耐张力线失效过程及原因解析

失效线夹在压接时即已形成了断股，压接管明显粗细不均，内部腐蚀严重，其钢芯周围有层状致密氧化层，主要成分为氧化铁，并含有少量氧化锌、氧化铝；压接管内钢芯因腐蚀直径明显减小，镀锌层完全消失，且存在由于压接工艺不当导致的镀锌层缺失现象。与未失效线夹压接管相比，失效线夹压接管内部钢芯和铝线之间比较松散，压接不致密。这一方面是因为失效线夹长期处于较高温度，线夹变形较大；另一方面，则是因为失效线夹腐蚀较为严重，腐蚀产物堆积较多。失效线夹压接管端部有明显的高温烧损氧化现象，这应该是由于线夹长期处于过热状态，当温度达到一个临界值时导致线夹瞬间高温烧毁而造成的。上述现象的产生与耐张线夹的运行环境有关。

 铝合金虽为耐腐蚀材料，但在特殊的运行环境下也会出现严重的腐蚀。失效线夹服役于我国中部偏南区域，气候虽不潮湿，但雨水比北方的多，且由于环境污染导致雨水呈酸性，全年酸雨平均发生概率为8.1%，降水PH年均值为5.9。酸雨类腐蚀介质的渗入可能是造成其失效的另一主要原因。空气中的氧气和水分是参与大气中金属腐蚀失效过程的主要介质。线夹在干燥大气中的腐蚀比在潮湿大气中的缓慢，其腐蚀速率又随着表面液膜层厚度不同而变化。

 当大气湿度特别低时，钢芯表面只有几个分子层厚度的液膜，并没有形成连续的电解液，腐蚀速率很低；当钢芯表面液膜层增加到几微米厚时，形成了连续的电解液层，发生了电化学腐蚀，腐蚀速率急剧增加；当钢芯表面液膜层进一步增大，能扩散到钢芯表面的氧就越来越少，因此这个阶段腐蚀速率反而降低；当液膜层很厚时，钢芯可视为浸在电解液中，腐蚀速率趋于一个稳定值。所以，线夹在大气中的腐蚀随着降雨量的变化而变化，当降雨较多时，腐蚀较为强烈，当降雨较少时，腐蚀相对缓和。钢芯周围氧化物的层状分布在一定程度上说明腐蚀过程与降水过程有对应关系。

 耐张线夹长期处于通流状态，输电容量有时高达2000A，其温升明显，甚至会导致过热。国内学者针对220KV输电线路避雷线变电所进线门型架构悬挂耐张线夹的过热和放电现象及断裂现象的研究均显示温升对线夹失效有明显的影响。根据焦耳定律，电流发热与电阻大小呈正相关，其单位时间发热量也会增加。由于失效线夹处导线存在断股，酸雨更易顺着断股进入线夹导致线夹腐蚀。随着腐蚀的进行，线夹内部接触电阻越来越大，并且钢芯铝绞线与线夹接触有效面积越来越小，导致线夹总体电阻逐渐增大，使得温度不断上升。

 此外，线夹表面的腐蚀产物绝大部分为Aｌ203，在交变大电流的作用下Aｌ203会产生介质损耗，进一步导致发热量增大，温度升高。而线夹温度的升高又会加速腐蚀过程，当腐蚀产物堆积到一定程度，会导致线夹温度的急剧上升而使其发生瞬间高温烧损失效。其瞬间高温烧损机理可以用热击穿理论加以解释，即当介质处于电场中，因其介质损耗而产生热量，当电压足够高时，有可能从散热量等于发热量的平衡状态转变为散热量小于发热量的非平衡状态，此状态下介质温度越来越高，直至出现永久性损坏。耐张线夹在刚开始服役时，线夹压接管内壁与铝线接触面电阻值很小，此处电压降几乎为0，此时线夹与铝线接触面相对于线夹及钢芯铝绞线其他位置并无温升。随着腐蚀的进行，接触面处形成腐蚀产物，电阻变大，对应的电压降慢慢变大，当电压值增大至临界值时，线夹与铝线接触面温度将升至临界击穿温度，并因散热和发热量达到平衡而维持此温度。当线夹进一步腐蚀后，腐蚀产物处的电压降将大于临界电压值，其温度也将升至临界击穿温度以上，并持续增大，直至线夹失效。