張墨

（中國(guó)石油集團(tuán)電能有限公司供電公司）

金具是輸電線(xiàn)路安全穩(wěn)定運(yùn)行中重要組成部件，電力金具質(zhì)量好壞對(duì)整個(gè)線(xiàn)路的安全、穩(wěn)定、高效運(yùn)行有著至關(guān)重要的作用。目前供電公司管轄的35~110 kV 線(xiàn)路長(zhǎng)度合計(jì)約3 800 km，大約有2 萬(wàn)多基桿塔，線(xiàn)路最長(zhǎng)投產(chǎn)運(yùn)行近30 a，線(xiàn)路使用的都是傳統(tǒng)的鑄鐵型耐張線(xiàn)夾、懸垂線(xiàn)夾、防振錘等金具。鑄鐵金具由于磁滯損耗大，功率損耗多，易造成導(dǎo)線(xiàn)過(guò)熱、機(jī)械強(qiáng)度下降等隱患。由于輸電線(xiàn)路目前所使用的金具數(shù)量大，因此造成的損耗和經(jīng)濟(jì)損失也相當(dāng)可觀，為了保證輸電線(xiàn)路能夠有效實(shí)現(xiàn)資源節(jié)約、經(jīng)濟(jì)平穩(wěn)運(yùn)行，在電網(wǎng)目前新技術(shù)，結(jié)合國(guó)家“資源節(jié)約型、環(huán)境友好型”社會(huì)背景下，努力推廣應(yīng)用輸電線(xiàn)路新型節(jié)能金具勢(shì)在必行。

1 鑄鐵線(xiàn)路金具的耗能弊端

中油電能供電公司所管轄線(xiàn)路絕大部分采用鑄鐵和螺栓組合成的耐張線(xiàn)夾、懸垂線(xiàn)夾以及防振錘。用這種材料制成的金具在導(dǎo)線(xiàn)中通過(guò)交變電流時(shí)形成一個(gè)閉合的磁回路，鐵磁物質(zhì)在交變磁場(chǎng)作用下反復(fù)磁化的過(guò)程中，其磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化總是滯后于磁場(chǎng)強(qiáng)度的變化，這就是所謂磁滯現(xiàn)象。在反復(fù)磁化的過(guò)程中，由于磁疇的反復(fù)轉(zhuǎn)向，鐵磁物質(zhì)內(nèi)部的分子摩擦發(fā)熱而造成能量損耗。構(gòu)成閉合回路的電力金具在反復(fù)磁化過(guò)程中，因?yàn)榇女牱磸?fù)轉(zhuǎn)向?qū)е碌倪@種功率損耗，就是所謂的磁滯損耗。根據(jù)電磁感應(yīng)定律，這一交變磁場(chǎng)在金具內(nèi)部也會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流，即渦流。由于鋼鐵材料電阻的存在，必然產(chǎn)生功率損耗，即渦流損耗。當(dāng)電流增大時(shí)，磁滯損耗隨磁通密度的1.6~2.0 次方上升，渦流損耗隨磁通密度的2.0 次方上升。渦流和磁滯損耗產(chǎn)生的熱量使金具內(nèi)的導(dǎo)線(xiàn)溫度升高（當(dāng)導(dǎo)線(xiàn)中通過(guò)400 A 電流時(shí)，鑄鐵線(xiàn)夾比節(jié)能型鋁合金線(xiàn)夾溫度高17 ℃，損耗多30 W），同時(shí)造成該處導(dǎo)線(xiàn)的機(jī)械強(qiáng)度下降，加之線(xiàn)路震動(dòng)，導(dǎo)線(xiàn)就會(huì)在線(xiàn)夾處斷股，縮短了線(xiàn)路的運(yùn)行年限[1-2]。

2 鑄鐵金具與新型節(jié)能金具對(duì)比分析

目前國(guó)內(nèi)節(jié)能金具主要有聚碳酸酯、無(wú)磁性球鐵、鋁合金等新型金具。通過(guò)綜合分析比較，前兩種金具由于生產(chǎn)過(guò)程和生產(chǎn)工藝比較復(fù)雜等原因，在目前電力系統(tǒng)中還沒(méi)有得到大力的普及和廣泛應(yīng)用。

