研制新型輸電線路導(dǎo)地線連接及檢測裝置

研制新型輸電線路導(dǎo)地線連接及檢測裝置xx輸變電工程“創(chuàng)客”QC小組小組簡介小組名稱xx輸變電工程“創(chuàng)客”QC小組活動課題名稱研制新型輸電線路導(dǎo)地線連接及檢測裝置注冊時間2022年03月課題類型創(chuàng)新型活動次數(shù)4次出勤率100%小組成員情況姓名性別學(xué)歷職務(wù)組內(nèi)分工xx男碩士組長選擇課題xx男本科副組長設(shè)定目標xx男碩士督導(dǎo)（指導(dǎo)）目標可行性論證xx男本科組員提出方案xx男本科組員確定最佳方案xx女碩士組員制定對策xx男碩士組員對策實施xx女碩士組員效果檢查xx男本科組員標準化xx男大專組員總結(jié)和下一步打算選擇課題（一）需求背景總公司基建部重點工作質(zhì)量管理專項質(zhì)量任務(wù)和《國家電網(wǎng)有限公司輸變電工程質(zhì)量通病防治手冊》指出：導(dǎo)、地線壓接不合格為重點治理項目。導(dǎo)、地線壓接質(zhì)量不合格主要表現(xiàn)為：彎曲度超差、飛邊、毛刺和其他質(zhì)量缺陷。且導(dǎo)、地線壓接管彎曲值不合格為電網(wǎng)建設(shè)工程達標投產(chǎn)“否決項”內(nèi)容，對工程達標、創(chuàng)優(yōu)申報有著質(zhì)的影響。伴隨經(jīng)濟發(fā)展迅速、用電需求增幅較大，電網(wǎng)建設(shè)新建線路工程路徑選擇耐張塔和舊線破口接新線路方案選用越來越多，停電切改線路工程停電時間越來越短，線路和停電破口點耐張塔的導(dǎo)地線連接工藝質(zhì)量控制和連接速度成為突出問題。（二）明確需求目前，為達到質(zhì)量通病質(zhì)量防治要求，一般通過以下措施來進行質(zhì)量管控：一是壓接施工時，液壓機兩側(cè)管、線要抬平扶平，保證壓接后接續(xù)管或耐張管平直、棱角順直。二是有明顯彎曲時應(yīng)校直，校直后的壓接管如有裂紋應(yīng)切斷重新壓接。三是壓接后的飛邊應(yīng)銼平，毛刺應(yīng)進行磨光。四是平衡掛線高空壓接時，應(yīng)加強監(jiān)督，保證壓接質(zhì)量。上述措施多是由作業(yè)人員的經(jīng)驗來把控，且當前壓接工藝存在彎曲度檢測不便、施工效率低等缺點，難以從根源上解決壓接質(zhì)量問題。同時，為降低高空作業(yè)人員三級及以上風(fēng)險作業(yè)總時長，保障高空作業(yè)人員人身安全，小組成員認為有必要對輸電線路導(dǎo)、地線壓接及檢測裝置進行研究，以徹底解決質(zhì)量、安全、效率的突出矛盾。廣泛借鑒1.借鑒一小組成員發(fā)現(xiàn)，高壓輸電線路所用的導(dǎo)線分為導(dǎo)電層和芯線層，導(dǎo)線切面如圖1-1所示。其中，芯線層用于承受導(dǎo)線張力，導(dǎo)電層用于傳輸電能，耐張線夾分兩層壓接也正是由于導(dǎo)線的兩層具備不同的功能。耐張導(dǎo)線壓接管如圖1-2所示。芯線導(dǎo)線層圖1-芯線導(dǎo)線層圖1-2耐張導(dǎo)線壓接管小組成員分析，架線施工過程中用的卡線器就可以起到連接、承受張力的作用，卡線器如圖1-3所示?？ň€器安裝方便，使用靈活，無需借助液壓機等工器具。因此小組確定了創(chuàng)新思路，即借鑒卡線器原理對傳統(tǒng)的導(dǎo)線壓接管進行改造，研制新型裝配式導(dǎo)線連接裝置。圖1-3卡線器卡線器是把軸向拉力轉(zhuǎn)換成徑向壓力，并通過摩擦自鎖原理，產(chǎn)生靜摩擦力，以達到卡線的作用。自鎖現(xiàn)象是一種力學(xué)物理現(xiàn)象，如果作用于物體的主動力的合力作用線在摩擦角之內(nèi)，則無論這個力怎樣大，總有一個全反力與之平衡，物體保持靜止。