1 研制背景及目标
1.1 背景
目前，10kV配电线路在非城区范围仍以架空线路为主，线路到柱上开关、变压器等配网设备的引接以铝芯（钢芯铝绞线）绝缘导线与铜铝线夹连接方式，运行中有如下情况：
（1）沿海地区常年风大，季节更换时节的强对流天气，夏秋季有热带风暴、台风天气常刮大风，引落线在不同频率的振动和摆动中，在线夹的连接处长时间受扭力作用，断股，经常发生折断，在台风级大风力的袭击下，更是断线频频，抢修工作量大，严重影响复电时间。
（2）统计近5年本地区152次线夹断线情况，发现有118次是跌落式熔断器顶电源与线夹连接处断线，占比77.63%，比例高。
（3）跌落式顶断线，须采取停电作业，影响正常供用电，降低供电可靠性，产生不良社会影响。
（4）采用加装电源引落横担的方法，并受原有电杆高度影响，改造难度大、成本高。
1.2 研制目标
上述情况表明，对于配网线路、设备铜铝线夹连接处断线的情况，必须采取行之有效的措施加以改进和防范。通常防断线的措施有：
加装引落横担，缩短引线架空长度，减少风摆幅度。但这一方法由于受到原有电杆高度的限制（双杆或一杆采用8m电杆），则无法改造，全台架更换成本大、周期长、难度大，此方法可行性差。
为此，必须研制出一种改进措施，对铜铝线夹连接处进行有效防护，最大限度防止运行中的断线现象。同时，该装置又需具备低成本、易安装，对现有设备运行无影响，不产生负面作用等特点。
2 研制过程
2.1 研发的着重点
（1）研发方向：用最简单的器材，对铜铝线夹与导线的连接处加以有效辅助，抵消来自风力对导线造成的摆动。
（2）基本要求：主体器材应尽量体积小、重量轻。
（3）电气性能：主体器材与导线或线夹的接触或靠近不能产生负面作用，特别如感应电压、涡流损耗、发热、雷击，相间距离不足。
（4）材质选择：主体器材如有金属成分，应考虑附加功能，如增加防范架空飘浮物的影响，附带增加线夹的绝缘遮蔽。
（5）安装要求：整体装置安装必须方便简单，同时兼顾带电安装及停电安装两种方式。
（6）运行要求：安装后应符合电力行业安全技术规范。
2.2 材质选择及整体结构考虑
（1）主体器材：选用非磁性材料的304不锈钢作为主体器件材料：①耐腐蚀，在室外环境中有更持久的使用寿命；②非磁性。304不锈钢属“奥氏体不锈钢”，含镍、铬金属元素较多，含铬＞18%，耐腐蚀性强，铁元素稳定，无磁性。在电场中无涡流产生，不产生发热现象。
（2）外护盒采用一次成型、绝缘材料结构，呈3层圆锥体叠接结构，外观圆滑：①减少安装难度，一套即成；②减少空中受风面，避免导线因外加该装置而承受额外风力。
2.3 主体器件及外盒形状的考虑
2.3.1 主体器件——承力弹簧
（1）承力弹簧。采用紧贴绝缘导线的螺旋形结构，下部与铜铝线夹的上部螺丝连接，形成整体及3点支撑结构。这一结构，可有效抵消来自空中导线横面各个方向的风摆，减少对连接点的振动和摆动。
（2）绝缘外罩。采用从小至大的3级圆锥体叠加形状，最小部分与导线外径相匹配，中间部分与螺旋形弹簧相匹配，下端部分与铜铝线夹相匹配。这一结构，整体上是对装置主体承力弹簧的防护，避免空中彩带、铝膜等能导致相间短路的飘浮物勾搭弹簧造成不良影响，同时对原来裸露的线夹绝缘防护的增强，使绝缘导线与设备连接处的绝缘薄弱点得到更加有效的防护。
2.4 承力弹簧—螺旋形支撑弹簧的改进
2.4.1 电气方面的不足之处
