架空線路柱式絕緣子綁扎金具研制分析

云南電網有限責任公司大理供電局 陳 余 陳 晨 殷咸生 楊本學 郭俊輝 謝玉強 王友明 孫 敏

絕緣子是電力系統的重要組成部分，其直接影響著電力能源在線路中的傳輸效果，保證其安全性及可靠性是保證電力企業經濟效益的基礎。柱式絕緣子綁扎采用鋁線頂槽“十字綁扎法”，綁扎法對施工工藝要求很高，且要保證綁扎線不受額外的機械力。隨著用電負載的增加，中壓線路設計的導線線徑越來越粗，導線自身會隨風發生振動，加之扎線在運行過程中受地勢起伏引起的上下拉力，大檔距引起的前后拉力等，絕緣子在大風、覆冰等氣候易引起扎線飛脫故障。

柱式絕緣子的綁扎金具直接決定柱式絕緣子能夠充分發揮其功能與價值，就目前情況而言，我國柱式絕緣子綁扎金具的主要原料為A3鋼、鑄鐵，但該種材料生產的金具自重較大，并不適用于現代柱式絕緣子的綁扎。

1 柱式絕緣子概述

1.1 絕緣子的重要作用

通常情況下，絕緣子是一種用來支持或懸吊導線、并在桿塔與導線間形成電器絕緣的組件，工作環境為室外，故而其工作環境較為復雜，易到雨水侵蝕，故而要求其具備較強的防腐能力。同時受大風引起導線共振、擺動和外力作用使絕緣子綁扎線松動，故而對絕緣子的機械強度及綁扎工藝要求較為嚴格。此外，絕緣子受溫度環境的影響會導致其工作性能發生改變，若溫度驟然降低或升高時，絕緣子無法適應工作溫度則會導致其承受工作電壓及過電壓的能力有所降低，甚至會造成絕緣子損壞，因此在進行絕緣子選擇時，也需考慮絕緣子的溫度適應能力。此外，絕緣強度與機械強度同樣也是決定絕緣子工作性能的重要參數，電力企業在進行絕緣子選擇時，也需根據電力系統的實際需求選擇合適機械強度與絕緣強度的絕緣子，進而才能保證絕緣子能充分發揮其功能與價值[1]。

1.2 柱式絕緣子概述

柱式絕緣子是現階段我國電力領域架空線路常用的絕緣子形式，相比于普通絕緣子絕緣性能更佳、機械強度更高，故而被廣泛的應用于電力領域當中。傳統的柱式絕緣子為普通陶瓷絕緣子，由瓷件和鑄鋼組成，為滿足絕緣子在使用過程中電力系統對絕緣子的絕緣性能需求，通常情況下均會在普通絕緣子的瓷件上面涂抹一層釉。同時普通柱式絕緣子的瓷件與鑄鋼的連接方式為利用水泥膠混合在一起，由于絕緣子長時間的在戶外環境工作，很容易存在雨水滲入的問題，而一旦雨水滲入則會直接導致絕緣子喪失絕緣功能，因此為提升普通柱式絕緣子的防潮性能通常都會在膠合處涂抹一層防潮劑，以避免雨水的滲入影響絕緣功能。但由于傳統絕緣子在實際使用過程中還存在諸多問題，其中最為嚴重的是普通柱式絕緣子的裂紋問題，一旦發生則很容易導致柱式絕緣子失去其絕緣功能，尤其是在天氣驟然變化時，絕緣子故障的概率更高，故而需要對柱式絕緣子進行優化[2]。

現階段常用的柱式絕緣子為柱式復合絕緣子，該絕緣子是由環氧玻璃纖維棒制成芯棒并以硅橡膠為基本絕緣體，絕緣性能優于普通柱式絕緣子。同時還原玻璃纖維材質制成的芯棒強度高，不易產生裂紋，不會產生泄漏電流熱效應，且發生雷擊之后柱式復合絕緣子表面會存在明顯的灼燒痕跡，這就能夠促使相關工作人員及時發現柱式復合絕緣子遭受過雷擊、并及時進行更換，保證柱式絕緣子的使用功能。

2 進行柱式絕緣子綁扎金具研制的重要意義

據統計2020年某省因扎線飛脫引起10kV中壓故障停電468起。扎線飛脫還會造成裸導線相間短路、裸導線對橫擔放電導致斷線，甚至因對地距離不足存在巨大的安全隱患。目前我國柱式絕緣子綁扎金具的原材料主要包括兩種，一種是以鑄鐵為主的磁鐵材料，另一種是以A3鋼為主的合金原材料。

但經過調查研究顯示，鑄鐵為主的磁鐵材料生產出的綁扎金具在實際使用過程中會影響柱式絕緣子的正常工作，磁鐵原材料會產生渦流，這就導致柱式絕緣子在實際工作過程中很容易受渦流的影響導致其絕緣性能降低，且伴隨著渦流損傷，致使架空線路中的電力能源流失，這不僅會影響電力系統正常、穩定的運轉，同時也會導致企業面臨著經濟損失，對企業的經濟效益是十分不利的；以A3鋼為主的合金原材料自重較大，因此當柱式絕緣子對金具規格要求較大時，則不宜使用A3鋼為主的合金原材料的金具，故而并不滿足現代電力企業的發展需求。

因此，我國電力領域需要開展對柱式絕緣子綁扎金具的研制，尋找合適的制作原材料，在保證金具質量及使用性能的同時，提升金具的節能性能與環保性能，從而才能在保證電力系統正常穩定運行的同時，幫助企業實現經濟效益與社會效益的協同發展。由此可見，開展柱式絕緣子綁扎工具的研制是現代電力企業發展的需求，同時也是保證電力系統運行安全性與可靠性的基本有求，開展對柱式綁扎金具的研究對于幫助我國電力企業實現可持續發展的戰略具有十分重要的現實意義。