這種與力大小無關(guān)而與摩擦角有關(guān)的平衡條件稱為自鎖條件。物體在這種條件下的平衡現(xiàn)象稱之自鎖現(xiàn)象。小組成員進行理論分析，欲利用這樣的自鎖現(xiàn)象，到達導(dǎo)線連接牢固可靠的目的。2.借鑒二小組通過查詢發(fā)現(xiàn)，“HardLock螺母”的構(gòu)思十分簡單如圖1-4所示，采用偏心構(gòu)造，且達到自鎖效果，應(yīng)用在輸電線路中，可以提高連接的可靠性。圖1-4HardLock螺母示意圖確定課題經(jīng)小組分析討論，確定本次活動課題為：研制新型輸電線路導(dǎo)地線連接及檢測裝置設(shè)定目標及目標可行性論證目標值設(shè)定從現(xiàn)場調(diào)查及翻閱以往工程資料發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)、地線壓接質(zhì)量存在壓接管壓后彎曲超差、壓后出現(xiàn)飛邊、毛刺等問題，壓力值不均勻、握著力不符合設(shè)計值、校直壓接管出現(xiàn)裂紋、金具加工質(zhì)量以及壓接機模具損傷等直接影響導(dǎo)、地線壓接質(zhì)量。通過對以往工程缺陷統(tǒng)計和分析，小組得出結(jié)論:壓接管壓后彎曲度和飛邊質(zhì)量缺陷是造成導(dǎo)、地線壓后質(zhì)量不合格率偏高的主要原因，質(zhì)量不合格率為7.22%。小組成員認為通過研制新型的導(dǎo)地線連接裝置，不采用逐模壓接的連接方式，便可以從根本上杜絕出現(xiàn)導(dǎo)線連接壓接管彎曲超差、飛邊、毛刺質(zhì)量通病問題的產(chǎn)生，因此小組決定本次QC課題目標為：導(dǎo)、地線壓接質(zhì)量驗收合格率98%。目標可行性論證1）理論分析根據(jù)調(diào)查和數(shù)據(jù)分析，輸電線路壓接工藝實施中，模具的布氏硬度遠大于鋁管，鋁管受擠壓力影響，首先接觸位置會快速開始變形，鋁管圓形管徑受模具擠壓向六邊形形狀變化的過程中產(chǎn)生明顯的徑向位移，以致與壓接管彎曲、飛邊（溢邊、毛刺）的產(chǎn)生。該現(xiàn)象是壓接工藝自身原理的固有問題，目前現(xiàn)有的解決方式多以加長模具長度、降低壓接力度，改善或調(diào)整壓接操作順序等方式降低壓后壓接管彎曲、飛邊的產(chǎn)生幾率，但并未從根本上解決問題。只有規(guī)避壓接的操作才有可能避免傳統(tǒng)導(dǎo)地線連接過程中的“彎曲、飛邊和毛刺”等現(xiàn)象。2）借鑒技術(shù)分析小組利用TRIZ理論對采用卡線器結(jié)構(gòu)進行導(dǎo)地線連接的方案進行深入分析。采用卡線器結(jié)構(gòu)，存在以下技術(shù)沖突：為了增加握著力，需要提高技術(shù)參數(shù)“應(yīng)力或壓強”，但需要增加力矩長度，即需要增加金屬接觸面面積，見表2-1。通過杠桿原理將軸向拉力轉(zhuǎn)變?yōu)閺较驂毫Γa(chǎn)生摩擦自鎖，從根本原理上與傳統(tǒng)壓接不同，可以有效規(guī)避壓接工藝自身缺點，及實現(xiàn)壓接100%無飛邊現(xiàn)象是可行的。表2-1借鑒分析表借鑒物借鑒原理產(chǎn)生的技術(shù)沖突如何解決（TRIZ理論40條發(fā)明原理）卡線器摩擦自鎖：通過杠桿原理將軸向拉力轉(zhuǎn)變?yōu)閺较驂毫?，產(chǎn)生摩擦自鎖改善目標：應(yīng)力或壓強采取措施：增加力矩長度惡化參數(shù)：靜止物體的長度1.參數(shù)變化2.分割3.曲面化4.未達到或超過的作用制表人：xx提出方案并確定最佳方案總體方案確定因為地線結(jié)構(gòu)較導(dǎo)線更簡單，以導(dǎo)線為例開展研究，地線可參照導(dǎo)線方案執(zhí)行。