淺析輸電線路金具的節能降耗

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不可忽視的問題。做好金具節能降耗是改善電力管理質量、實現電網運行安全經濟和推動電網發展的重要手段。本文首先分析輸電金具產生能耗的原因，然后介紹幾種節能電力金具，最后探討減少金具能耗的主要措施。

關鍵詞：輸電金具；節能降耗；新材料

1 金具耗能原因分析

1.1 電阻損耗和電暈損耗

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

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

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線通過交變電流時形成一個閉合磁回路，鐵磁物質在交變磁場作用下反復磁化，其磁感應強度的變化總是滯后于磁場強度的變化，即磁滯現象。構成閉合磁路的電力金具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，即磁滯損耗。

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

2 幾種節能電力金具介紹

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。鋁合金金具具有節能、質輕高強、安裝簡便、耐腐蝕等優點。在使用時溫升低，過載能力強，通過電流（尤其短路）時熱穩定性要比傳統鐵磁金具好很多，避免造成導線過熱燒傷導致機械強度降低，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，導磁率低，機械強度高，加工性好，而且產品價格是鋁合金金具的一半，僅比鑄鐵金具高一些。在低壓電網鋪設和農網改造中代替鋁合金金具，既保證節能降耗，又減少鋁用量，降低投資成本。

2.3 復合材料金具

復合材料是以塑料為基材，經過加工和改性制成的材料，其優異的可設計性，具有輕質高強、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。復合材料金具無磁滯性、低導磁性、電絕緣，在運行時無電暈放電，渦損和磁損極少，可最大限度降低電能損耗，節能降耗效果極佳。近年，國內研發出的改良型復合材料已用于制造輸電金具。其中，PAGF200型改性增強型復合材料和玻纖增強PA66改性復合材料表現突出，制作出的懸垂線夾和間隔棒等產品均滿足國家標準和電力行業標準要求。CGF4T和CGF100型懸垂線夾已在35kV和220kV線路掛網運行，使用效果良好。

3 金具節能降耗的主要措施

3.1 降低導體連接處接觸電阻

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

3.2 減少電暈發生

為了有效減少電暈，將金具的曲率半徑設計得大一些，在制造加工過程中，鑄件表面平整不出現多肉、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。安裝屏蔽環和均壓屏蔽環可使其自身硬屏蔽，被屏蔽范圍內不出現電暈，控制金具上的電暈從而保護金具。

3.3 采用節能型線路金具

傳統鑄鐵金具會產生磁損和渦損，消耗大量電能。因此，節能型金具因其相對磁導率小、無磁滯現象而逐漸推廣應用到輸電線路工程。其中，鋁合金金具具有很多優點，使用范圍最廣，應用數量最多。在保證機械強度情況下，復合材料金具將是一種最節能的。雖然在使用時面臨機械強度有待提高、耐久性不足等問題，但因其質輕價廉、節能顯著等優點讓它仍有深入研發的價值，發展前景廣闊。

3.4 更換金具部件以隔斷磁路

把傳統鑄鐵、鑄鋼懸垂線夾中的導線壓板和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，從而減少渦流的產生，降低渦損，達到節能降損目的。這種金具部件組合模式對于老舊運行路線的節能改造是十分有利的。運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 優化金具結構設計

金具結構設計除了強調結構強度和電氣性能外，還應考慮到體積重量和節能問題。采用鏤空和加強筋等制造工藝，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生，降低渦損。

3.6 優化金具選型方法

遵循全壽命周期的設計理念，準確計算金具全壽命期內的總動態投資費用（包括建設成本、運行損耗成本、故障維護及損失成本、技改報廢成本等），統籌考慮金具的總費用成本、使用壽命、安全可靠性、環保節能等全過程要素，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，要結合該工程的相關數據和情況，對多個不同型號金具進行多方案比選，展開全方位、全過程的綜合性評價。在滿足機械強度和電氣性能等使用功效下，兼顧到節能環保問題，將全壽命周期內綜合成本最優作為金具的推薦選型依據，有利于提高輸電線路工程資產總體經濟、社會和環保效益。

4 結語

要做好輸電線路金具的節能降耗，應從實際出發，結合地區特點，積極慎重地采用新技術、新工藝、新設備、新材料，推廣采用節能環保的先進技術和產品。

參考文獻：

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[2]宋寧寧，王景朝，嚴行建，等.高效節能系列電力金具的研制與應用[J].電網與清潔能源，2010，26（9）：3437.

作者簡介：連永揚（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。