節能金具在油田高壓輸電線路上的應用

張墨

（中國石油集團電能有限公司供電公司）

金具是輸電線路安全穩定運行中重要組成部件，電力金具質量好壞對整個線路的安全、穩定、高效運行有著至關重要的作用。目前供電公司管轄的35~110 kV 線路長度合計約3 800 km，大約有2 萬多基桿塔，線路最長投產運行近30 a，線路使用的都是傳統的鑄鐵型耐張線夾、懸垂線夾、防振錘等金具。鑄鐵金具由于磁滯損耗大，功率損耗多，易造成導線過熱、機械強度下降等隱患。由于輸電線路目前所使用的金具數量大，因此造成的損耗和經濟損失也相當可觀，為了保證輸電線路能夠有效實現資源節約、經濟平穩運行，在電網目前新技術，結合國家“資源節約型、環境友好型”社會背景下，努力推廣應用輸電線路新型節能金具勢在必行。

1 鑄鐵線路金具的耗能弊端

中油電能供電公司所管轄線路絕大部分采用鑄鐵和螺栓組合成的耐張線夾、懸垂線夾以及防振錘。用這種材料制成的金具在導線中通過交變電流時形成一個閉合的磁回路，鐵磁物質在交變磁場作用下反復磁化的過程中，其磁感應強度的變化總是滯后于磁場強度的變化，這就是所謂磁滯現象。在反復磁化的過程中，由于磁疇的反復轉向，鐵磁物質內部的分子摩擦發熱而造成能量損耗。構成閉合回路的電力金具在反復磁化過程中，因為磁疇反復轉向導致的這種功率損耗，就是所謂的磁滯損耗。根據電磁感應定律，這一交變磁場在金具內部也會產生感應電動勢和感應電流，即渦流。由于鋼鐵材料電阻的存在，必然產生功率損耗，即渦流損耗。當電流增大時，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。渦流和磁滯損耗產生的熱量使金具內的導線溫度升高（當導線中通過400 A 電流時，鑄鐵線夾比節能型鋁合金線夾溫度高17 ℃，損耗多30 W），同時造成該處導線的機械強度下降，加之線路震動，導線就會在線夾處斷股，縮短了線路的運行年限[1-2]。

2 鑄鐵金具與新型節能金具對比分析

目前國內節能金具主要有聚碳酸酯、無磁性球鐵、鋁合金等新型金具。通過綜合分析比較，前兩種金具由于生產過程和生產工藝比較復雜等原因，在目前電力系統中還沒有得到大力的普及和廣泛應用。

鋁合金金具具有較強的硬度和導電性，同時也能有效地隔斷磁路，消除導電線路對電力配件影響。鋁合金材質同時也具有質量輕、較強的耐腐蝕性等特點，尤其是當外界溫度過低，電路中電流較強時，鋁合金比傳統鑄鐵金具導電性能更好。

鋁合金的耐高溫性能強于鐵質材料，所以被國內電力公司廣泛使用，大力推廣。例如目前用高強度鋁合金研制的耐張線夾NLD-J、懸垂線夾XGU-J、DBY 節能型預絞式防震錘，屬于節能螺栓型鋁合金金具，正在逐步代替傳統鑄鐵金具，他們普遍具有磁滯損耗小、重量輕、安裝方便等優點。

目前該公司已經按照更換計劃，逐年將鑄鐵金具更換為新型鋁合金節能金具，二者主要性能對比如下。

2.1 結構對比

1）鑄鐵型耐張線夾螺栓多，固定點多，隱患點也相應增多，同時直面設計對導線的握力不如曲面。節能型耐張線夾NLD-J 螺栓少，可以減少隱患點，同時固定點減少后不僅沒有減少握力，而是采取斜裝U 型螺栓和弧形結構設計，反而加大對導線的握力[3-5]。

2）鑄鐵型懸垂線夾線夾船體與掛板連接處采用開口銷子固定。 節能型懸垂線夾XGH 船體與掛板采取一體式，這種結構可以杜絕因開口銷子磨損斷裂致使懸垂線夾脫落的隱患。壓條與導線的接觸為有彎曲度的圓弧面，增大握力的同時也不易使導線產生變形。

3）鑄鐵型防震錘FD 長期運行后，螺栓對導線的壓力松弛，導致握力下降，防震錘發生位移。DBY 節能型預絞絲防震錘安裝方便，無需專用工具。免維護，預絞式安裝無螺栓，有效防止防振錘滑移的現象，且不會對掛點造成損壞。 FDB 節能型防震錘連接部位采用不銹鋼六角螺栓固定，不易發生銹蝕情況，同時不銹鋼材質扭力比鑄鐵材質要大，與導線連接更緊固。

4）鑄鐵型并溝線夾隨著長期運行后，存在線夾與導線連接不緊密情況，使接觸電阻增大，導致連接處過熱現象的發生，嚴重情況下還會引發導線脫落。安普線夾是由線夾殼體和楔塊兩部分組成，安裝時楔塊裝入線夾殼體，通過液壓槍打入，從而使線夾導線緊密連接，并且沒有螺栓連接，可以有效減少連接點，起到免維護的作用。JBJ 型線夾設計根據一定的力學原理，使導線受壓力方向與螺栓形成一定角度，使螺栓能提供對導線更大的壓力，保證線夾與導線的良好接觸[6]。