通過分析表2-1中所列TRIZ理論40條發(fā)明原理中的4條發(fā)明原理以及方案確定過程中遇到的問題，小組在方案確定過程中依據(jù)發(fā)明原理確定解決問題思路，以確定總體方案。發(fā)明原理的應(yīng)用如表3-1所示。表3-1發(fā)明原理的應(yīng)用序號應(yīng)用原理原理解釋實現(xiàn)方法1參數(shù)變化通過測量或控制參數(shù)的變化來達到目的將軸向拉力轉(zhuǎn)換成徑向壓力，產(chǎn)生摩擦自鎖，以達到握著力要求。2分割1.將一個物體分成相互獨立的部分。2.使物體分成容易組裝及拆卸的部分。3.增加物力獨立部分的程度。1.根據(jù)導(dǎo)線中導(dǎo)線層與芯線層的功能不同，將兩部分分開。2.將兩部分結(jié)構(gòu)設(shè)計成容易拆裝的部分。3.導(dǎo)電層與芯線層具有不同結(jié)構(gòu)，以滿足不同的參數(shù)指標要求。3曲面化將直線或平面轉(zhuǎn)化成曲線或曲面在卡線結(jié)構(gòu)設(shè)計中，采用曲面結(jié)構(gòu)以增加卡接握著力。4未達到或超過的作用如果100%達到所希望的效果是困難的，稍微未達到或稍微超過預(yù)期的效果將大大簡化問題。通過設(shè)計握著力超過規(guī)范所要求的握著力，以達到握著力要求。制表人：xx導(dǎo)線由芯線和導(dǎo)電層組成，依據(jù)分割原理，將連接裝置分為三部分：芯線連接、導(dǎo)電層連接和檢測部分。如圖3-1所示。圖3-1方案框架圖對方案進一步分解，經(jīng)小組成員進行充分的市場及技術(shù)調(diào)研，根據(jù)曲面化原理，經(jīng)研究確定卡線器結(jié)構(gòu)可采取圓卡、橢圓卡和偏心卡兩種方式；導(dǎo)電層連接可采用栓接或卡扣連接兩種方式；檢測部分分為鋼卷尺、游標卡尺和專用測量工具，小組提出總體方案，如圖3-2所示。圖3-2總體方案框架圖（二）確定最佳方案卡線器結(jié)構(gòu)方案選擇芯線的主要作用是承受張力，因此對握著力大小是其主要性能指標。小組對芯線連接的直線卡、圓卡及偏心卡三種方案進行握著力試驗，并進行分析了比較，根據(jù)規(guī)范要求握力應(yīng)不小于142.9*0.95=135.8kN。由表3-2可知，采用偏心卡線器為最佳方案。表3-2新型導(dǎo)線連接裝置握力方案對比選擇表

項目

方案圓卡橢圓卡偏心卡結(jié)果結(jié)論結(jié)果結(jié)論結(jié)果結(jié)論握力實驗1115.43不符合規(guī)范握力要求124.94不符合規(guī)范握力要求146.66符合規(guī)范握力要求握力實驗2111.36不符合規(guī)范握力要求122.22不符合規(guī)范握力要求149.38符合規(guī)范握力要求握力實驗3108.64不符合規(guī)范握力要求123.58不符合規(guī)范握力要求141.23符合規(guī)范握力要求綜合分析JL/G1A-630/45導(dǎo)線破斷力為142.99kN,根據(jù)規(guī)范要求握力應(yīng)不小于142.9*0.95=135.8kN,經(jīng)過三組實驗數(shù)據(jù)對比，偏心卡能滿足規(guī)范對導(dǎo)線握力要求。制表人：xx導(dǎo)電層連接方案選擇導(dǎo)電層的主要功能是傳輸電能。小組對導(dǎo)電層連接方案的連接可靠性進行比較分析，對栓接和卡扣連接的導(dǎo)電性進行測試，測量其單位電阻，進行重復(fù)實驗；采用統(tǒng)計學(xué)原理，求其平均值。導(dǎo)線連接部位電阻不應(yīng)大于導(dǎo)線本身電阻的1.2倍，實驗結(jié)果于分析見表3-3所示。