鋁合金金具具有較強(qiáng)的硬度和導(dǎo)電性，同時(shí)也能有效地隔斷磁路，消除導(dǎo)電線(xiàn)路對(duì)電力配件影響。鋁合金材質(zhì)同時(shí)也具有質(zhì)量輕、較強(qiáng)的耐腐蝕性等特點(diǎn)，尤其是當(dāng)外界溫度過(guò)低，電路中電流較強(qiáng)時(shí)，鋁合金比傳統(tǒng)鑄鐵金具導(dǎo)電性能更好。

鋁合金的耐高溫性能強(qiáng)于鐵質(zhì)材料，所以被國(guó)內(nèi)電力公司廣泛使用，大力推廣。例如目前用高強(qiáng)度鋁合金研制的耐張線(xiàn)夾NLD-J、懸垂線(xiàn)夾XGU-J、DBY 節(jié)能型預(yù)絞式防震錘，屬于節(jié)能螺栓型鋁合金金具，正在逐步代替?zhèn)鹘y(tǒng)鑄鐵金具，他們普遍具有磁滯損耗小、重量輕、安裝方便等優(yōu)點(diǎn)。

目前該公司已經(jīng)按照更換計(jì)劃，逐年將鑄鐵金具更換為新型鋁合金節(jié)能金具，二者主要性能對(duì)比如下。

2.1 結(jié)構(gòu)對(duì)比

1）鑄鐵型耐張線(xiàn)夾螺栓多，固定點(diǎn)多，隱患點(diǎn)也相應(yīng)增多，同時(shí)直面設(shè)計(jì)對(duì)導(dǎo)線(xiàn)的握力不如曲面。節(jié)能型耐張線(xiàn)夾NLD-J 螺栓少，可以減少隱患點(diǎn)，同時(shí)固定點(diǎn)減少后不僅沒(méi)有減少握力，而是采取斜裝U 型螺栓和弧形結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，反而加大對(duì)導(dǎo)線(xiàn)的握力[3-5]。

2）鑄鐵型懸垂線(xiàn)夾線(xiàn)夾船體與掛板連接處采用開(kāi)口銷(xiāo)子固定。 節(jié)能型懸垂線(xiàn)夾XGH 船體與掛板采取一體式，這種結(jié)構(gòu)可以杜絕因開(kāi)口銷(xiāo)子磨損斷裂致使懸垂線(xiàn)夾脫落的隱患。壓條與導(dǎo)線(xiàn)的接觸為有彎曲度的圓弧面，增大握力的同時(shí)也不易使導(dǎo)線(xiàn)產(chǎn)生變形。

3）鑄鐵型防震錘FD 長(zhǎng)期運(yùn)行后，螺栓對(duì)導(dǎo)線(xiàn)的壓力松弛，導(dǎo)致握力下降，防震錘發(fā)生位移。DBY 節(jié)能型預(yù)絞絲防震錘安裝方便，無(wú)需專(zhuān)用工具。免維護(hù)，預(yù)絞式安裝無(wú)螺栓，有效防止防振錘滑移的現(xiàn)象，且不會(huì)對(duì)掛點(diǎn)造成損壞。 FDB 節(jié)能型防震錘連接部位采用不銹鋼六角螺栓固定，不易發(fā)生銹蝕情況，同時(shí)不銹鋼材質(zhì)扭力比鑄鐵材質(zhì)要大，與導(dǎo)線(xiàn)連接更緊固。

4）鑄鐵型并溝線(xiàn)夾隨著長(zhǎng)期運(yùn)行后，存在線(xiàn)夾與導(dǎo)線(xiàn)連接不緊密情況，使接觸電阻增大，導(dǎo)致連接處過(guò)熱現(xiàn)象的發(fā)生，嚴(yán)重情況下還會(huì)引發(fā)導(dǎo)線(xiàn)脫落。安普線(xiàn)夾是由線(xiàn)夾殼體和楔塊兩部分組成，安裝時(shí)楔塊裝入線(xiàn)夾殼體，通過(guò)液壓槍打入，從而使線(xiàn)夾導(dǎo)線(xiàn)緊密連接，并且沒(méi)有螺栓連接，可以有效減少連接點(diǎn)，起到免維護(hù)的作用。JBJ 型線(xiàn)夾設(shè)計(jì)根據(jù)一定的力學(xué)原理，使導(dǎo)線(xiàn)受壓力方向與螺栓形成一定角度，使螺栓能提供對(duì)導(dǎo)線(xiàn)更大的壓力，保證線(xiàn)夾與導(dǎo)線(xiàn)的良好接觸[6]。

