間隙型增容導(dǎo)線配套金具的研制及應(yīng)用

冷檔定

摘 要：間隙型增容導(dǎo)線是一種在鋼芯和鋁層之間具有特殊結(jié)構(gòu)（間隙）的耐熱導(dǎo)線，其具有弧垂小、容量大、性價比高的特點(diǎn)。為適應(yīng)該導(dǎo)線的特殊結(jié)構(gòu)和特殊材料，與之配套的部分金具需要特別研制，其金具的應(yīng)用也與普通鋼芯鋁絞線金具有所不同。由此，本文主要分析間隙型增容導(dǎo)線配套金具的研制及應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：間隙型增容導(dǎo)線;金具;研制;應(yīng)用

中圖分類號：TM751文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1003-5168（2020）04-0042-03

Abstract： Gap type conductor is a kind of high temperature conductor that has a unique construction featuring （gap），which offers excellent sag ， large current-carrying capacity and low cost. The special construction of gap type conductor requires that the fittings be specially designed. Application of fittings for the special conductor is not as same as the fittings for ACSR. Therefore， this paper mainly analyzed the development and application of the fitting fittings for the gap type compatibilizing conductor.

Keywords： gap type conductor;fittings;development;application

1 間隙型增容導(dǎo)線概述

間隙型增容導(dǎo)線是一種在鋼芯和鋁層之間具有特殊結(jié)構(gòu)（間隙）的高溫低弧垂（HTLS）導(dǎo)線，其主要特點(diǎn)是在鋼芯和耐熱鋁合金型線之間留有間隙，間隙內(nèi)充有特殊耐熱潤滑油膏，減少了鋼芯與內(nèi)層鋁合金型線之間的摩擦。架設(shè)間隙型增容導(dǎo)線時，在耐熱鋁合金線部位不施加任何張力，僅在鋼芯上施加張力進(jìn)行緊線，因此導(dǎo)線的弧垂主要取決于鋼芯的膨脹系數(shù)。間隙型增容導(dǎo)線鋼芯部分采用了超強(qiáng)鋼絲，超強(qiáng)鋼絲的膨脹系數(shù)只有普通鋼芯鋁絞線的1/2[1]，因此，當(dāng)導(dǎo)線的溫度上升到緊線溫度以上時，其弧垂會比普通鋼芯鋁絞線小得多，故而可大大增加允許傳輸電量。同時，部分或全部鋁線股采用梯形股線結(jié)構(gòu)，提高了填充系數(shù)，增加了導(dǎo)線的載流面積。圖1為一種公稱截面積為410 mm2規(guī)格的間隙型增容導(dǎo)線結(jié)構(gòu)圖。

根據(jù)絞合不同等級的耐熱鋁合金，間隙型增容導(dǎo)線的連續(xù)運(yùn)行溫度分別為150、210 ℃和230 ℃，輸電容量為常規(guī)導(dǎo)線的1.5～2.2倍。鑒于間隙型增容導(dǎo)線的特殊結(jié)構(gòu)和特殊材料，為了更好地滿足線路傳輸需要，最大限度地發(fā)揮間隙型增容導(dǎo)線的優(yōu)勢，間隙型增容導(dǎo)線配套的部分金具需要特別研制。

2 懸垂線夾

懸垂線夾的作用是將導(dǎo)線固定在直線桿塔上，是線路中使用數(shù)量較多的金具之一。對于耐熱導(dǎo)線，除了要考慮滿足具體導(dǎo)線結(jié)構(gòu)尺寸、線路運(yùn)行載荷及懸垂線夾設(shè)計導(dǎo)則要求外，還應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注導(dǎo)線大電流、高溫對懸垂線夾機(jī)械和電氣性能的影響。由于架空線路一般都采用絕緣子部件，而各類絕緣子均有一定的使用溫度限制，為保證絕緣子串安全運(yùn)行，需要偏安全地要求當(dāng)采用最簡單直接（最短）的聯(lián)接時，絕緣子（鋼腳）連接金具處溫度≤70 ℃。

由于間隙型增容導(dǎo)線的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和施工運(yùn)行需要，懸垂線夾除對導(dǎo)線有一定握力要求外，對鋼芯與梯形鋁線之間也有握力要求，以保證鋼芯在懸掛點(diǎn)不隨意竄動。對于平坦地形，這一要求值一般為5 kN。經(jīng)比較分析，改進(jìn)的螺絲橢圓形懸垂線夾包纏護(hù)線條結(jié)構(gòu)形式能較好地滿足上述要求。

間隙型增容導(dǎo)線的懸垂線夾導(dǎo)線電流較大，為減少磁滯損耗和渦流損耗，本體采用高強(qiáng)度鋁合金制造;為適應(yīng)高電壓線夾自身的防電暈性能，線夾出口為大翻邊流線型設(shè)計。

