彭福偉

摘 要：通過(guò)對(duì)神華國(guó)華印尼南蘇電廠低壓鋁芯電纜使用銅鼻子壓接，在未做任何的防過(guò)熱措施及使用的個(gè)別銅鋁過(guò)渡鼻子制造工藝不當(dāng)，導(dǎo)致終端接頭在運(yùn)行過(guò)程中發(fā)熱而導(dǎo)致接頭燒毀。出現(xiàn)這種情況原因主要是鋁芯電纜直接壓接銅線鼻，導(dǎo)致接觸電阻增大。銅、鋁兩種金屬的接觸面與空氣中的水分、二氧化碳和其他雜質(zhì)作用下產(chǎn)生電化腐蝕。后期更換的銅鋁過(guò)渡接線鼻子鍛壓工藝不良使接頭性能不穩(wěn)定。針對(duì)以上這些原因提出了解決方案并付諸實(shí)施，為今后該廠的鋁芯電纜設(shè)備安全運(yùn)行提供了依據(jù)。

關(guān)鍵詞：鋁芯電纜 銅鋁過(guò)渡 發(fā)熱 銅鋁接頭

中圖分類(lèi)號(hào)：F241 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）10（a）-0075-02

神華國(guó)華印尼南蘇電廠自投產(chǎn)以來(lái)，多次發(fā)生由于電纜終端頭發(fā)熱而導(dǎo)致接線端子燒毀現(xiàn)象，發(fā)生問(wèn)題的設(shè)備主要集中在冷卻塔風(fēng)機(jī)電機(jī)，空壓機(jī)電機(jī)及工業(yè)廢水系統(tǒng)，導(dǎo)致燒損的原因就是因?yàn)槭褂玫膭?dòng)力電纜均為鋁芯電纜，且電纜在壓接鼻子的過(guò)程中直接使用銅鼻子壓接，未做任何的防過(guò)熱措施，在對(duì)設(shè)備的定期檢查中發(fā)現(xiàn)，有個(gè)別的終端頭在壓接過(guò)程中使用規(guī)格小的壓線鼻子，電纜被切割到只剩下不到一半的接觸面，更加加速了電纜的發(fā)熱及老化。

1 事件經(jīng)過(guò)

2012年01月17日9時(shí)00分，機(jī)械專(zhuān)業(yè)檢查#2機(jī)組26通風(fēng)冷卻塔風(fēng)機(jī)振動(dòng)大后試運(yùn)風(fēng)機(jī)，送電啟動(dòng)過(guò)程中電源開(kāi)關(guān)跳閘，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)電機(jī)接線盒內(nèi)電纜的線芯和線芯鼻子附近的電纜絕緣皮被燒黑6 cm長(zhǎng)（圖1）。開(kāi)工作票后，檢查發(fā)現(xiàn)電源電纜為鋁芯電纜，接線鼻子為銅鼻子，無(wú)銅鋁過(guò)渡；檢修人員將電纜線芯絕緣皮被燒糊段鋸掉后，然后換上鋁電纜專(zhuān)用的銅鋁過(guò)渡線芯鼻子，恢復(fù)接線后，設(shè)備恢復(fù)運(yùn)行。

2012年01月25日11時(shí)00分，運(yùn)行發(fā)現(xiàn)#3儀用空壓機(jī)電機(jī)運(yùn)行中電源開(kāi)關(guān)突然跳閘，通知維護(hù)部電氣專(zhuān)業(yè)去現(xiàn)場(chǎng)處理，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)3儀用空壓機(jī)就地空開(kāi)的進(jìn)線電纜線芯和線芯鼻子附近的電纜絕緣2 cm長(zhǎng)過(guò)熱燒焦（圖2），進(jìn)線空開(kāi)因過(guò)熱而跳閘。開(kāi)工作票后，檢查發(fā)現(xiàn)電源電纜為鋁芯電纜，接線鼻子為銅鼻子，無(wú)銅鋁過(guò)渡；檢修人員將電纜線芯絕緣皮被燒穿段鋸掉后，然后換上鋁電纜專(zhuān)用的銅鋁過(guò)渡線芯鼻子，去除了進(jìn)線空開(kāi)，恢復(fù)接線后，設(shè)備恢復(fù)運(yùn)行。