表3-3導(dǎo)電層連接可靠性比較序號連接部位單位電阻（Ω）12345678平均值栓接連接處單位電阻0.09010.08990.08960.08960.08990.08980.09020.09020.0899卡扣連接處單位電阻0.09000.09000.08970.09020.09020.08990.08970.09030.0900與導(dǎo)線電阻關(guān)系栓接：0.0899/0.0778=1.156卡扣：0.0900/0.0778=1.157制表人：xx由表3-3可知，栓接連接部位電阻是導(dǎo)線本身電阻的1.156倍，卡扣連接部位電阻是導(dǎo)線本身電阻的1.157倍，均小于導(dǎo)線本身電阻的1.2倍。小組提出的導(dǎo)電層連接栓接和卡扣式連接的兩種方式，均可以達到連接可靠，導(dǎo)電性良好的效果。進一步進行實驗，對小組提出的導(dǎo)電層連接的兩種方式所用時間與傳統(tǒng)方式進行實驗比較，實驗結(jié)果見表3-4所示。序號導(dǎo)電層連接所用時間12345678910平均值卡扣連接所用時間（min）1.00.91.11.11.00.90.91.00.80.90.96栓接連接所用時間（min）0.50.40.60.40.50.60.40.50.60.40.49制表人：xx表3-4導(dǎo)電層連接時間比較由表3-4可知，對于導(dǎo)電層連接卡扣所用平均時間為0.96min，栓接連接所用平均時間為0.49min?？傻盟ń舆B接用時明顯少于卡扣連接用時，從連接用時考慮，栓接連接方式為佳。綜上述實驗數(shù)據(jù)，對導(dǎo)電層連接方案進行綜合比較，見表3-5所示。表3-5導(dǎo)電層連接方案比較方案性能栓接卡扣連接可靠性連接可靠連接可靠制作工藝簡單較復(fù)雜表面平滑性平滑性好平滑性差連接時間（分鐘）0.490.96綜合分析從連接可靠性上，兩種方式均能滿足要求，雖然卡扣連接方式從連接時間上優(yōu)于栓接方式，但從制作工藝、表面平滑性、連接用時等方面性能栓接更優(yōu)，綜合考慮選擇栓接連接方式。制表人：xx小組根據(jù)總體方案中分方案的對比分析，最終確定芯線連接采用卡線器結(jié)構(gòu)的偏心卡、導(dǎo)電層連接裝置選擇栓接連接，作為最佳方案。檢測部分方案選擇表3-6檢測部分方案比較精度便捷性鋼卷尺低需要計算游標卡尺高讀數(shù)困難，需要計算專用測量工具高操作便捷，無需計算綜合分析通過對測量工具產(chǎn)生的誤差及便捷性進行分析比較，專用測量工具誤差滿足要求，操作便捷并且無需后續(xù)計算，綜合考慮選擇專用測量工具為最佳方案。制表人：xx綜上所述，小組確定的最佳方案見圖3-2。圖3-3最佳方案框架圖制定對策小組根據(jù)確定的最佳方案，按照5W1H制定了對策制定了對策表，見表4-1。表4-1對策表序號對策目標措施地點完成時間負責(zé)人1偏心卡線器制作握力達到135.8kN對偏心卡進行握力試驗xx2022年6月xx2栓接導(dǎo)電層制作接頭單位電阻不大于0.09336Ω對其單位電阻進行測量xx2022年6月xx3專用測量工具制作測量彎曲度誤差不大于1%測試裝置的精度xx2022年10月xx4產(chǎn)品組裝試驗不產(chǎn)生飛邊、毛刺和裝置彎曲測量誤差不大于2%檢查產(chǎn)品組裝后飛邊、毛刺和彎曲度核對測量誤差xx2022年11月xx制表人：xx對策實施（一）對策實施一：偏心卡線器制作措施一：對偏心卡進行握力試驗制作完成的偏心卡對其握力進行握力試驗，試驗數(shù)據(jù)見表5-1。