高盐密度地区低压配网台区变出线长寿命铜铝过渡金具研究与应用科技项目申请书及可行性研究报告Word文档格式.docx
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项目起止时间
2017年1月—2018年10月
申请经费总额
32万元
是否重点项目
否
项目摘要（500字以内）：
随着电力系统用户日益增多，特别是低压公网用户数量的急剧增加，台区变出线部分的铜铝过渡金具的故障也急剧增加。
特别是我局处于沿海的高盐密度地区，由于长期受高盐份沙尘侵袭导致现存的铜铝过渡金具寿命急速降低。
而且合浦公司所辖用户很多为海场养殖用电户，对大功率养殖设备开停机较为集中，台区变及线路经常在高峰期过负荷，更导致因铜铝过渡金具故障造成的事故占的总体事故比例大大增加。
由于台区变出线端子都是铜质的，而出线电缆多为铝制。
所以从台区变到低压架空线存在铜铝连接的情况。
铜与铝的焊接属于异种金属焊接，难度比较大，因为铜和铝在物理和化学特性方面存在很大差异。
铝的熔点是铜的一半，铝开始熔化时铜还是固体，当铜开始熔化时铝已经熔化很多了，这使得铝的损耗量大大超过铜。
铜铝熔合后容易产生金属化合物，如CuAl2、CuAl4，这类化合物既硬又脆，导电性能很差。
机械性能和电气性能都无法满足要求，并且有热裂倾向。
海边高盐密气候以及养殖场负荷特点又加剧了铜铝过渡金具的电化、腐蚀速度。
目前的现状：
1、台区变变压器出线与铝质电缆的铜铝过渡金具接触面积小，而且直接裸露在空气中，在高盐密度地区极易形成电化腐蚀，使用寿命低，故障率高。
2、沿海养殖场设备负荷开机集中，导致台区变、线路经常超负荷。
3、目前现存的台区变出线铜铝大部分为老型号的铜铝过渡金具。
4、目前的铜铝过渡金具由于焊接技术、工艺等，出现通流能力低，焊接过渡部分容易电化、腐蚀，寿命短，导致低压配电台区变的出线金具过渡部分故障率高，维护量大。
通过本项目的实施可以有效降低台区变铜铝过渡接头故障发生几率，特别是对我局这样的高盐密度、海殖场负荷集中地区的台区变出线铜铝过渡金具电化腐蚀严重、故障率高的情况更有意义。
通过项目实施探索对于降低由铜铝过渡金具引起的台区变出线铜铝过渡金具故障率的有效方法。
研究、应用一种结构简单、操作方便、价格便宜的铜铝过渡金具来代替目前的低寿命过渡金具势在必行。
通过采用新型长寿命铜铝过渡金具后可大大提高低压配电网台区变出线的运行安全性，降低故障率和维护成本。
预期成果成熟度水平
5级（1-9级）
项目负责人意见：
（签字）年月日
申请单位意见：
（公章）年月日
总部部门、直属机构、分子公司意见：
项目分工与计划进度安排
1、项目相关单位及具体分工
单位
具体分工
广西电网有限责任公司北海供电局
合浦供电公司
项目调研、技术工艺路线设计。
项目实施和设备现场安装运行
协作单位1
研制加工新型长寿命金具，协助现场安装调试，协助项目承担单位制定相关安装职业指导书、协助知识产权申报等。
协作单位2
2、计划进度安排
任务名称
开始时间
完成时间
主要内容及交付项
技术调研及产品调研
2017年1月
2017年3月
对目前南方电网的铜铝过渡金具进行调研，总结故障类型和由于金具造成的故障原因。
与金具生产厂家进行交流，提出长寿命金具的技术要求。
形成项目实施计划报告。
总体工艺设计
2017年4月
2017年8月
根据调研内容和金具加工技术特点制动金具总体工艺要求和技术指标
编制、统计现场安装金具的台区变情况报告.