2012年04月14日8時(shí)00分，電氣專(zhuān)業(yè)接運(yùn)行通知：#2機(jī)26通風(fēng)冷卻塔風(fēng)機(jī)電機(jī)跳閘，專(zhuān)業(yè)人員立即趕往現(xiàn)場(chǎng)，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)電機(jī)接線盒內(nèi)電纜鼻子銅鋁過(guò)渡段被燒斷（圖3，圖4）。開(kāi)工作票后，檢查發(fā)現(xiàn)電纜鼻子的材質(zhì)為銅鋁過(guò)渡，而燒斷的地方正好為電纜鼻子的銅鋁過(guò)渡處，分析銅鋁過(guò)渡處制造工藝不當(dāng)以至燒斷電纜鼻子。檢修人員將電纜被電弧燒傷的一段鋸掉后，然后重新壓銅鋁過(guò)渡線芯鼻子，恢復(fù)接線后，試運(yùn)設(shè)備運(yùn)行正常（如圖1）。

2 問(wèn)題分析

鋁芯電纜直接壓接銅線鼻，接觸電阻會(huì)很大，當(dāng)設(shè)備長(zhǎng)期運(yùn)行、過(guò)載或短路時(shí)，連接處會(huì)迅速升溫，導(dǎo)致接觸電阻逐漸升高，造成引線或設(shè)備燒損。因此電力系統(tǒng)中一般使用經(jīng)過(guò)特殊工藝處理焊接而成的銅鋁過(guò)渡接頭。盡管如此，但目前的工藝水平使得焊接處不可能完美無(wú)缺，只要有小小的縫隙，便有可能受空氣、水分等的入侵，發(fā)生氧化，使接觸電阻增加，運(yùn)行過(guò)程發(fā)熱進(jìn)一步加大氧化面的擴(kuò)大，最終導(dǎo)致銅鋁過(guò)渡接頭發(fā)生強(qiáng)度下降而斷裂燒損。

2.1 制造工藝

銅鋁鼻子鍛壓中，鋁銅電極電位差值大和溫度過(guò)高易引起鋁的溶蝕，鍛壓時(shí)鋁銅相互擴(kuò)散生成的脆性物質(zhì)使接頭性能不穩(wěn)定，降低了接頭強(qiáng)度耐腐蝕性。這些不利影響將直接導(dǎo)致運(yùn)行中銅鋁過(guò)渡接頭的使用壽命縮短，加快了斷裂的進(jìn)程。

2.2 化學(xué)反應(yīng)

當(dāng)銅、鋁兩種金屬的接觸面與空氣中的水分、二氧化碳和其他雜質(zhì)作用下極易形成電解液，從而形成了以鋁為負(fù)極、銅為正極的電池，使鋁產(chǎn)生電化腐蝕，造成銅、鋁連接處的接觸電阻增大，導(dǎo)致發(fā)熱氧化，當(dāng)達(dá)到一定程度時(shí)，焊面斷裂。

2.3 膨脹系數(shù)

銅與鋁的熱膨脹系數(shù)相差很大。鋁的熱膨脹系數(shù)比銅大36%左右，在過(guò)渡接頭發(fā)熱時(shí)會(huì)使銅材料受到擠壓，而在冷卻后不能完全復(fù)原。這樣，在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行中經(jīng)多次冷熱不均的長(zhǎng)期溫差變化（例如通電與停電、大負(fù)荷與小負(fù)荷，冷熱天氣交替等）后，容易使接觸面處產(chǎn)生較大的間隙而影響接觸面積，造成接觸不良進(jìn)而使接觸電阻增加。同時(shí)，連接處由于接觸松動(dòng)而出現(xiàn)縫隙進(jìn)入空氣，導(dǎo)致鋁導(dǎo)線氧化形成氧化鋁。盡管氧化鋁的氧化層很薄，但是它的電阻值很高，在連接處的接觸電阻大大增加，使連接部位容易發(fā)熱，加劇氧化，并使接頭的強(qiáng)度降低。