2.2 質量對比

鑄鐵型耐張線夾、懸垂線夾與新型節能型線夾質量對比見表1，通過對比可以明顯看到節能型結構輕巧，重量比鑄鐵型耐張線夾和懸垂線夾都輕。

表1 鑄鐵型耐張線夾、懸垂線夾與新型節能型線夾質量對比Tab.1 Comparison of the quality between cast iron tensionresistant wire clamp and suspension clamps and new energy conservation wire clamp

2.3 能量損耗對比

根據北京電力研究所數據對比，鑄鐵型金具磁損較大造成能耗大，節能型金具磁損和能耗小，更節能[7]。鑄鐵型耐張線夾、懸垂線夾與節能型功率損耗對比見表2。

表2 鑄鐵型耐張線夾、懸垂線夾與節能型功率損耗對比Tab.2 Comparison of the quality between cast iron tensionresistant wire clamp and suspension clamps and energy conservation power loss

3 節能金具的優勢

新型鋁制節能金具與傳統鑄鐵金具相比，其優勢有以下3 方面：

1）技術先進性。節能金具的設計研制并不只是在耗能金具材質上以鋁合金替代可鍛鑄鐵，而是在結構上進行了改進[8]。新型節能線夾結構輕便，可以通用；線夾表面不易氧化，可以適應不同環境，無需擔心線夾銹蝕問題；節能線夾的質量僅為傳統鑄鐵線夾的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）經濟合理性。節能金具的經濟合理性主要表現為加工制造過程中的能源節約和線路運行中的節能降耗。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工藝，產品還需表面鍍鋅，鑄造和鍍鋅都是高耗能和高污染的工藝。節能金具以高強度鋁合金為主，采用擠壓、壓鑄等先進工藝，且表面不必熱鍍鋅處理，能耗和污染大為降低。節能金具的節能效應已在運行和試驗中被證明是十分顯著的[9]。經電網專家研究論證，如線路上應用最普遍的NLD 型耐張線夾通以500 A 的電流，耗能65 W，每年可使用8 000 h，每只NLD-4 耐張線夾每年的能耗損失為312 元。如果以油田電網保守檢修、新改擴建每年使用7 000 套計算，總計能耗損失達到218.4 萬元，可見節能效應帶來的經濟效益也相當可觀。

3）電連接可靠性。使用新型的節能金具使電連接的可靠性極大提高，承力金具采用高強度鋁合金，強度高、握力好，對導線幾乎無損傷，改變了過去電連接只是依靠一般緊固件連接，易發生連接不緊脫出、甚至脫落等故障。使用新型節能金具，可以使接頭處所產生的斷線事故大大減少，有效的提高了供電可靠性以及減少后期維護的工作量[10]。

4） 免維護效果好。懸垂線夾、預絞式防震錘、安普線夾等，與傳統鑄鐵造件相比，具有良好的機械強度，避免了傳統鑄造中存在的氣孔、砂眼和縮松等缺陷。整個合金金具力學性能和表面工藝優勢大大延長，有利于線路更長時間穩定、安全運行，基本達到一次安裝后免維護效果。節能金具的先進結構，又使線路設備向長壽命、零故障、免檢修邁進了一大步，從而減少了運營維修頻率，大幅度節約了線路維修的費用，節省了日后投入大量人力物力[11]。

4 應用情況

供電公司所轄線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，由于結構上構成閉合磁回路形成磁滯和渦流損失，造成能耗浪費十分巨大，并且銹蝕嚴重，經常出現發熱現象。為克服以上現象，現已在110 kV 奔騰甲線、35 kV 奔南線、35 kV 趙五線等33 條線路上更換了節能金具作為試驗，試驗效果良好，用鋁線夾代替鐵線夾具有明顯的節能效果。同等運行條件下，對導線通過400 A 大電流作試驗，2 h 后進行遠紅外測溫，普通型鑄鐵質懸垂線夾比節能型XGH 懸垂線夾最高溫度約高出31 ℃。通過試驗可以看出，節能金具試驗效果良好，有效避免過熱等缺陷，可推薦使用。

經過公司電網專家研究論證，整個鋁合金線夾節能效率在90%以上。以懸垂線夾為例，一只傳統鑄鐵性懸垂線夾能耗功率約為30 W，而新型鋁合金懸垂線夾能耗功率僅為2 W，每只懸垂線夾可節省能耗功率約28 W，則每年可節省能耗功率約245 kW。以輸電線路設計運行30 a 為底限，每只懸垂線夾運行周期內可節省能耗功率多達7 358.4 kW，同理還可算出其他線夾節省電能[12]。單單僅公司目前運行電網就有各類金具十幾萬只，如果逐步用新型鋁合金線夾取代傳統線夾，帶來的節能效益是巨大的。

5 結論

輸電線路數量多、鑄鐵型金具安裝使用年限較長，由于通過的電流大，損耗大，所以每年在這個環節中損失的電能數量巨大。因此，用新一代節能型、結構先進合理、施工方便的節能金具代替老式高耗能、粗大笨重的金具是線路建設和改造的必然需要。節能金具的先進結構，減少了營運維修頻率，大幅度節約了線路維修費。節能型金具降低了電能損耗，節能效果明顯。