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分体式新型软铝片的研究与应用论文

 人参与  2024-11-06 10:30:42  分类 : 理学  点这评论  作者：团论文网  来源：https://www.tuanlunwen.com/
　　摘要：架空输电线路野外露天架设、分布面广，所经过的区域环境、地形存在较大的差异，线路自身结构中组件较多，因此形成故障的因素较多，运行维护比较困难，容易出现故障。输电线路导线在微风作用下会产生振动，振动的节点往往是在导线与金具的固定处，但输电线路运行中长时间的弯折和受压会使导线产生疲劳。为减轻金具和导线的长期接触摩擦，本文开发设计可紧密包裹住导线新型软铝片，更好防护导地线受损，做到有效缓解故障电流电弧灼伤导线和金具，避免长期受风荷载、疲劳振动等不可抗力因素作用产生金具滑移、导线断股等风险，进一步有效解决铝包带缠绕松散安装耗时耗力的施工工艺等问题。

　　关键词：分体式；软铝片；输电线路

　　架空输电线路野外露天架设、分布面广，所经过的区域环境、地形存在较大的差异，线路自身结构中组件较多，因此形成故障的因素较多，运行维护比较困难，容易出现故障。同时，电力系统规模的日益发展、电力内部变革不断深入，对输电线路的安全运行和供电可靠性的要求越来越高，对线路运行维护的安全性、质量、稳定性等方面的要求也越严格。输电线路长期运行在野外环境中，复杂的运行环境，电力金具设备经常出现因松动而滑移，造成接触面导线氧化层增多，降低导线运行寿命。严重将导致导线断股、甚至断线的安全隐患。为提高输电线路运行维护质量和水平，结合实际工作经验，提出输电线路的运行维护建议。

　　本文为解决以上现状，针对性设计开发出一种用于电力施工导线包裹的分体式新型软铝片，分体软铝片结构简单。通过对结构的开发优化做到安装方便、紧密无滑移、作业人员无需携带缠绕工具、安装适用性大等优势。同时软铝片表面留有排水孔，防止内部积水，针对沿海地区具有针对性防治积水现象，解决水分快速排放；分体结构软铝片安装后牢固锁紧，与导地线、金具充分紧密接触，更好地减小导地线振幅，减少导线之间的摩擦和磨损，保护导线铝股、地线钢绞线不受悬垂线夹、防振锤夹头等铁制金具直接接触磨损和振动损伤，保护故障接地点导地线不受故障电流电弧烧伤。

　　1设计背景

　　输电线路导线容易受到各种环境因素的影响，如风、雨、雪等自然因素，以及人为因素如机械振动等，导致导线表面磨损，甚至造成短路或断路等故障。输电线路长期受到风荷载作用，金具与导线产生微风震动，长期作用下，产生震动疲劳时，螺栓发生松动，金具发生位移，增加摩擦和磨损，为解决以上问题现状，目前在电力行业中传统的手段是广泛应用缠绕铝包带方式。但传统铝包带缠绕施工工艺要求高、缠绕安装时间长、运行中易松散等使用缺点。

　　当铝包带发生松散时，金具、悬垂线夹会与导线产生摩擦和磨损，导致铝包带和导线的表面受损，甚至使铝包带与导线脱离。这不仅会影响导线的导电性能，还会增加线损和故障的风险。铝包带松散后，会形成不连续的表面，增加风阻，使导线更容易受到风力的影响，从而增加线路的不稳定性。当铝包带松散后，可能会影响其绝缘性能，导致导线之间的绝缘性能下降，增加线路短路的风险。当铝包带松散后，容易受到外界环境的干扰，如被风吹走或被其他物体挂住，从而给输电线路带来安全隐患。

　　为解决并找到与传统铝包带特点相同、性能相媲美的替代品，从安装场景、安装适用性、材料性价比几方面开展设计与研究，本文从分析材料特点、设计软铝片模型、制作软铝片样品、安装应用几方面开展探究，分体式软铝片应用可以有效地保护导线免受磨损，延长其使用寿命，降低故障率。同时还能够提高导线的导电性能，减少电阻损失，提高电力传输效率。因此，分体式软铝片在电力行业中具有广泛应用价值。
 