懸垂線夾護(hù)線條采用特制的耐高溫護(hù)線條，既提高了導(dǎo)線剛度，降低了線夾出口處的微風(fēng)振動，增大了懸垂線夾對導(dǎo)線的握力，又保持了握力的穩(wěn)定性。同時，護(hù)線條的使用降低了導(dǎo)線與懸垂線夾接觸段的電阻，增大了散熱面積，從而有效地降低了懸垂線夾的溫度。

經(jīng)實(shí)測，懸垂線夾的破壞載荷對導(dǎo)線的握力、鋼芯與鋁層的握力均大于設(shè)計要求。懸垂線夾處的溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于導(dǎo)線運(yùn)行溫度，當(dāng)導(dǎo)線（短時）運(yùn)行溫度達(dá)到240 ℃時，傳導(dǎo)至絕緣子鋼腳處的溫度僅為60 ℃左右，能保證線路正常運(yùn)行。

3 耐張線夾

耐張線夾一般有壓縮型、螺栓型、楔型、預(yù)絞式等幾種結(jié)構(gòu)形式。其中，螺栓型耐張線夾對導(dǎo)線的壓力不均勻，導(dǎo)線變形較大，且易受到損傷;而楔型耐張線夾制造復(fù)雜，成本較高;普通預(yù)絞式耐張線夾不適合鋼芯與鋁絞線分離的間隙型增容導(dǎo)線結(jié)構(gòu)。因此，選用壓縮型耐張線夾為間隙型增容導(dǎo)線的耐張線夾結(jié)構(gòu)形式。

由于需傳送較大的電流，因此，間隙型增容導(dǎo)線的耐張線夾截面尺寸比一般的鋼芯鋁絞線耐張線夾要大。與此同時，由于間隙型增容導(dǎo)線采用了超強(qiáng)鋼絲，因此其鋼接續(xù)管的尺寸也必然有所增大。間隙型增容導(dǎo)線的運(yùn)行溫度較高，耐張線夾的運(yùn)行溫度勢必也較常規(guī)耐張線夾高。單從現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)考慮，壓縮式耐張線夾雖然可以在低于導(dǎo)線運(yùn)行溫度下（200 ℃）運(yùn)行，但由于存在電氣（螺栓）接觸面，考慮電化腐蝕、蠕變效應(yīng)等多重影響，耐張線夾的最高運(yùn)行溫度應(yīng)小于120 ℃。

隨著溫度的升高，作為耐張線夾引流體的鋁合金金屬材料的物理性能會發(fā)生一些變化。例如，其電阻會增大，經(jīng)長期高溫蠕變影響，壓接后對導(dǎo)線的握力也會降低。由此，鋁管本體一般采用電阻值較小的鋁合金材料制成。同時，鋁管內(nèi)孔尺寸適當(dāng)加大，鋁管口加工有合適的斜梢。若采用與普通鋼芯鋁絞導(dǎo)線耐張線夾相同的壓接工藝，由于內(nèi)孔尺寸增大，圓形管壓成六角形后，鋁管的初始壓力較小。握力受高溫影響較小，線夾出口導(dǎo)線應(yīng)力較低，保證了金具的綜合性能，提高了金具壽命。耐張線夾結(jié)構(gòu)如圖2所示。

在產(chǎn)品設(shè)計過程中，通過三維設(shè)計及有限元分析，可優(yōu)化耐張線夾的外徑和長度比例。對GZTACSR410導(dǎo)線配套耐張線夾NY-410GT進(jìn)行導(dǎo)線與耐張線夾的常溫握力試驗(yàn)，握力值均大于134 kN，超過導(dǎo)線計算拉斷力的95%。耐張線夾導(dǎo)線接續(xù)處兩端點(diǎn)之間的常溫電阻只為同樣長度導(dǎo)線常溫電阻的1/3。

對GZTACSR410導(dǎo)線配套耐張線夾NY-410GT進(jìn)行導(dǎo)線與耐張線夾的高溫握力試驗(yàn)，將導(dǎo)線通過大電流使溫度升至210 ℃，保溫1 h后進(jìn)行高溫握力試驗(yàn)。經(jīng)試驗(yàn)可知，耐張線夾對導(dǎo)線在210 ℃高溫時握力均大于導(dǎo)線計算拉斷力的81%，遠(yuǎn)大于鋼芯的全部計算破斷力（占導(dǎo)線計算拉斷力的57%），能完全滿足線路高溫運(yùn)行要求。耐張線夾導(dǎo)線接續(xù)處兩端點(diǎn)之間的高溫電阻約為同樣長度導(dǎo)線高溫電阻的35%。

將4套耐張線夾NY-410GT和GZTACSR410導(dǎo)線組合成熱循環(huán)試驗(yàn)回路，參照現(xiàn)行《電力金具試驗(yàn)方法 第3部分：熱循環(huán)試驗(yàn)》（GB/T 2317.3—2008）[2]，經(jīng)100次210 ℃的高溫?zé)嵫h(huán)后，耐張線夾能滿足現(xiàn)有試驗(yàn)驗(yàn)收準(zhǔn)則的要求。熱循環(huán)結(jié)束后，耐張線夾的電阻無明顯變化，耐張線夾對導(dǎo)線常溫握力仍能滿足大于導(dǎo)線計算拉斷力的95%的要求。