（1）正常电流通过时，环状弹簧将产生一个磁场，如果弹簧材质发生变化，将在弹簧中产生涡流，造成发热，长时间将有损绝缘层及导线铝芯。
（2）弹簧的套装点由于导线电流的通过，螺旋形弹簧将产生较强磁场，形成电场钳位，不利于雷电流的下行，易在三相造成雷击断线。
2.4.2 改进方法
（1）承力弹簧改进：加装一个与支撑弹簧绕向相反、匝数相同的弹簧，焊接成一整体，共同起承力作用。
（2）取得效果：当电流通过这一整体时，在正、反绕向的弹簧中产生的磁通将相互抵消，不产生负面影响。图1为结构图。
3 安装步骤及整体效果
3.1 安装步骤
（1）将绝缘导线按要求去除绝缘皮，缠绕铝包带；
（2）将绝缘外罩、承力弹簧依次套入绝缘导线；
（3）导线铝芯包扎铝包带后，插入铜铝线夹槽内；
（4）依次套入螺栓垫片，承力弹簧下端两个孔套入铜铝线夹上端螺栓（原有两个开口弹簧垫片不用）；
（5）按紧垫片，上紧螺丝；
（6）检查螺丝松紧合适，拉下绝缘罩至合适位置，安装完成。
3.2 整体效果
如图2所示为安装步骤及整体效果。
图2 安装步骤及整体效果
4 成品检测及试验
4.1 摆动试验要求
导线摆动试验：导线在安装螺栓型夹板（常规状态）后，通过模拟10级大风（相当于5100N）条件下，安装在变压器接线端进行摆动测试，观察导线线夹出现损坏、松脱等缺陷时的摆动次数值；导线在通过加装研制成品——承力弹簧后，通过模拟10级大风（相当于5100N）条件下，安装在变压器接线端进行摆动测试，观察导线线夹出现损坏、松脱等缺陷时的摆动次数值。
4.2 绝缘遮蔽罩的电气试验要求
分别对3只绝缘遮蔽罩进行10kV电气性能试验，保持时间1min，试验后观察是否出现击穿、闪烁现象。
4.3 导线接头加装承力弹簧后的电压差（感应电压）试验要求
在导线两端施加交流30A电流，然后测试a点与b点之间，a点与c点之间的（电压差）感应电压值。
4.4 试验结果
摆动试验：加装弹簧前，摆动到18261次时出现损坏；加装弹簧后，摆动到193520次时出现损坏；绝缘遮蔽罩，达到10kV时出现击穿。
电压差（感应电压）试验：ab点之间感应电压为0.788mV；ac点之间感应电压为0.44mV。
4.5 试验结论
成品的物理性能、电气性能满足在系统中投入运行，符合研发预期，可以试投运。
5 产品试运行及用户反馈
（1）安装数量：在10kV配网公、专变试装30套，开关进出线30套，运行3个月，无发生电气性能方面的异常。
（2）安装方式：带电作业及停电作业。
（3）用户意见反馈：安装人员认为安装简单，方便实用，带电及停电都适用；变压器用户指出刮大风时落线摆动幅度小，改造成本低，值得推广；运行人员指出安装后投入运行，经红外线无发现异常发热，在7~10月份强对流及台风天气中，无发现安装点导线折断情况。
6 结语
综上所述，从铜铝线夹防断线盒的研制及试验结论，投运后的效果，可以看出该产品具有结构科学、安装简便、适应性及实用性强、无负面作用等特点。产品广泛适用于配网中采用铜铝线夹与绝缘导线连接的部分，对于导线风摆造成的累积效应起到良好的抵消作用，能有效减少断线，从而减少故障停电，保证供电可靠性。
参考文献
[1]宋子康，蔡文安．材料力学[M]．上海：同济大学出版社，1998．
[2]郭凡．螺栓型铜铝线夹的应用[J]．电工技术，1989（4）：54．
收稿日期：2018-10-15
作者简介：许庆海（1965-），男，广东惠来人，广东电网有限责任公司教育培训评价中心高级技师，研究方向：培训教学策划实施。