 
　　2分体软铝片设计内容

　　2.1分体软铝片研究思路

　　开展一种新型材料与工具的设计研究要从材料性能、结构设计、耐磨损性能、成本与可持续性几方面进行思考。针对材料强度、硬度、耐腐蚀性、导电性等材料性能，探索是否有不同材料替代铝包带，为进一步优化材料选择提供依据；研究结构设计对性能的影响，探索如何通过结构设计来提高分体软铝片的性能和稳定性。针对铝包带在电力传输过程中容易受到磨损的问题，研究软铝片的耐磨损性能，探索如何通过表面处理等手段来提高软铝片的耐磨性。研究分体软铝片的制造成本和可持续性，对比其他可替代材料是否具有传统铝包带性价比高特点，通过优化材料选择、制造工艺和结构设计等手段来降低成本，提高可持续性。

　　2.2材料分析对比

　　为更好地选择满足线路运行要求，对铜铝两种材质进行分析对比，从中选择较安全、适用强、性价比高的材料，查询资料得铜是一种质地柔软、延展性强的金属，它的密度为8.96g/cm3，熔点高达1083℃。铜也具有抗腐蚀性好的特点，可极大地降低电路运行中的电阻，从而获得良好的电性能。由于铜的延展性好，它能够通过弯曲来适应不同的场合，并且在弯曲时更容易保持原本的形状。铝也是一种具有良好延展性的金属，密度约为2.7g/cm3，熔点为660℃。铝具有良好的导电和导热能力，同时也具有良好的延展性和韧性。相对于铜来说，铝的强度更高，但是在高温下铝的性能则会受到影响。在特定条件下，铝相对于铜来说更容易被压延成薄片，因为它的强度高，因此在加工成型中需要施加更大的力量才能让其变形。然而，一旦施加了足够的压力，铝会很顺利地被压延成需要的形状。

　　根据输电线路运行特点及电力行业标准分析研究，目前使用铝包带也为铝材质，适用性强，且广泛应用在输电线路上。在此背景下，项目组通过开发研究使用软铝材质设计出可紧密包裹住导线分体新型软铝片。

　　2.3分体软铝片设计方案

　　通过前期工作准备，从材料性能、性价比、安装适用性等特点研究结果，最后选择新型分体软铝片材质为可塑性强的O态铝，此材料与传统铝包带材料相同，在不改变材料自身特点，通过对造型开发设计与研究，制作模型开展应用，本文接下来将介绍两种分体新型软铝片。

　　（1）根据设计新型软铝片一厚度1mm，包括软铝片上、下两部分组成，软铝片上、下模均为半圆结构，上模设置6个槽口，槽口深度设置0.5cm～1cm，槽口深度按照软铝片直径选择衡量，中间两个槽口交错布置，下模设置6个与上模槽口相匹配延伸卡条，延伸卡条长度设置为1cm～2cm，卡条宽度设置为1cm，延伸卡条长度按照软铝片直径选择衡量，中间两个延伸卡条交错布置；根据软铝片长度上、下模设置若干排水孔，为便于积水排放，防震锤金具一般设置1个～2个排水孔，悬垂线夹一般设置2个～3个排水孔，整条分体式软铝片设置比防震锤、悬垂线夹类金具长度多5mm～10mm，使用先将软铝片下模置于导线安装位置上，再将软铝片上模置于导线安装位置上，安装时确保上模槽口与下模卡条一一对应贴合，按压下模软铝片中间处的卡条使软铝片上下模贴合，再按压下模软铝片首尾处的卡条使软铝片上下模前后端贴合，使用软铝片端口压固工具对软铝片首尾两端卡条做压固成型，安装后既保证可以紧密包裹导地线，又确保作业时软铝片不发生断裂。

　　由于材质为软铝，具有可塑性强、取料简便且利于包裹特点，使用时人员根据包裹导地线线径大小和悬垂线夹、防震锤等金具选择相匹配的软铝片型号，软铝片两端卡条的相互作用使软铝片牢牢卡住导线外层铝股绞制缝隙处，与导线相互作用，并紧密贴合，作业人员在软铝片表面安装上金具、悬垂线夹，调整金具、悬垂线夹位置使中心与软铝片中心线重合，安装金具压板，最后锁紧螺栓即可。

　　（2）根据设计新型软铝片二厚度1mm，同样由软铝片上模和软铝片下模组成，分别设置有“U”型内翻卡槽和外翻卡槽用于组合固定，软铝片上、下模为半圆结构，“U”型内外翻卡槽长度约1cm～2cm，根据导线线径大小设计软铝片直径大小，根据防震锤、悬垂线夹等金具设计分析软铝片长度，根据软铝片长度上、下模设置若干排水孔，为便于积水排放，防震锤金具一般设置1个～2个排水孔，悬垂线夹一般设置2个～3个排水孔，整条分体式软铝片设置比防震锤、悬垂线夹类金具长度多5mm～10mm。先将软铝片下模置于导线底部，再将软铝片上模置于导线顶部，并推向下模方向使其卡入卡槽。
 

