過以上分析可知，除了N-3之外，其他金具接觸電阻不會受到循環(huán)電流次數的影響，哪怕是二次循環(huán)試驗過程中加大了試驗周期，也不會對其接觸電阻造成改變。這就說明應力松弛不會對壓接金具接觸電阻造成影響，哪怕是不良接壓的耐張金具N-3，在循環(huán)過40次之后，其接觸電阻仍然保持穩(wěn)定狀態(tài)，所以應力松弛可能并不是引起輸電線路壓接金具接觸電阻增大的主要因素。

2.2 鹽霧腐蝕試驗分析

腐蝕是公認的影響壓接可靠性的重要因素之一[3]。對于壓接金具來說，腐蝕方式以氧化為主，在壓接面生成Al的氧化物，形成氧化膜，而C1-離子則會破壞氧化膜，為氧化劑開通道路，從而氧化內部金屬，使氧化膜厚度不斷增加，但是氧化膜通常不具有導電性，隨著氧化膜厚度增加，導電通道會逐漸減少，導電面積也不斷變小，接觸電阻自然也就會越來越大。所以，腐蝕不但會減少接觸面積、增大收縮電阻，而且會增加氧化膜厚度、增加膜電阻。

由圖4可以看出，隨著腐蝕的進行，金具表面逐漸失去光澤，變得灰暗不均，再慢慢出現“麻點”腐蝕，最后表面出現大量白色粉末，附在金屬表面。壓接金具的接觸電阻變化如圖4所示。

由圖4可知，隨著腐蝕的進行，壓接金具的接觸電阻確實逐漸增加。其中，耐張金具N-2是一個不良壓接金具，可以看出不良壓接金具的接觸電阻增長速率在相同腐蝕條件下要大于良好壓接金具，這是由于不良壓接的接觸壓力小，腐蝕劑在接觸面上擴散速率快，接觸點被腐蝕的速率更快，不良壓接金具的接觸電阻增加自然也更快，而且接觸電阻的腐蝕速率會越來越快。下面進行原因分析。根據Holm理論模型，收縮電阻的計算公式為：

RS=[ρ/2a] ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（1）

式中，[ρ]為材料的電阻率;[a]為導電斑點半徑;RS為收縮電阻。

接觸電阻Rj由收縮電阻和膜電阻組成，而接觸電阻和接觸面積成反比，隨著接觸面積因腐蝕而減少，接觸電阻的增長率會越來越大。

此次試驗現象說明了腐蝕確實是壓接金具接觸電阻升高的主要因素，而且接觸電阻增加的速率可能會隨著腐蝕的加深而不斷加快。

3 結論

本文進行了壓接金具的循環(huán)電流試驗和鹽霧腐蝕試驗，并通過試驗現象和理論分析得到了以下幾點結論。目前，輸電線路壓接金具的壓接工藝裕度較大，僅僅因為循環(huán)電流而引起的應力松弛并不能對壓接金具的接觸電阻產生重大影響，所以單純的應力松弛可能并不是引起接觸電阻增大的主要因素;通過測量初始接觸電阻的大小以及剛投運一段時間內的電阻變化，人們可以判斷壓接金具壓接工藝的好壞，以接觸電阻為標準的在線狀態(tài)檢測具有可行性;鹽霧腐蝕試驗表明，壓接金具的接觸電阻隨著腐蝕程度的加深而明顯增加，而且電阻增加趨勢越來越快，這說明腐蝕才是引起超高壓輸電線路壓接金具接觸電阻增加的主要因素，針對壓接金具異常發(fā)熱等問題，從腐蝕防治入手更有針對性。

參考文獻：

[1]王國剛.輸變電設備電接觸過熱及劣化機理研究進展[J].電力建設，2013（10）：24-28.

[2]駱國平，章繼高.并溝線夾可靠性研究[J].高壓電器，2000（1）：31-34.

[3]宗慶彬.高壓輸電用鋼芯鋁絞線電化學腐蝕行為研究[D].重慶：重慶大學，2012.