2.2 質(zhì)量對(duì)比

鑄鐵型耐張線(xiàn)夾、懸垂線(xiàn)夾與新型節(jié)能型線(xiàn)夾質(zhì)量對(duì)比見(jiàn)表1，通過(guò)對(duì)比可以明顯看到節(jié)能型結(jié)構(gòu)輕巧，重量比鑄鐵型耐張線(xiàn)夾和懸垂線(xiàn)夾都輕。

表1 鑄鐵型耐張線(xiàn)夾、懸垂線(xiàn)夾與新型節(jié)能型線(xiàn)夾質(zhì)量對(duì)比Tab.1 Comparison of the quality between cast iron tensionresistant wire clamp and suspension clamps and new energy conservation wire clamp

2.3 能量損耗對(duì)比

根據(jù)北京電力研究所數(shù)據(jù)對(duì)比，鑄鐵型金具磁損較大造成能耗大，節(jié)能型金具磁損和能耗小，更節(jié)能[7]。鑄鐵型耐張線(xiàn)夾、懸垂線(xiàn)夾與節(jié)能型功率損耗對(duì)比見(jiàn)表2。

表2 鑄鐵型耐張線(xiàn)夾、懸垂線(xiàn)夾與節(jié)能型功率損耗對(duì)比Tab.2 Comparison of the quality between cast iron tensionresistant wire clamp and suspension clamps and energy conservation power loss

3 節(jié)能金具的優(yōu)勢(shì)

新型鋁制節(jié)能金具與傳統(tǒng)鑄鐵金具相比，其優(yōu)勢(shì)有以下3 方面：

1）技術(shù)先進(jìn)性。節(jié)能金具的設(shè)計(jì)研制并不只是在耗能金具材質(zhì)上以鋁合金替代可鍛鑄鐵，而是在結(jié)構(gòu)上進(jìn)行了改進(jìn)[8]。新型節(jié)能線(xiàn)夾結(jié)構(gòu)輕便，可以通用；線(xiàn)夾表面不易氧化，可以適應(yīng)不同環(huán)境，無(wú)需擔(dān)心線(xiàn)夾銹蝕問(wèn)題；節(jié)能線(xiàn)夾的質(zhì)量?jī)H為傳統(tǒng)鑄鐵線(xiàn)夾的1/2~1/3，不僅施工十分方便，而且提高了工作效率，保證施工速度與安全性。

2）經(jīng)濟(jì)合理性。節(jié)能金具的經(jīng)濟(jì)合理性主要表現(xiàn)為加工制造過(guò)程中的能源節(jié)約和線(xiàn)路運(yùn)行中的節(jié)能降耗。舊的電力金具主要以可鍛鑄鐵為主題材料，采用鑄造加工的生產(chǎn)工藝，產(chǎn)品還需表面鍍鋅，鑄造和鍍鋅都是高耗能和高污染的工藝。節(jié)能金具以高強(qiáng)度鋁合金為主，采用擠壓、壓鑄等先進(jìn)工藝，且表面不必?zé)徨冧\處理，能耗和污染大為降低。節(jié)能金具的節(jié)能效應(yīng)已在運(yùn)行和試驗(yàn)中被證明是十分顯著的[9]。經(jīng)電網(wǎng)專(zhuān)家研究論證，如線(xiàn)路上應(yīng)用最普遍的NLD 型耐張線(xiàn)夾通以500 A 的電流，耗能65 W，每年可使用8 000 h，每只NLD-4 耐張線(xiàn)夾每年的能耗損失為312 元。如果以油田電網(wǎng)保守檢修、新改擴(kuò)建每年使用7 000 套計(jì)算，總計(jì)能耗損失達(dá)到218.4 萬(wàn)元，可見(jiàn)節(jié)能效應(yīng)帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益也相當(dāng)可觀。

3）電連接可靠性。使用新型的節(jié)能金具使電連接的可靠性極大提高，承力金具采用高強(qiáng)度鋁合金，強(qiáng)度高、握力好，對(duì)導(dǎo)線(xiàn)幾乎無(wú)損傷，改變了過(guò)去電連接只是依靠一般緊固件連接，易發(fā)生連接不緊脫出、甚至脫落等故障。使用新型節(jié)能金具，可以使接頭處所產(chǎn)生的斷線(xiàn)事故大大減少，有效的提高了供電可靠性以及減少后期維護(hù)的工作量[10]。

