典型大气条件下架空输电导线磨损特性研究

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架空输电导线在风力作用下会产生高频振动,导致导线内线股与线股之间、线股与金具之间的接触区发生振幅极小的相对运动,从而造成接触区的磨损,这种磨损再加上气候条件(如酸雨、盐氛等)的作用,会加速导线的表面损伤和裂纹的萌生与扩展,从而极大的降低导线的疲劳寿命。  本文以35Kv输电线路中常用的LGJ150/25型钢芯铝绞线为研究对象,利用自制的架空输电导线微振动模拟试验装置,研究了干燥和酸性两种典型气候条件下导线的磨损特性。结果表明:干燥气候条件下,导线的磨损形式有疲劳鳞剥、塑性滑移、粘着、磨粒磨损等,磨粒主要为铝、铝的氧化物及少量锌颗粒。酸性条件下,导线内外层线股接触区的磨痕要比干燥条件下大,磨损形式主要以疲劳鳞剥和腐蚀磨损为主,并伴随有较轻微的粘着、塑性滑移以及磨粒磨损,其磨粒主要为铝、铝的氧化物和硫化物以及少量含锌颗粒。酸性溶液的腐蚀作用参与导线的磨损行为,一方面加速了铝组织的疲劳破坏,促进了裂纹的萌生与扩展,另一方面起到了中和与润滑作用,腐蚀掉了接触区表面的细小毛刺和粗糙峰,提高了表面光滑度,促进了磨粒的排出,减缓了磨粒磨损行为。在磨损试验的基础上,利用有限元软件计算了干燥和酸性条件下导线内邻层铝线股接触区的应力分布情况,结合线股表面微观形貌分析,获得:线股接触区的中心部位存在材料的塑性变形,有大量的磨粒存在,发生磨粒磨损;在边缘处则主要是弹性变形,出现铝组织的塑性流动和堆积现象;在中心和边缘的交界处,法向压应力和剪应力都发生突变,出现比中心大的应力集中,该部位易滋生疲劳裂纹。两种条件下通过有限元分析获得的接触区应力分布形式均与试验获得的磨痕形貌具有良好的吻合性。  上述研究完成了导线在干燥和酸性两种典型气候条件下磨损特性的阐述以及接触应力分布与磨损之间的关系。可以为导线的减摩抗磨提供指导,为提高导线运行寿命,减小因磨损导致的线损及线路施工工艺优化等提供理论与试验依据,具有十分重要的理论意义和应用价值。
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