淺析輸電線路金具的節(jié)能降耗

摘要：隨著輸電線路電壓等級的升高和輸送電流的增大，輸電線路金具引起的電能損耗逐漸成為電力工業(yè)不可忽視的問題。做好金具節(jié)能降耗是改善電力管理質(zhì)量、實現(xiàn)電網(wǎng)運(yùn)行安全經(jīng)濟(jì)和推動電網(wǎng)發(fā)展的重要手段。本文首先分析輸電金具產(chǎn)生能耗的原因，然后介紹幾種節(jié)能電力金具，最后探討減少金具能耗的主要措施。

關(guān)鍵詞：輸電金具；節(jié)能降耗；新材料

1 金具耗能原因分析

1.1 電阻損耗和電暈損耗

接續(xù)金具的接頭在長期運(yùn)行過程中受到外界環(huán)境的污穢、氧化和腐蝕作用后，其導(dǎo)電性能會下降，電阻會增大，導(dǎo)致電壓損失和電能損耗。當(dāng)導(dǎo)線電流增大時，接頭處發(fā)熱增加，有可能引起導(dǎo)線燒傷甚至斷裂，從而降低線路的使用壽命，影響電網(wǎng)運(yùn)行的安全性。

在超高壓輸電線路中，因為電壓很高，金具的尖端及導(dǎo)線表面電位梯度大于臨界值時，就會產(chǎn)生強(qiáng)烈的電暈放電，引起導(dǎo)線和金具的損傷，還會產(chǎn)生光和無線電干擾及導(dǎo)線的電暈振動，這些現(xiàn)象都消耗電能。

1.2 磁滯損耗和渦流損耗

采用鑄鐵和螺栓組合成的耐張線夾和懸垂線夾（包括防震錘），用這種材料制成的金具在導(dǎo)線通過交變電流時形成一個閉合磁回路，鐵磁物質(zhì)在交變磁場作用下反復(fù)磁化，其磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化總是滯后于磁場強(qiáng)度的變化，即磁滯現(xiàn)象。構(gòu)成閉合磁路的電力金具在反復(fù)磁化的過程中，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，即磁滯損耗。

通入交變電流的導(dǎo)線產(chǎn)生了交變磁場，金具內(nèi)部會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流。由于鋼鐵材料電阻的存在，必然會產(chǎn)生有功損耗，即渦流損耗。

2 幾種節(jié)能電力金具介紹

2.1 鋁合金金具

鋁合金材料無磁性、相對磁導(dǎo)率小，可隔斷磁路，有效消除磁損，降低渦損。鋁合金金具具有節(jié)能、質(zhì)輕高強(qiáng)、安裝簡便、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)。在使用時溫升低，過載能力強(qiáng)，通過電流（尤其短路）時熱穩(wěn)定性要比傳統(tǒng)鐵磁金具好很多，避免造成導(dǎo)線過熱燒傷導(dǎo)致機(jī)械強(qiáng)度降低，增加線路的使用壽命。

2.2 無磁鋼金具

無磁鋼是一種以碳素鋼為主材，通過加入錳、鉻等元素所得到的鑄鋼奧氏體合金材料。無磁鋼金具磁性較弱，導(dǎo)磁率低，機(jī)械強(qiáng)度高，加工性好，而且產(chǎn)品價格是鋁合金金具的一半，僅比鑄鐵金具高一些。在低壓電網(wǎng)鋪設(shè)和農(nóng)網(wǎng)改造中代替鋁合金金具，既保證節(jié)能降耗，又減少鋁用量，降低投資成本。

2.3 復(fù)合材料金具

復(fù)合材料是以塑料為基材，經(jīng)過加工和改性制成的材料，其優(yōu)異的可設(shè)計性，具有輕質(zhì)高強(qiáng)、防腐耐熱、絕緣無磁等多重特性，使其可作為輸電金具的制造材料。復(fù)合材料金具無磁滯性、低導(dǎo)磁性、電絕緣，在運(yùn)行時無電暈放電，渦損和磁損極少，可最大限度降低電能損耗，節(jié)能降耗效果極佳。近年，國內(nèi)研發(fā)出的改良型復(fù)合材料已用于制造輸電金具。其中，PAGF200型改性增強(qiáng)型復(fù)合材料和玻纖增強(qiáng)PA66改性復(fù)合材料表現(xiàn)突出，制作出的懸垂線夾和間隔棒等產(chǎn)品均滿足國家標(biāo)準(zhǔn)和電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求。CGF4T和CGF100型懸垂線夾已在35kV和220kV線路掛網(wǎng)運(yùn)行，使用效果良好。