产品试制
2017年9月
2017年12月
确定工艺和技术指标后进行确定协助厂家进行模具确定、产品试制
撰写产品相关标准。
现场安装运行
2018年1月
2018年4月
对试制产品进行现场安装运行。
编制产品现场安装作业指导书
技术改进
2018年5月
2018年7月
根据现场安装运行情况对金具的安装、使用、运行进行总结并提出技术该井报告。
项目申请验收
2018年8月
2018年10月
根据存在问题修编相关操作文件和安装导则。
项目总结、成果验收、申请专利
编写要求：
1.列出分时间段计划研究内容；
2.分时间段提供成果的内容和形式，要求具有可检查性。
项目组成人员情况
序号
姓名
职称、职务
工作单位
任务分工
1
主任
合浦供电公司设备部
项目总体工艺设计
2
合浦供电公司领导
负责组织项目的实施
3
负责制品的安装、调试，现场试验指导，结题总结、分析等。
4
助理工程师
项目制品现场安装指导
5
6
合浦供电公司西场供电所
项目现场运行
7
项目技术参数确定及编制安装作业指导书
8
9
一、目的和意义
1.现状分析
随着电力系统用户日益增多，特别是低压公网用户数量的急剧增加，台区变出线部分的铜铝过渡金具的故障也急剧增加。
台区变变压器出线与铝质电缆的铜铝过渡金具接触面积小，而且直接裸露在空气中，在高盐密度地区极易形成电化腐蚀，使用寿命低，故障率高。
沿海养殖场设备负荷开机集中，导致台区变、线路经常超负荷。
现存的台区变出线铜铝大部分为老型号的铜铝过渡金具。
目前的铜铝过渡金具由于焊接技术、工艺等，出现通流能力低，焊接过渡部分容易电化、腐蚀，寿命短，导致低压配电台区变的出线金具过渡部分故障率高，维护量大。
通过本项目的实施可以有效降低台区变铜铝过渡金具故障发生几率，特别是对我局这样的高盐密度、海殖场负荷集中地区的台区变出线铜铝过渡金具电化腐蚀严重、故障率高的情况更有意义。
铜、铝导体直接连接时，这两种金属的接触面在空气中水分、二氧化碳和其他杂质的作用下极易形成电解液，从而形成的以铝为负极、铜为正极的原电池，使铝产生电化腐蚀，造成铜、铝连接处的接触电阻增大。
另外，由于铜、铝的弹性模量和热膨胀系数相差很大，在运行中经多次冷热循环（通电与断电）后，会使接触点处产生较大的间隙而影响接触，也增大了接触电阻。
接触电阻的增大，有可能会影响开关设备的保护动作，运行中就会引起温度升高。
高温下腐蚀氧化就会加剧，产生恶性循环，使连接质量进一步恶化，最后导致接触点温度过高，使设备或导体烧毁。
另外，由于一直没有低压架空线部分的标准设计，许多项目都没有统一的安装方式，施工随意性较大，导致产生很多施工问题和大量的设计修改，项目造价变动较大。
还有可能发生比较严重的问题是，很多关键设备的类型和参数没有选取标准，导致线路和设备不匹配，从而极易发生过载，使设备或线路损毁。
2.本项目对实际生产的相关性及意义
《电气装置安装工程母线装置施工及验收规范》中明确规定：
母线与母线、母线与分支线、母线与电气接线端子搭接时，其搭接面的处理应符合下列要求：
（1）铜与铜：
在室外，高温且潮湿或对母线有腐蚀气体的室内，必须搪锡；
在干燥的室内可以直接连接。
（2）铝与铝：
直接连接。
（3）铜与铝：
应采用铜铝过渡板或铜铝端子或降低接头处的接触电阻等措施。
前文所述几种铜铝过渡方式都不甚理想，不是寿命偏短就是价格偏高。
本项目组计划研制一种外形小巧，结构稳定，安装方便，寿命长，性价比高的铜铝过渡金具，能够很好的解决台区变的铜铝过渡问题，使今后北海的低压接户线铜铝过渡故障率逐渐减少。
二、项目研究的背景
针对铜和铝料连接的问题，许多单位和个人都在研究解决。
目前主要的方案有：
在铜和铝接触面中间填充材料，来增加其导电性。
如用金属粉末和有机油脂搅拌而成电力复合脂等。
这种方式能改善了接触面的导电性能，又油封了空气中的氧气、水分和杂质的浸入，使导体的连接点接触电阻不会升高，保证了电路的长期安全运行。
但从目前使用情况来看，持续使用的时间不长。
采用特殊工艺处理焊接而成的铜铝过渡板或端子，使用方便，日前采用比较多。
但也经常出现过渡接头断裂的情况，其主要原因如下：
焊接工艺：
铜铝焊接中，铝铜电极电位差值大和焊接温度过高易引起铝的溶蚀，焊接时铝铜相互扩散生成的脆性物质使接头性能不稳定，降低接着强度。
化学反应：
两种金属的接触面与空气中的水分、二氧化碳和其他杂质作用下极易使铝产生电化腐蚀，造成接触电阻增大，导致热氧化，达到一定程度时焊面断裂。
