摘要:高压直流输电系统中接地极回线对于整个直流输电的正常运行但当着重要的位置,由于同材质接地体之间传统的焊接连接方式存在着电气导通率(电流容量)不足及强度较低、施工困难等缺陷,在国网直流工程建设伊敏换流站接地极极址工程建设中我们采用了新型的金属材料热熔焊接方式,从而改良了传统接地系统接地体之间的连接工艺,提高了整体的工程质量,极大程度的解决了接地极馈电棒在焊接施工中的困难。
关键词:接地极系统;热熔焊接;原理;应用
1前言
在电气系统中,接地系统的连接强度、接地电阻值等技术性能直接影响到整个系统的安全性及可靠性,所以接地系统的选材及工艺要求在整个电气系统的施工中就显得尤为重要。
2WTWELD 热熔(放热)焊接的特点、优点
放热焊接俗称火泥熔焊,又称热熔焊接,是利用熔接剂化学反应(燃烧)时产生的高温熔融金属导体从而达到焊接的目的. WTWELD 热熔(放热)焊接工艺反应方程式如下:
此方法因为化学反应速度非常快(仅数秒),产生的热量极高,且可以有效的传导至熔接部位,无需其他任何外加热源,是最佳的金属连接的方法。
热熔焊接是一个分子的熔接方法,而且所用的熔接金属的熔点和铜相同,所以热熔焊接具有以下优点:不会被起伏的高电流影响。经过测试,当受到高的短路电流时,热熔焊接点的融化远远滞后于一般电气导体;连接点为分子结合,没有接触面,没有机械性压力,熔接位置不会松脱或腐蚀。因连接中不存在机械压力的问题,所以在熔接完成后,该位置就和导体成为不可分割的一个整体;焊点具有较大的散热面积,通电流能力与导体相同,因热熔焊接处的导体电阻值趋近于零,所以它的导电能力基本上等于所连接的导体。 熔点与导体截面积相同,故能承受重复性大电流冲击,不至熔断;抗张力强于导线;金属使用率高(电焊为70%,化学放热焊接为100%);可靠.避免人为因素的影响;装备简单,携带方便,无需外加热源,适合于野外,室内现场熔接作业;熔接速度快捷,可节省人力物力;熔接方法简单,容易操作,无需技术性焊接工人;所加热总热量比其他熔接法少很多,对绝缘物的破坏影响极小。
3工艺原理
放热焊接是通过铝与氧化铜的化学反应(放热反应)产生液态高温铜和氧化铝的残渣,并利用放热反应所产生的高温来实现高性能电气熔接的现代焊接工艺。放热焊接适用于铜、铜和铁及铁合金等同种或异种材料间的电气连接,它无需任何外加的能源或动力。
4焊接工艺流程
4.1焊接前准备工作
WTWELD焊接所需工具有:①焊接模具
②焊接模夹;③焊粉;④点火枪;⑤毛刷;⑥钢刷;⑦喷灯。
4.2模具与模夹的准备和要领
4.2.1 每次开工前用加热工具(如烘干箱或喷灯)干燥模具,驱除水气。久未使用的模具内含有水分,尤其是前次使用完后仍留在残渣的模具,水分更多。
4.2.2 清洁模具,请使用软毛刷或其他软性物品。
4.2.3 检查模具接触面的密合度,防止作业时铜液从缝隙处渗漏出来。
4.2.4 模夹是用于开合模具的,模夹的紧密度对熔接的效果有影响,请在熔接开始之前认真检查模夹,并作适当调整。
4.2.5 模具由石墨制成,较脆弱,无法承受抛甩与强力冲击,故不可将超出模具铭牌所示尺寸的熔接物强行放入模具,或使用金属物质、坚硬的工具等来清除残渣。
4.2.6 如果被熔接物的尺寸小于模具铭牌所示,为避免铜液渗漏可用如下方法弥补:
a)使用适当厚度的铜套管;b)使用铜片或铜带;c)使用密封剂;d)使用高温棉带。
4.2.7石墨模具如按上述步骤保养,使用寿命可达50～100次以上。