2.4 外力影響

銅鋁過(guò)渡接頭的外力影響主要來(lái)自兩方面，一個(gè)是施工時(shí)的受力，另一個(gè)是日常運(yùn)行中導(dǎo)線的牽引力。目前銅鋁過(guò)渡接頭在實(shí)際施工時(shí)，是采用在鋁材料端壓接鋁線的方法進(jìn)行連接，銅材料端采用螺栓直接緊固在接線柱上。如果施工時(shí)先固定銅材料端再進(jìn)行鋁線壓接，壓接過(guò)程中產(chǎn)生的巨大外力，極易使銅鋁連接處的焊面出現(xiàn)空隙，盡管這個(gè)微小的空隙可能為肉眼不能觀察，但對(duì)銅鋁過(guò)渡接頭的正常運(yùn)行埋下嚴(yán)重的隱患。銅和鋁之間的分子式相差太大，如果兩銅鋁兩個(gè)接觸面螺接在一起，，在潮濕的環(huán)境將在接觸面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使得接觸面電阻增加，從而引起接觸面發(fā)熱。所以設(shè)計(jì)導(dǎo)則要求，在室外的銅鋁導(dǎo)體不能直接連接（裸接），而是應(yīng)當(dāng)采用專(zhuān)業(yè)的銅鋁過(guò)渡接頭來(lái)分別連接銅鋁導(dǎo)體，以避免上述情況的出現(xiàn)。

3 采取措施及預(yù)防手段

3.1 嚴(yán)把設(shè)備購(gòu)進(jìn)及選用關(guān)

物資部門(mén)要把好進(jìn)貨途徑關(guān)，采購(gòu)選用國(guó)家定點(diǎn)、知名廠家的合格產(chǎn)品，避免在運(yùn)行中發(fā)生因質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)不合格而出現(xiàn)問(wèn)題。其次維護(hù)部要把好到貨的質(zhì)量驗(yàn)收關(guān)，對(duì)于不符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的銅鋁過(guò)渡線鼻子要堅(jiān)決進(jìn)行抵制，拒絕使用，把好材料使用關(guān)。

3.2 嚴(yán)把安裝工藝關(guān)

維護(hù)部要提高維護(hù)人員的安裝操作水平。安裝過(guò)程中要嚴(yán)格按照安裝工藝進(jìn)行操作。例如在安裝接線端子時(shí)重點(diǎn)對(duì)線鼻子的接觸面進(jìn)行打磨處理，并涂上導(dǎo)電膏（或凡士林）使接線端子和引線夾有良好的接觸，滿足二者的連接強(qiáng)度和電氣性能要求，減少發(fā)熱的機(jī)會(huì)。

3.3 對(duì)距離較短條件滿足的設(shè)備，將鋁芯電纜更換為銅芯電纜

鋁芯電纜內(nèi)阻大耗電，載流量小，抗拉強(qiáng)度差，容易起氧化層，使用周期短而且必須使用銅鋁過(guò)渡線鼻子，且不可靠，而銅芯線內(nèi)阻小，載流量大，抗拉強(qiáng)度高，耐腐蝕，使用壽命長(zhǎng)，而且從根本上避免了銅鋁腐蝕。

3.4 嚴(yán)格定期檢查制度

根據(jù)定期檢查制度，嚴(yán)格執(zhí)行定期檢查維護(hù)，發(fā)現(xiàn)線鼻子有變色，氧化現(xiàn)象立即查明原因必要時(shí)更換合適線鼻子，并結(jié)合定期對(duì)電纜進(jìn)行紅外線測(cè)溫，發(fā)現(xiàn)電纜有異常溫升，安排定檢進(jìn)行檢查。

4 結(jié)論

經(jīng)過(guò)印電公司電氣專(zhuān)業(yè)針對(duì)鋁芯電纜整治的一系列舉措后，印電公司鋁芯電纜治理取得了良好效果，從根本上解決了鋁芯電纜的燒損問(wèn)題，為公司穩(wěn)定運(yùn)行打下了基礎(chǔ)，其他各廠可根據(jù)自身的條件和設(shè)計(jì)進(jìn)行借鑒執(zhí)行。

參考文獻(xiàn)

[1] ICEA S-81-570 Setion7.1 Flexure and Appendix E on Flexure Test Set-up.

[2] ASTM B800 Standard Specification for 8000 Series Aluminum Alloy Wire for Electrical Purposes―Annealed and Intermediate Tempers.

[3]黃崇祺.金屬導(dǎo)體及其應(yīng)用[M].上海電纜研究所，2007.