3 金具節(jié)能降耗的主要措施

3.1 降低導(dǎo)體連接處接觸電阻

在金屬導(dǎo)體連接處涂敷電力復(fù)合脂，能改善連接導(dǎo)電體的接觸狀況，降低接觸電阻，避免接觸面電化腐蝕，提高接頭處的導(dǎo)電性，降低接頭處的電能損耗和電壓損失，改善接頭處的發(fā)熱現(xiàn)象。

3.2 減少電暈發(fā)生

為了有效減少電暈，將金具的曲率半徑設(shè)計得大一些，在制造加工過程中，鑄件表面平整不出現(xiàn)多肉、毛刺等缺陷，作圓處理使其表面呈流線型，使其表面電位梯度低于電暈起始電位梯度。安裝屏蔽環(huán)和均壓屏蔽環(huán)可使其自身硬屏蔽，被屏蔽范圍內(nèi)不出現(xiàn)電暈，控制金具上的電暈從而保護(hù)金具。

3.3 采用節(jié)能型線路金具

傳統(tǒng)鑄鐵金具會產(chǎn)生磁損和渦損，消耗大量電能。因此，節(jié)能型金具因其相對磁導(dǎo)率小、無磁滯現(xiàn)象而逐漸推廣應(yīng)用到輸電線路工程。其中，鋁合金金具具有很多優(yōu)點(diǎn)，使用范圍最廣，應(yīng)用數(shù)量最多。在保證機(jī)械強(qiáng)度情況下，復(fù)合材料金具將是一種最節(jié)能的。雖然在使用時面臨機(jī)械強(qiáng)度有待提高、耐久性不足等問題，但因其質(zhì)輕價廉、節(jié)能顯著等優(yōu)點(diǎn)讓它仍有深入研發(fā)的價值，發(fā)展前景廣闊。

3.4 更換金具部件以隔斷磁路

把傳統(tǒng)鑄鐵、鑄鋼懸垂線夾中的導(dǎo)線壓板和U形螺栓更換成無磁鋼材料部件來隔斷金具中閉合磁力線回路，從而減少渦流的產(chǎn)生，降低渦損，達(dá)到節(jié)能降損目的。這種金具部件組合模式對于老舊運(yùn)行路線的節(jié)能改造是十分有利的。運(yùn)檢部門只需更換兩個線夾部件，并不更換線夾本體和掛板，降低改造成本，簡化停電更換工作程序，讓施工可操作性更高，方法更簡單。

3.5 優(yōu)化金具結(jié)構(gòu)設(shè)計

金具結(jié)構(gòu)設(shè)計除了強(qiáng)調(diào)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和電氣性能外，還應(yīng)考慮到體積重量和節(jié)能問題。采用鏤空和加強(qiáng)筋等制造工藝，可減少金具材料的橫截面積和厚度，從而有效減少金具中渦流的產(chǎn)生，降低渦損。

3.6 優(yōu)化金具選型方法

遵循全壽命周期的設(shè)計理念，準(zhǔn)確計算金具全壽命期內(nèi)的總動態(tài)投資費(fèi)用（包括建設(shè)成本、運(yùn)行損耗成本、故障維護(hù)及損失成本、技改報廢成本等），統(tǒng)籌考慮金具的總費(fèi)用成本、使用壽命、安全可靠性、環(huán)保節(jié)能等全過程要素，建立一種輸電線路金具全壽命周期綜合效益評價模型。在輸電線路工程金具選型時，要結(jié)合該工程的相關(guān)數(shù)據(jù)和情況，對多個不同型號金具進(jìn)行多方案比選，展開全方位、全過程的綜合性評價。在滿足機(jī)械強(qiáng)度和電氣性能等使用功效下，兼顧到節(jié)能環(huán)保問題，將全壽命周期內(nèi)綜合成本最優(yōu)作為金具的推薦選型依據(jù)，有利于提高輸電線路工程資產(chǎn)總體經(jīng)濟(jì)、社會和環(huán)保效益。

4 結(jié)語

要做好輸電線路金具的節(jié)能降耗，應(yīng)從實際出發(fā)，結(jié)合地區(qū)特點(diǎn)，積極慎重地采用新技術(shù)、新工藝、新設(shè)備、新材料，推廣采用節(jié)能環(huán)保的先進(jìn)技術(shù)和產(chǎn)品。

參考文獻(xiàn)：

[1]應(yīng)偉國，劉建生.輸電線路采用節(jié)能金具及進(jìn)行金具節(jié)能改造后的效果分析[J].電力設(shè)備，2008，9（5）：2831.

[2]宋寧寧，王景朝，嚴(yán)行建，等.高效節(jié)能系列電力金具的研制與應(yīng)用[J].電網(wǎng)與清潔能源，2010，26（9）：3437.

作者簡介：連永揚(yáng)（1991），男，漢族，廣東佛山人，本科，主要從事輸電線路工程方面的研究。