5 ￠60钢棒焊接前的准备工作和要领
5.1 要得到一个完善的焊点,被焊接的￠60钢棒必须保持洁净和干燥。
5.2 焊接前必须清除钢棒表面的油脂污物,使用除油剂、汽油、四氧化碳等清洗。必要时可使用熔锡水。
5.3 钢棒焊接部位的表面锈蚀需彻底清除,铜丝刷清洁干净也可使用专用砂轮磨光表面。
5.4 含有水份的钢棒表面要使用喷灯干燥后用钢刷去除氧化层,含水含油的钢棒如直接焊接会使反应时铜液喷出模具,非常危险,需特别注意。
5.5 由于￠60钢棒直径较大,在除污、除油、除水后焊接前还应注意以下几点:a. 棒体需要焊接的两端必须沿周长均匀的打磨出30°左右的4个斜坡;b. 棒体需要焊接的两端30cm长度范围内焊接前必须使用丁烷气喷灯同时加热15分钟;c. 需要焊接的两根对接钢棒之间必须保证1cm的间隙;d. 焊接时需使用常规的铝质垫片6片。
6 常见问题及解决方法
在实际伊敏换流站接地极极址施工过程中出现了下图中的问题:
6.1 问题分析及解决问题的方法
图1问题分析
需要焊接的棒体表面有尘土、油脂、氧化物(锈)或其它附着物等;周围环境有比较大的湿气和水汽;用来焊接金属体的模具有尘土、潮湿、有其他附着物;
6.2 图2问题分析
焊药配比不当;模具缝隙不严造成反应后的金属液流失,从而导致反应不完全。
6.3 解决办法
使用前用加热工具(如烘干箱或喷灯)干燥模具,驱除水气。久未使用的模具内含有水分,尤其是前次使用后仍留有残渣的模具,水分更多;用软毛刷或其它软性物品清洁模具及所要连接的导线、接地极等导体表面,导体表面有氧化物、水气或油脂的,要分别采用钢刷、喷灯以及除油剂进行处理,确保导体表面的清洁及干燥;将所要连接的导体安放于模具的相应位置,检查模具接触面的密合度,防止作业时铜液从缝隙处渗漏出来;如果被熔接物的尺寸小于模具铭牌所示,为避免铜液渗漏可用适当厚度的铜套管、密封剂、高温棉带等方法进行弥补;
经过反复试验合理调配焊粉的剂量,确定焊粉的剂量,作好记录;认真检查模夹后,将模夹卡紧模具,并反复调整夹距,直至模夹密合度与模具密合度相匹配, 然后倒入相应剂量焊粉,并留一些引火粉于模唇上,合上模具上盖;如果模夹的开合需要较大的力度,则表示夹距未调整到最佳位置,需重新调整。模夹的安装和调整对热熔焊接的效果以及模具及模夹的使用寿命有重要影响,因此在熔接之前务必认真调节模夹距离,无论模具内是否有熔接物,不当的夹距都会对模具和模夹造成损坏;以点火枪向着模唇的引火粉点火,热熔焊接的反应即在反应腔中进行。反应过程中,严禁直接触碰模具,以免发生被重度烫伤事故,对焊接效果也会有不良影响;经过反复的试验,切开焊接试件,表面光滑接触紧密,无蜂窝、气泡,工艺美观,满足质量要求。
7 结论
WTWELD热熔焊接工艺具有接头电阻率低、电流传导能力强、耐腐蚀等众多优点,广泛应用于各种领域,在伊敏换流站接地极工程中我们取得了良好的效果,如何在电力系统尤其是在直流工程建设中广泛推广,不断提高热熔焊接的施工工艺水平是我们下一步继续研究的课题,只有通过加强交流、不断总结才能够使这项技术迈上更高的一个台阶,为提高高压直流输电系统科学技术的发展做出贡献。
参考文献
[1]王巍.放热焊接电气连接工艺在接地系统中的运用[J]首届中国防雷论坛论文摘编,2002.
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