3 高強度金具的研制

3.1 金具采用新型材料的可行性分析

A3鋼為主的合金原材料具備生產成本低、含碳量低、延展性高的優勢，故而在以往的柱式絕緣子綁扎電力金具的制備中被廣泛使用，但就目前情況而言，隨著我國科學技術的發展，工業領域也得到了快速的發展，現階段我國生產碳素鋼的技術相對成熟，故為解決A3鋼金具的問題，相關領域的研究學者利用碳素鋼制作綁扎金具，并取得較好的研究成果。相比于A3鋼碳素鋼抗拉強度、屈服強度更好，具備良好的機械性能，且據筆者調查研究，碳素鋼的抗拉強度依舊有可開發空間，故而將碳素鋼應用于柱式絕緣子綁扎金具的制備中，能實現降低自重目的。同時以碳素鋼為原材料生產的綁扎金具具備外觀小巧、安全可靠的優勢，故而非常適用于柱式絕緣子綁扎金具的制作。

3.2 綁扎金具的設計與試驗

為更好地分析碳素鋼在綁扎金具的制備工藝，本文開展了對綁扎金具的設計試驗，試驗選取14個以碳素鋼為主要原材料制作的試驗綁扎金具樣品，分為7組、每組2個，分別對7組綁扎金具不同環境下的抗拉性能試驗。第一組綁扎金具為熱成型原始狀態，第二組作退火處理，第三組作正火風冷卻處理，第四組作正火空氣冷卻處理，第五組作淬火低溫回火處理，第六組作淬火中溫回火處理，第七組作淬火高溫回火處理。

根據上述要求，分別對7組綁扎金具進行加工處理并分析綁扎金具的抗拉強度，從而確定以碳素鋼為主要原材料的綁扎金具的最佳制備工藝。經試驗表明，經過淬火加回火處理的綁扎金具相比于退火、正火加冷卻和原始狀態綁扎金具的抗拉性能高，普遍在650N/mm2以上，其中抗拉強度最高的為經過淬火中溫回火處理的綁扎金具，抗拉強度高達850N/mm2，故而在實際制作柱式絕緣材料綁扎金具時，可選擇淬火加回火處理的制備工藝，并根據柱式絕緣子對綁扎金具抗拉強度的實際需求，合理的利用低溫、中溫或高溫進行回火，從而避免了資源浪費的問題。

將上述制備的7組綁扎金具分別進行荷載試驗，根據綁扎金具的實際荷載極限，分別向7組綁扎金具添加40%、70%、100%的荷載壓力，經試驗表明，當荷載力為40%時7組綁扎金具均未發生形變和裂紋；當荷載力增加到70%時7組綁扎金具也未產生形變和裂紋；當荷載力增加到100%時，起初1～4組綁扎金具產生形變但未見裂紋；試驗達到5min時，5～7組綁扎金具產生形變，7組綁扎金具均未見裂紋，此時最小形變量為第7組綁扎金具、形變量為2mm，最大形變量為第1組綁扎金具、形變量為4.3mm，對第7組綁扎金具繼續增加荷載力、直至綁扎金具斷裂。

經試驗證明，以碳素鋼為主要原材料制備的綁扎金具荷載性能良好，雖在最大荷載力時產生了形變但并未發生裂紋，且形變量最低的第1組綁扎金具在承受419荷載前并未發生形變，第7組綁扎金具斷裂時承受的荷載力為516，故能夠滿足柱式絕緣子對綁扎金具使用性能的需求。

4 高效節能系列金具的研制

現階段應用于柱式絕緣子綁扎金具制備的高效節能型原材料為PA-G-F-200型改性增強型尼龍材料。為滿足現代電力領域的發展需求，柱式絕緣子綁扎金具也需要具備節能減排、低碳環保的功能，而PA-G-F-200型改性增強型尼龍材料是由廢棄塑料經過改性加工得來的金具原材料，具備良好的資源節約性能，且廢棄塑料的回收也能減輕我國的環境壓力，實現廢棄資源的合理利用，故而現階段深受我國廣大電力企業的喜愛。

同時，經相關試驗表明，以PA-G-F-200型改性增強型尼龍材料為原材料的柱式絕緣子綁扎金具具備良好的力學性能、抗腐蝕性能及抗老化性能，且該種材料為非金屬材質，質地輕，故而生產出來的金具自重較輕，能滿足柱式絕緣子對綁扎工具的基本需求。同時該種材質的綁扎金具具備良好的抗干擾能力，能夠防止紫外線、空氣中雜質對金具產生影響，故而其具備良好的發展前景。現階段利用PA-G-F-200型改性增強型尼龍材料生產出的綁扎金具材料主要包括懸垂線夾、螺栓型耐張線夾及高分子輕質間隔棒。

柱式絕緣子是電力系統的重要組成部分，其直接影響著電力系統的運行穩定性與安全性，而若想柱式絕緣子能夠良好的發揮其功能，就須合理進行綁扎金具的制作，以確保柱式絕緣子能夠正常、穩定的進行工作。高效節能系列金具的研制不僅能在環保、廢利的前提下實現節能、降耗，還能降低電力企業的生產運營成本，同時，高效節能系列金具的自主研制已取得階段性的研究成果，完全符合電力金具國家標準和電力行業標準的技術要求，故而其具備良好的經濟效益與社會效益。

綜上，現階段，常用的新型柱式絕緣子綁扎金具為以碳素鋼為主要原材料和以PA-G-F-200型改性增強型尼龍材料為主要原材料的高效節能系列金具，上述工具不僅具備良好的使用性能，且具備低碳環保、節能減排的功能，故而在我國未來的電力領域當中具有廣闊的發展前景。