高压输电耐张线夹的腐蚀行为及其影响

朱自强章俊辉汪臻程旭东徐鹏洪波

摘要：耐张线夹是在高压输电线路中将导线或避雷线固定在非直线杆塔的耐张绝缘子串上，起锚固作用，或用来固定拉线杆塔拉线的架空电力线路金具。耐张线夹通常由电工级铝合金制成，在服役过程中铝合金容易腐蚀，导致导线与线夹压接管内壁接触电阻增大，从而出现温度升高，甚至线夹烧毁的现象，严重影响电力输电效率以及输电安全。耐张线夹的腐蚀过程与其运行环境密切相关，不同环境下的腐蚀速率各不相同，使用寿命也长短不一。因此对耐张线夹的腐蚀速率以及影响因素进行研究就显得尤为重要。

关键词：耐张线夹；腐蚀速率；干湿交替周浸法；电化学

1试样制备与试验方法

试验材料为ＪＹ－120／20型压接管和ＬＧＪ－120／20型钢芯铝绞线（ACRS），压接管与铝绞线中导线材料均为铝合金，其化学成分（质量分数／％）为99.70Ａｌ，0.10Si，0.20Fe，0.01Ｃｕ，0.02Mg，0.03Zn，0.03Ga。铝绞线中铝导线由26根2.38mm铝合金线组成，钢芯由7根1.85mm钢线组成，总的截面积为134.49mm2。截取两根长度为70ｃm的钢芯铝绞线，用无水乙醇、丙酮脱脂，蒸馏水冲洗，晾干。按照ＳＤＪ226－1987，用ＤＢＤ750型超高压电动压力泵将晾干后的铝绞线与压接管压接成耐张线夹试样，压力为35MＰａ，压接管内部两导线间距10ｃm。

根据ＧＢ／Ｔ19746－2005，采用干湿交替周浸法进行加速腐蚀试验，腐蚀溶液为5％（质量分数，下同）ＮａＣｌ溶液，pH分别为6.0，6.5，7.0，温度分别为（25±2）℃，（35±2）℃，（45±2）℃。将试样在腐蚀溶液中浸泡24ｈ，再在空气中静置24ｈ晾干，以此为一个干湿交替腐蚀周期，腐蚀时间只计浸泡时间。在耐张线夹试样上截取尺寸为10mm×10mm×3mm的试样进行电化学试验，电极工作面为10mm×10mm平面，将该面依次用600＃，800＃，1000＃水磨砂纸打磨，清洗后将其他各面用环氧树脂封装。采用ＣＨＩ660Ｄ型电化学工作站测其Tafel曲线以及交流阻抗（EIS）谱，参比电极为甘汞电极，辅助电极为铂电极，腐蚀介质为5％ＮａＣｌ溶液，pH分别为6.0，6.5，7.0，试验温度分别为25，35，45℃，由ＨＨ－2型电热数显恒温水浴锅控制。由电阻计算公式可知，导体的电阻与其长度成正比，与其有效接触面积成反比。线夹的腐蚀程度越大，则因腐蚀产物的堆积导致的有效接触面积越小，电阻越大。作者采用电阻增长率来表征耐张线夹的腐蚀程度，计算公式见式（1）。

（1）

式中：Ｒｐ为电阻增长率；Ｒ为腐蚀后的电阻；Ｒ0为腐蚀前的电阻。采用ＱＪ36Ａ型智能直流电阻测试仪测试样腐蚀前及不同时间腐蚀后的电阻，测试温度为20℃，并通过Mａｔｌａｂ对线夹电阻增长率与腐蚀时间进行拟合。用ＤＫ7720型线切割机对腐蚀后的试样进行解剖，采用ＪＳM－6490ＬＶ型扫描电子显微镜（ＳＥM）观察线夹压接管内表面的腐蚀形貌，并用ＩＮＣＡ能谱仪（ＥＤＳ）分析其化学成分。