同樣，對熱循環(huán)后的耐張線夾進(jìn)行高溫握力試驗(yàn)，耐張線夾對導(dǎo)線的握力均大于鋼芯的全部計算破斷力。

在導(dǎo)線溫度升高至240 ℃時，鋼錨環(huán)的溫度約為65 ℃，將不會影響耐張串絕緣子的正常使用。

4 接續(xù)管

接續(xù)管的設(shè)計基本遵循了耐張線夾的設(shè)計原則。接續(xù)管由鋁合金管和優(yōu)質(zhì)鋼管兩部分組成。為保證金具在高溫下的機(jī)械性能和電氣性能，鋁合金管的長度和直徑都有所增大，這樣既降低了金具的電阻，又提高了金具的對流散熱面積。鑒于間隙型增容導(dǎo)線的特殊結(jié)構(gòu)，如果在一個緊線區(qū)間內(nèi)壓接多個接續(xù)管，間隙型增容導(dǎo)線的特點(diǎn)將會部分消失。為最大限度地發(fā)揮導(dǎo)線的性能，接續(xù)管的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)量是1個，如果同時應(yīng)用兩個或兩個以上的接續(xù)管，必須在施工中仔細(xì)調(diào)整導(dǎo)線運(yùn)行張力，并獲得導(dǎo)線最大的運(yùn)行張力。

5 防振錘

防振錘采用4D系列防振錘，如圖3所示。該產(chǎn)品具有四個諧振頻率，頻率響應(yīng)范圍廣，基本覆蓋導(dǎo)線微風(fēng)振動產(chǎn)生的頻率范圍。同時，防振錘采用一根具有高靈敏性的鋼絞線，具有良好的抑制微風(fēng)振動的性能。防振錘錘頭表面熱鍍鋅，錘頭為音叉式，與鋼絞線采用特制膠水黏結(jié)，大大降低了錘頭與鋼絞線連接處腐蝕的情況，能有效延長防振錘的使用壽命。同時，與導(dǎo)線接觸的線夾采用鋁合金制造，線夾和錘頭均采用流線型設(shè)計，有效地降低了磁滯損耗、渦流損耗和電暈損耗。

由于間隙型增容導(dǎo)線的鋼芯和鋁線間存有間隙，鋼芯和鋁線的固有振動頻率不同，加之間隙內(nèi)充有耐熱油膏，其導(dǎo)線自阻尼性能較好，因此可適當(dāng)減少防振錘的安裝數(shù)量。

6 間隔棒

當(dāng)采用多分裂間隙型增容導(dǎo)線，考慮到分裂導(dǎo)線的特征和導(dǎo)線電流大、電磁吸引力大等多種因素，有時需使用或加裝間隔棒。間隔棒采用線夾帶膠瓦的阻尼間隔棒，線夾采用定力矩螺栓進(jìn)行緊固，確保對導(dǎo)線握力一致。由于導(dǎo)線運(yùn)行時表面溫度較高，而常規(guī)線路上間隔棒所用橡膠件的溫度一般不超過70 ℃，因此需要采用耐高溫性能良好的阻尼硅橡膠元件及電阻率適宜的EPDM進(jìn)行配對組合。在高溫運(yùn)行條件下，橡膠件的邵氏硬度變化小于5度，壓縮永久變形不超過30%，并能保持適合的彈性和間隔棒的整體電阻，滿足線路高溫、大電流、高電壓運(yùn)行條件。間隔棒示意圖如圖4所示。

7 假耐張串

為最大限度地發(fā)揮間隙型增容導(dǎo)線的性能，考慮到線路施工中的實(shí)際情況，當(dāng)在一個耐張段內(nèi)直線桿塔數(shù)量較多時，必須采用假耐張串裝置，將緊線區(qū)間中央部位直線桿塔的懸垂線夾改為一對反向安裝的耐張線夾。為便于使用，聯(lián)接金具中采用了一對調(diào)整板。假耐張串結(jié)構(gòu)如圖5所示。

8 結(jié)語

對間隙型增容導(dǎo)線配套的懸垂線夾、耐張線夾、接續(xù)管、防振錘和間隔棒的特點(diǎn)進(jìn)行了分析，研制了適合間隙型增容導(dǎo)線的配套金具，滿足了輸電線路增容改造的需要。相關(guān)金具經(jīng)多年實(shí)際運(yùn)用，運(yùn)行狀態(tài)良好。

參考文獻(xiàn)：

[1]尤傳永.增容導(dǎo)線在架空輸電線路上的應(yīng)用研究[J].電力設(shè)備，2006（10）：1-7.

[2]中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會.電力金具試驗(yàn)方法 第3部分：熱循環(huán)試驗(yàn)：GB/T 2317.3—2008[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.