4） 免維護(hù)效果好。懸垂線(xiàn)夾、預(yù)絞式防震錘、安普線(xiàn)夾等，與傳統(tǒng)鑄鐵造件相比，具有良好的機(jī)械強(qiáng)度，避免了傳統(tǒng)鑄造中存在的氣孔、砂眼和縮松等缺陷。整個(gè)合金金具力學(xué)性能和表面工藝優(yōu)勢(shì)大大延長(zhǎng)，有利于線(xiàn)路更長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定、安全運(yùn)行，基本達(dá)到一次安裝后免維護(hù)效果。節(jié)能金具的先進(jìn)結(jié)構(gòu)，又使線(xiàn)路設(shè)備向長(zhǎng)壽命、零故障、免檢修邁進(jìn)了一大步，從而減少了運(yùn)營(yíng)維修頻率，大幅度節(jié)約了線(xiàn)路維修的費(fèi)用，節(jié)省了日后投入大量人力物力[11]。

4 應(yīng)用情況

供電公司所轄線(xiàn)路上使用的電力金具基本上是用可鍛鑄鐵為主的磁性材料制成，由于結(jié)構(gòu)上構(gòu)成閉合磁回路形成磁滯和渦流損失，造成能耗浪費(fèi)十分巨大，并且銹蝕嚴(yán)重，經(jīng)常出現(xiàn)發(fā)熱現(xiàn)象。為克服以上現(xiàn)象，現(xiàn)已在110 kV 奔騰甲線(xiàn)、35 kV 奔南線(xiàn)、35 kV 趙五線(xiàn)等33 條線(xiàn)路上更換了節(jié)能金具作為試驗(yàn)，試驗(yàn)效果良好，用鋁線(xiàn)夾代替鐵線(xiàn)夾具有明顯的節(jié)能效果。同等運(yùn)行條件下，對(duì)導(dǎo)線(xiàn)通過(guò)400 A 大電流作試驗(yàn)，2 h 后進(jìn)行遠(yuǎn)紅外測(cè)溫，普通型鑄鐵質(zhì)懸垂線(xiàn)夾比節(jié)能型XGH 懸垂線(xiàn)夾最高溫度約高出31 ℃。通過(guò)試驗(yàn)可以看出，節(jié)能金具試驗(yàn)效果良好，有效避免過(guò)熱等缺陷，可推薦使用。

經(jīng)過(guò)公司電網(wǎng)專(zhuān)家研究論證，整個(gè)鋁合金線(xiàn)夾節(jié)能效率在90%以上。以懸垂線(xiàn)夾為例，一只傳統(tǒng)鑄鐵性懸垂線(xiàn)夾能耗功率約為30 W，而新型鋁合金懸垂線(xiàn)夾能耗功率僅為2 W，每只懸垂線(xiàn)夾可節(jié)省能耗功率約28 W，則每年可節(jié)省能耗功率約245 kW。以輸電線(xiàn)路設(shè)計(jì)運(yùn)行30 a 為底限，每只懸垂線(xiàn)夾運(yùn)行周期內(nèi)可節(jié)省能耗功率多達(dá)7 358.4 kW，同理還可算出其他線(xiàn)夾節(jié)省電能[12]。單單僅公司目前運(yùn)行電網(wǎng)就有各類(lèi)金具十幾萬(wàn)只，如果逐步用新型鋁合金線(xiàn)夾取代傳統(tǒng)線(xiàn)夾，帶來(lái)的節(jié)能效益是巨大的。

5 結(jié)論

輸電線(xiàn)路數(shù)量多、鑄鐵型金具安裝使用年限較長(zhǎng)，由于通過(guò)的電流大，損耗大，所以每年在這個(gè)環(huán)節(jié)中損失的電能數(shù)量巨大。因此，用新一代節(jié)能型、結(jié)構(gòu)先進(jìn)合理、施工方便的節(jié)能金具代替老式高耗能、粗大笨重的金具是線(xiàn)路建設(shè)和改造的必然需要。節(jié)能金具的先進(jìn)結(jié)構(gòu)，減少了營(yíng)運(yùn)維修頻率，大幅度節(jié)約了線(xiàn)路維修費(fèi)。節(jié)能型金具降低了電能損耗，節(jié)能效果明顯。