2试验结果与讨论

2.1腐蚀液

pH对电阻增长率的影响pH为6.5的腐蚀条件与耐张线夹的服役环境接近。由图2可以看出，随着腐蚀时间的延长，线夹电阻总体呈现上升趋势。在0～20ｄ，线夹电阻增长率的增大速率较快，即腐蚀速率较快；当腐蚀时间超过20ｄ后，电阻增长率的增大速率略有降低，即腐蚀速率有所减缓。这是因为在腐蚀初期，线夹表面腐蚀产物较少，腐蚀液能很好地与线夹基体相接触。随着腐蚀时间的延长，腐蚀产物越来越多，堆积越来越密集，腐蚀液变得越来越难与线夹基体接触，因此线夹电阻增长速率减缓，腐蚀速率降低。在电阻增长率－腐蚀时间曲线的局部区域出现了电阻增长率变化的次级趋势，在20～25ｄ时线夹的电阻增长率明显小于25～30ｄ时的。这可能是由于线夹的腐蚀产物并非一次性生成，而是呈层片状生长。在空气中静置晾干时线夹表面的局部腐蚀产物可能因干燥脱水而脱落，当再次浸入腐蚀液时，脱落后的表面重新接触到腐蚀溶液，电阻增长率又会有所提升，从而出现了这种次级波动。在pH为6.5的腐蚀溶液中腐蚀40ｄ后线夹的电阻增长率（腐蚀程度）约为pH为7.0溶液中的1.5倍，pH为6.0溶液中的则约为pH为7.0溶液中的2倍，表明Ｈ＋含量在一定程度上加速了线夹腐蚀。

根据图2，线夹电阻增长率与腐蚀时间基本符合幂函数关系。

（2）

式中：ｔ为腐蚀时间；ａ，ｂ为常数，其中ａ代表腐蚀严重程度，其值越大腐蚀越严重，ｂ代表腐蚀减缓趋势，其值越小腐蚀减缓趋势越强。

2.2腐蚀速率

2.2.1pH对线夹腐蚀速率的影响

随着腐蚀溶液pH的降低，线夹的自腐蚀电位负向移动，说明线夹的腐蚀倾向变大，同等条件下的腐蚀速率变大。Ｈ＋主要从两个方面影响线夹的腐蚀速率，一方面Ｈ＋和电极表面的氧进行吸附竞争，取代吸附氧使得钝化膜钝态被破坏，促进铝基体溶解，从而加快电极反应的进行；另一方面，Ｈ＋含量的增加会造成线夹表面氧化物的溶解，使其表面不能形成有效的保护膜，从而加快铝基体的腐蚀速率。耐张线夹在不同pH的腐蚀溶液中都存在一个容抗弧，随着pH的降低，其容抗弧半径减小。EIS谱中的容抗弧反映的是电极表面氧化膜阻碍反应进行的能力，容抗弧半径越大，说明氧化膜越完整，对腐蚀反应的阻碍越大。随着溶液中Ｈ＋含量的增加，线夹基体表面氧化膜遭到的破坏程度增强，氧化膜对反应的阻碍作用减弱，最终导致线夹腐蚀速率提高，在其EIS谱中即表现为容抗弧半径减小。这些分析结果与Tafel曲线以及2.1.1节分析结果一致。

2.3温度对线夹腐蚀速率的影响

在pH为6.5的腐蚀溶液中，随着温度的升高，线夹的自腐蚀电位负向移动，其腐蚀趋势增大；容抗弧半径减小，腐蚀速率增大。通常温度的升高会加速反应过程，同时也会加快溶液的对流与扩散，降低电解液电阻，从而导致线夹腐蚀速率增大。此外，随着温度的升高，溶液的水解程度增大，Ｈ＋含量增多，而氧分子的扩散速率增大，溶解度降低，导致线夹腐蚀速率增大。

3结论

该线夹在压接时即存在铝线断股现象，使得服役过程中酸雨更易进入到压接管内部，对线夹与钢芯铝绞线结合面进行腐蚀生成腐蚀产物，导致耐张线夹电阻增大；随着腐蚀的进行，电阻不断增大，其温度也随之升高；当线夹温度超过临界温度时，热平衡状态被打破，最终线夹过热，造成高温烧损失效。

参考文献：

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