序號項目12345678平均值偏心卡線器握力（kN）146.66kN147.56kN145.99kN148.42kN141.9kN145.87kN146.75kN148.43kN146.45kN合計偏心卡線器的握力平均值為146.45kN＞135.8kN制表人：xx表5-1偏心卡線器握力試驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計表對策檢查：本次試驗可得偏心卡線器的握力為146.45kN，實現(xiàn)小于135.8kN的對策目標。（二）對策實施二：栓接導(dǎo)電層制作措施一：對其單位電阻進行測量以栓接方式制作導(dǎo)電層連接裝置，并對其單位電阻進行測量，見表5-2。表5-2導(dǎo)電層栓接單位電阻測量統(tǒng)計表序號項目12345678平均值栓接處單位電阻（Ω）0.09010.09020.08990.09030.08980.08990.08990.08970.0900合計栓接導(dǎo)電層連接裝置的單位電阻為0.0900Ω＜0.09336Ω制表人：xx對策檢查：400mm2的導(dǎo)線單位電阻為0.0778Ω，連接處電阻不大于其1.2倍為0.09336Ω。栓接導(dǎo)電層連接裝置的單位電阻為0.0900Ω，實現(xiàn)小于0.09336Ω的對策目標。（三）對策實施三：專用測量工具制作措施一：測試裝置的精度小組成員發(fā)明了一種新型輸電線路導(dǎo)地線連接卡線器測量裝置，此測量工具包括導(dǎo)軌、第一卡接機構(gòu)、第二卡接機構(gòu)、彎曲度測量機構(gòu)、驅(qū)動機構(gòu)，實現(xiàn)了對新型導(dǎo)地線連接器卡線器組裝后的長度及彎曲度的測量。第一卡接機構(gòu)和第二卡接機構(gòu)夾持在導(dǎo)線卡線器的兩端，測量機構(gòu)通過驅(qū)動機構(gòu)沿著導(dǎo)線連接卡線器部位移動，利用測量機構(gòu)的指針的變化可檢查新型導(dǎo)線卡線器組裝后的長度和彎曲度是否超差，通過采用本工具改變了水平尺加直尺或卷尺進行測量計算彎曲量的辦法，提高了測量速度與測量精度。圖5-1導(dǎo)線壓接管彎曲度測量工具及專利授權(quán)小組成員采用此方法讀取方便，規(guī)程要求導(dǎo)地線連接卡線器組裝后不能彎曲度超2%的試件，并計算測量誤差，數(shù)據(jù)統(tǒng)計見表5-3。表5-3彎曲度誤差統(tǒng)計表≤標準值傳統(tǒng)測量方式采用新型測量工具方式結(jié)論12%0.5%0.3%符合要求22%0.3%0.1%符合要求32%0.3%0.2%符合要求42%0.2%0.05%符合要求52%0.3%0.2%符合要求62%0.3%0.1%符合要求平均值2%0.32%0.16%制表人：xx由試驗數(shù)據(jù)分析可得，專用測量工具測量誤差值約為0.16%＜傳統(tǒng)測量方式0.32%＜2%，達到對策目標。（四）對策實施四：產(chǎn)品組裝試驗措施一：檢查產(chǎn)品組裝后飛邊、毛刺和彎曲度組裝示意圖見圖5-2，組裝完成后，對芯線壓接和導(dǎo)電層壓接所用時間進行測試，測試數(shù)據(jù)見表5-4。圖5-2新型導(dǎo)地線連接裝置組裝示意圖其中100為導(dǎo)電套；101為引流板；1010為連接孔；102為凹紋結(jié)構(gòu)；103為定位螺栓；200為內(nèi)套；201為拉環(huán)；202為卡臺；203為凸紋結(jié)構(gòu)；204為觀察孔；300為夾線組件；301為偏心柱；3010為偏心孔；3011為錐形結(jié)構(gòu)；3012為錐臺；302為錐套；303為彈簧；400為導(dǎo)線；401為芯線；402為外層絞制鋁線。組裝完成后的外觀與普通耐張線夾外觀相同。效果檢查：采用制作的連接裝置，不產(chǎn)生飛邊、毛刺質(zhì)量通病問題，達到對策目標。措施二：核對測量誤差。小組采用專用測量工具對組裝完的裝置進行彎曲度進行測量，統(tǒng)計見表5-4。