膨胀系数：
铝的热膨胀系数比铜大36%左右，在过渡头发热时会使铜铝焊接面产生内应力，长期的温差变化，容易使焊接面产生间隙，造成接触电阻增加。
外力影响：
施工过程中和使用过程中都会使过渡端子受到应力，不合理的结构设计会使应力集中在铜铝焊接面上，引起断裂。
采用更新的合金材料能和铜铝都能连接，但目前还没有相关资料。
从三个方案中，铜铝过渡板和接头在电力系统中使用最多，其焊接工艺方式也有很多种：
超声波焊、大电流闪光焊、摩擦焊、钎焊等。
而各种工艺都有各自己的优缺点。
目前市面上的铜铝过渡金具有很多种，但适用于接户线的不多，目前普遍使用的有两种比较适合的铜铝过渡金具。
一种是接户连接卡，还有一种跨径接户线夹。
这种结构可以装在靠近电表的地方，节省一段铜导线，价格也比较便宜。
只是它还是安装在户外，体积偏大，而且防水密封性能不够理想。
导线从同一侧接出，安装不太方便，而且受力不平衡。
要从台变二次接出一段铜线，这种线夹结构比较复杂，安装操作工序较多价格较高，同样安装在户外，防水密封性能一般，安装不够方便，受力也不平衡。
铜与铝的焊接属于异种金属焊接，难度比较大，因为铜和铝在物理和化学特性方面存在很大差异。
需要特定工艺挤掉这些化合物，才能使铜铝金具符合性能要求。
目前比较主流的铜铝对焊工艺主要有：
闪光焊、摩擦焊、锡钎焊、铜铝钎焊几种。
它们的焊接原理以及优缺点、市场现状详见下表所述：
本项目分别选用超声波、闪光焊、摩擦焊、钎焊、复合钎焊等工艺试制产品。
然后对试制产品的性能进行测试，根据测试结果调整设计和制作工艺，直至达到要求。
一种是台区变出线端子用常规的铜铝过渡压线板作为铜铝过渡接入出线电缆
这种铜铝过渡金具操作复杂，组合零件多，对安装人员要求较高，要固定6-10个螺钉，而且铜铝过渡部分接触面积较小，抗机械应力和电化腐蚀能力低。
根据现场运行情况和故障检修统计来看，很多故障还出在紧固螺钉很容易锈蚀，导致紧固松动、断线。
第二种是铜铝过渡线鼻（如下图）
通过运行来看，主要问题出现铜铝过渡板作为金属过渡接触面，接触面积小，在象我局这样的高盐密度地区抗电化腐蚀性能低，经常出现铜铝过渡部分开裂、断线。
项目研究的技术关键与难点。
2.1整体思路
总体思路是台区变出线铜铝过渡金具要比现存运行的过渡金具结构改进，提高铜铝过渡部分的接触面积，从而降低铜铝过渡中由于导电介质发生变化而产生的发热，防水密封绝缘性能要好。
计划研制的台区变出线铜铝过渡金具采用新型工艺，即加工工艺改变，对铜铝过渡部分的两种金属的互溶作为提高抗电化抗发热、抗腐蚀的主要技术要求。
再根据不同过渡金具的尺寸设计金具外层绝缘套管或热缩管，便于铜铝金具安装后假装套管，加热密封后抗腐蚀抗水分入侵从而减少电化腐蚀和发热造成的寿命下降。
试制的样品会经过工厂试验和现场试验，然后根据问题改进。
2.2关键点
比较关键的几个地方是：
铜材、铝材的选择；
铜铝对焊工艺；
螺栓压线板的设计和制作工艺；
整体封塑工艺；
密封胶的选择等等。
2.3难点
●铜铝对焊工艺
计划分别选用超声波、闪光焊、摩擦焊、钎焊、复合钎焊等工艺试制产品。
然后对试制产品的性能进行测试，根据测试结果调整设计和制作工艺，并取得相关检验报告。
三、项目申请单位具备的研究基础和条件
1.项目负责人谭德海，长期从事电力系统高压绝缘及输配电技术。
曾担任多个科技项目的开展及实施工作。
具有一定科研经验和科研能力。
擅长电力系统输配电技术的运行、维护、管理工作。
在本项目中担任总体技术设计和工艺设计，以及现场测试指导。
2.北海供电局在状态检修领域以及安全生产、设备检修等开展大量工作，曾开展多个网公司下达的科技项目研发、实施工作。
，对现场测试、在线测试、设备现场检修进行过大量研究工作。
3.为开展本项目研究我局提供试验设备进行铜铝过渡金具通流实验测试。
项目批复后组织专门人员组成科研小组进行项目的软硬件开发和现场测试。
所具备的条件完全满足项目开展的要求。
四、项目研究内容、技术路线与实施方案
1.项目研究内容的详细说明（分专题或按内容序号描述）。
主要研究内容
1主要技术内容
1.1全区台区变铜铝过渡金具的使用情况调研
随着我区低压网规模的不断扩大，所用台区变铜铝过渡金具数量也在逐年递增。
根据各兄弟单位统计情况，目前截止到2013年03月，台区变铜铝过渡配套金具数量约达300多万。
而都是使用铜、铝导体直接对接的金具。