 
　　3分体软铝片应用

　　3.1优势及前景

　　两种新型分体软铝片相比较老式铝包带缠绕工艺有着安装适用性大、效果美观可靠等特点，老式铝包带缠绕工艺有着非常严苛的施工要求，同时相比较导线缠绕预绞丝作业时间较长、劳动强度大弊端问题也得到良好解决。而实际工作中，对于参加工作时间短，缠绕经验不足的人员操作时，很难达到工艺要求，需要耗费更多人力、物力来培训及实操练习。对此本文开发设计电力施工新型软铝片，初步研判将大大缩短施工人员作业时间。本文软铝片对现场作业人员操作能力要求较低、并且操作简单。因取料方便且利于包裹，可大大避免金具滑移、导线磨损、故障电流烧蚀导线等安全风险隐患，提高效率和安全性，具有广泛应用价值。

　　同时新型软铝片也具有重量轻特点，相较于其他金属材料更便于运输和安装；具有较高的强度，能够承受较大的压力和拉力；具有较好的耐腐蚀性，能够在各种环境中长期使用，特别是对于海洋环境具有较强的适应性；有较好的可塑性和延展性，可以方便地进行加工和成型，满足不同领域的需求；软铝片作为一种金属材料，具有良好的导电性能。

　　3.2试验检测

　　为更好地测试分体式软铝片对导线的夹持能力，分别使用铝包带和分体软铝片两种材料进行安装测试，选取LGJ-300/4钢芯铝绞线FR-3防震锤进行安装并进行模拟实际线路运行振动试验，观察防震锤位移情况，按照震荡强度测试，振动不产生滑移防振锤动态性能测试系统设计。具体原理如下，计算机产生的等幅扫频信号经数模转换并进行放大后推动激振台，激振台产生等幅激振力，固定在激振台与防振锤之间的力传感器将等幅激振力转变成电荷信号并送给电荷放大器放大。与此同时，安装在防振锤上的加速度传感器，将振动加速度信号转变成电荷信号传输给电荷放大器，并进行积分放大得到防振锤的振动速度信号。放大后的等幅激振力和振动速度信号分别经抗混滤波、模数转换后输给计算机进行互功率谱密度函数计算，进而由计算机输出测量的固有频率、阻尼和消耗能量等信息。根据以上信息判断两种材料包裹导线后防震锤发生移位的信息数据，试验得出发现分体软铝片具有较强握着力。

　　3.3技术关键点

　　以上两种电力施工包裹导线的分体新型软铝片，容易成型，在没有改变传统材料前提下具有安装方便特点，同时作业过程中产生的余废料较少，取料简便且利于包裹。本软铝片为整片完整结构，避免传统工具铝包带、预绞丝护线条施工操作过程中缠绕松散、不密实的人为工艺问题，同时也大大减少预绞丝护线条作业时间，有效降低作业难度，施工缠绕简单，减少使用传统铝包带缠绕培训和人力成本。

　　4结论

　　综上所述，通过常规铝包带传统方式和新型软铝片包裹进行对比分析，新型软铝片有着突出使用优势和应用前景。由于软铝片表面槽口作用紧密包裹导线，避免长期受风荷载、疲劳振动等不可抗力因素作用产生金具滑移、导线断股等风险；整片结构增大接触面积同时有效缓解电晕灼蚀导线和金具，更好地减小导地线振幅，保护导线铝股、地线钢绞线不受悬垂线夹、防振锤夹头等铁制金具直接接触磨损和振动损伤，保护故障接地点导地线不受故障电流电弧烧伤，同时有效解决铝包带缠绕松散、预绞丝护线条安装耗时耗力的施工工艺问题，为了满足市场需求，铝包带的生产工艺和材料选择也将面临着改进和提高。同时，随着环保意识的提高，对铝包带的环保性能和可持续性也将会提出了更高的要求。

　　总之，作为一种重要的电力金具，其设计背景和应用都与电力行业的发展密切相关，随着电力行业的不断发展和进步，铝包带替代及衍生产品的应用前景也将更加广阔。同时，新型软铝片的设计与改进也将有更高的要求。
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