表5-4彎曲度測量統(tǒng)計表彎曲度誤差允許范圍測量值12%0.3%22%0.1%32%0.2%42%0.05%52%0.2%62%0.1%平均值0.16%制表人：xx小組對組裝完成裝置進行彎曲度測量得其誤差約為0.18%，在誤差允許范圍內(nèi)，且達到小組對策目標。效果檢查檢查一：目標值檢查小組采用研制的裝置進行現(xiàn)場效果檢查，統(tǒng)計見表6-1。表6-1現(xiàn)場驗收合格率統(tǒng)計實際驗收合格率目標驗收合格率1100%98%2100%98%3100%98%4100%98%5100%98%6100%98%7100%98%8100%98%小組根據(jù)表6-1統(tǒng)計得出，采用研發(fā)的連接裝置，驗收合格率達到100%，完成課題目標。檢查二：效果檢查經(jīng)濟效益檢查（活動期內(nèi)節(jié)約成本）QC小組活動開展后，活動期內(nèi)共應(yīng)用導(dǎo)、地線壓接連接518個，其中導(dǎo)、地線連接人員由五人改為三人操作，累計減少高空用工40個工日，導(dǎo)、地線連接質(zhì)量合格率從92.78%提升到100%,減少返工38處（近似50工日），減少車輛、設(shè)備租賃費7工日。人員節(jié)省成本（高空人員）=300元/工日×（90）工日=27000元。車輛及設(shè)備租賃費=（車輛租賃費（500元/天）+設(shè)備租賃費（1000元/天））×（7）工日=10500元。節(jié)省成本合計=37500元。2022年xx公司建管工程在建工程13項，如果全部采用此方法，預(yù)計可節(jié)約成本=37500*13=487500元。社會效益檢查活動成果的實現(xiàn)，徹底治理了導(dǎo)、地線壓接質(zhì)量不合格的質(zhì)量通病，為工程一次創(chuàng)優(yōu)提供了保障。在本次活動開展中，我們實現(xiàn)了導(dǎo)、地線高處作業(yè)人員減少了40%，解決了部分質(zhì)檢員、監(jiān)理員無法登高監(jiān)督旁站的隱患，使得整個導(dǎo)、地線連接隱蔽工程全程在監(jiān)督及指導(dǎo)過程中，使得導(dǎo)、地線連接過程中的安全風(fēng)險因素、質(zhì)量不合格率顯著降低。本次活動成果得到了參建各單位和運行單位的認可，從而使我們更好的服務(wù)于用戶和社會，向社會展現(xiàn)了我們優(yōu)質(zhì)服務(wù)的形象。安全效益首先，該施工工藝操作更加便捷，有效縮短高空作業(yè)時間，其次提高了導(dǎo)地線連接驗收合格率，減少了施工作業(yè)返工率，進而減少高處作業(yè)，從而提高導(dǎo)地線連接施工作業(yè)的安全性。標準化1.推廣價值評估本小組研制的新型導(dǎo)地線連接裝置，較大程度上提高了耐張導(dǎo)線連接效率，通過裝配式連接方式提升了架線工藝綠色施工水平，降低了施工難度與強度，降低了安全風(fēng)險，同時有利于耐張連接質(zhì)量的控制，具有較強的推廣應(yīng)用價值。2.編制說明書小組根據(jù)研制成果，編制了《新型導(dǎo)線連接裝置使用說明》及專用測量工具使用說明書，明確了使用條件、使用方法、操作步驟及驗收辦法，為成果進一步推廣應(yīng)用打下基礎(chǔ)。3.技術(shù)資料歸檔小組將最終確定的新型導(dǎo)線連接裝置圖紙、試驗報告等進行了整理歸檔，為下一步繼續(xù)研發(fā)做好技術(shù)資料和條件準備。總結(jié)和下一步打算（一）總結(jié)本次QC活動嚴格遵循PDCA循環(huán)的原則，以團隊的智慧、集體的不懈努力，順利地完成了本次課題，超過了預(yù)期的目標，為今后的業(yè)務(wù)拓展奠定了良好