目前现存的台区变出线铜铝大部分为老型号的铜铝过渡金具。
从而提高低压台区变安全运行能力。
降低运行故障率，减少运维成本。
1.2台区变出线铜铝过渡金具设计
包括外形设计、铜材铝材选择、受力模式选择、铜铝对焊工艺的比较选择、接线孔螺栓接口的设计和工艺、整体封塑工艺、密封热缩管的选择等。
1.3新型金具的试点应用并总结使用效果和应用经验
在北海供电局合浦供电公司选择典型的台区变铜铝过渡金具的试点应用，总结新型金具的使用经验和应用效果，研究改进配电台区低压架空线部分的铜铝过渡金具安装形式，规范安装工艺，并编制安装作业指导书。
2主要技术难点
2.1铜铝对焊工艺
2.2台区变铜铝过渡金具的设计、安装
台区变出现铜铝过渡金具为直接接触10kV高压，该种金具的绝缘性能必须充分考虑，金具的安装固定也需找出可靠、安全的方法。
2.项目研究拟采用的技术路线的详细说明。
要描述具体的理论研究步骤，现场试验的地点和试验计划。
需要建设试验手段的项目，要给出试验手段的结构和作用；
本项目采取与外协厂家合作开发的方式，双方共同制定项目的目标、技术方案、项目计划，考察和评估项目的技术水平，结合北海供电局长期运行情况和近期改善目标，在配网低压改造方面，引入一种新的铜铝过渡线夹。
外协合作厂家负责铜铝过渡金具的设计开发和试验，北海供电局选取项目的试点场地，开展项目的现场试点研究，编制安装作业指导书。
本项目分为方案论证阶段、模具、工艺设计阶段，试验室测试阶段和现场试运行阶段等四个阶段，对项目的总体目标进行验证，并对试运行结果进行评估，为今后北海配网低压部分能够更好的运行提供支持与帮助。
初步选取我局合浦供电公司，安装约50台台区变。
进行实际运行。
根据运行情况进一步修订符合实际现场使用的产品标准。
3.理论研究和试验内容与项目总目标的因果关系；
通过对广西电网目前的台区变出线过渡金具的调查研究，确定改进后的长寿命铜铝过渡金具的优点，长寿命指标。
再与国家相关标准进行对接，制定新型铜铝过渡金具的相关标准、通流能力等。
与目前常规的金具进行比较。
特别是针对沿海高密度及负荷波动较大的台区变安装该种金具后有哪些改善，是否降低了故障率进行研究。
通过项目的开展为探索在适合我局这样的沿海、高盐密、养殖场负荷波动较大的地区推广该项目研发的铜铝过渡进行试验。
需要多家单位共同承担的项目，需要写明各家的分工、职责和提供的成果；
项目的组织方式；
合作方式、知识产权和成果分享的初步方案；
外委的工作内容和工作量；
备注：
有外委的必须详细说明外委的内容及工作量，以下为示例：
外协内容
工作量
长寿命铜铝过渡进行的研究
100工作日
铜铝过渡进行模具加工
现场安装调试
50工作日
实验室测试
对于装置、设备开发的项目，要提出装置或设备的开发计划及设计方案。
新型长寿命铜铝过渡金具的研究加工参照国家相关电力系统金具的现存标准进行，所加工的金具要价格低、易安装。
主要开发计划及设计方案如下：
3.1首先根据广西网公司现存的铜铝过渡进行进行调研，就过渡金具目前存在的问题进行总结，提出改善计划。
3.2根据调研结果设计本项目需要研发的新型铜铝过渡金具的技术指标、通流能力等。
3.3确定加工工艺。
工艺必须符合项目所要求的技术指标，如降低电化反应速度，提高铜铝能力，提高抗盐密度腐蚀能力等。
3.4确定加工模具，所加工产品符合工艺要求，达到技术指标。
3.5现场安装简便，操作安全。
五、预期目标和成果形式
1.阐明项目研究预期达到的目标、技术经济指标；
预期目标及创新点
项目成果：
研发出符合运行要求的多种低压配网台区变出线铜铝过渡金具一批；
该成果符合项目研发要求。
对降低沿海高盐密度地区的台区变故障有明显效果，找到一种新型加工工艺，改善现有铜铝过渡金具的电化腐蚀快、容易断裂等的缺点。
研究开发铜铝接触面积增加，铜铝过渡部分结合均匀、严密等性能的金具。
降低台区变故障率，提高低压配网供电质量。
主要技术经济指标
编制新型铜铝过渡金具安装操作作业指导书，并对50个台区变出线过渡金具进行改造。
该项目实施探索对于降低由铜铝过渡金具引起的台区变出线铜铝过渡金具故障率的有效方法。
2.明确叙述提供研究成果的形式，包括理论研究报告、全套设计制造技术、实用装置或软件等；
要求成果提供的形式能够被其他研究人员
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