輸電線路金具用材料及其應用技術展望

譚琳

摘 要 本文對目前國內輸電線路中廣泛使用鐵制金具或鋁合金金具的優缺點及工藝特點進行了研究，從節能、環保的角度提出了幾種新型材料在金具中的應用前景。

關鍵詞 電力行業;輸電線路;金具材料

引言

電力金具是在電力系統中連接和組合各類裝置的金屬附件，起到傳遞機械載荷、電氣負荷或者防護的作用。目前在國內外輸電線路中廣泛使用碳鋼、鑄鋼、鑄鐵等鐵制金具或鋁合金等鋁制金具。鐵制的金具主要用于連接類金具，承擔傳遞機械載荷的作用，具有較高的強度，然而其具有易被腐蝕的特性，需采用熱鍍鋅工藝進行防腐。鋁合金制造的金具密度小，重量輕，不易被腐蝕，且無磁滯和渦流損耗導致的電能損失，但是由于其強度較低，不能用在承受機械載荷較高的部位。目前，我國金具材料在發展過程中所面臨的一個問題是研發和推廣應用新型高性能材料，提升原材料的各項性能，改進制造工藝和水平，研制節能環保型金具，最大限度的滿足金具的各種使用需求。

1鐵制金具的應用現狀

在輸電線路中，鐵制金具占有很大的比例。常用的鐵制金具可分為灰鐵類、鑄鋼類、可鍛鑄鐵類、鍛鋼類和板材類。灰鐵類金具采用抗拉強度較低的灰口鑄鐵為原材料，制造成本低，價格便宜，用于制造承受載荷小的重錘片等產品。鑄鋼和可鍛鑄鐵比灰口鑄鐵強度高、韌性和塑性好，在早期國內輸電線路中被廣泛使用;但其制造過程對環境污染較大，且易出現疏松、氣孔等鑄造缺陷，已經被逐漸被鍛鋼和鋁合金取代。鍛鋼類金具是由碳鋼或合金鋼經過熱鍛和機加工的方式制造而成，具有強度高、韌性好等優點，目前被廣泛應用于輸電線路中。板材類金具是用鋼板切割和機加工制成，具有工藝簡單，效率高，成本低等優點，也被廣泛使用。對于這些黑色金屬制造而成的金具，必須要進行防腐處理，避免發生金具被腐蝕后強度降低的情況。比較常用的防腐方式是對其進行表面熱鍍鋅處理。金具在進行熱鍍鋅工序時，首先要酸洗去除表面的氧化鐵，然后用氯化銨或氯化鋅水溶液清洗，最后送入熱浸鍍槽中。這個過程中會產生廢水從而造成環境的污染。同時，鐵制金具在運行過程中會產生碰撞與摩擦，導致鍍鋅層被破壞，會不可避免的產生銹蝕。因此，需要研制有較強耐腐蝕性的金具[1]。

2鋁制金具的應用現狀

2.1 鋁合金材料的應用

近些年來，隨著金具行業工藝水平的提升，鋁制金具的也成為輸電線路中比較常用的電力金具。鑄造鋁合金的流動性好，鑄造性能優良，可用于制造形狀較為復雜的金具。變形鋁合金管的延伸性能好，且導電性能強，可用于制造壓縮或冷彎類的金具。鋁合金密度比鐵要小，制成的金具重量較輕，在安裝和施工過程中比較方便，并且還能夠有效減輕桿塔的負載。鋁合金制件表面能夠在空氣中形成氧化膜，具有良好的耐腐蝕特性。并且鋁合金屬于無磁性或低磁性材料，不會出現磁滯和渦流損耗導致電能損失的問題。鋁合金材料優點較多，但其抗拉強度不如碳鋼或合金鋼，因此如何通過工藝的手段提升鋁合金的強度也成了目前電力金具行業的熱點。

2.2 提升鋁合金金具性能的方法

過去，金具行業中的鋁合金金具多采用金屬型重力鑄造。重力鑄造的金具產品內部氣孔少，延伸性能好，可通過后續的熱處理工序提高產品強度;同時重力鑄造模具使用壽命長，成本低。但是重力鑄造生產效率低，工人勞動強度高，因此目前只在小批量試制時采用重力鑄造。目前，金具行業多采用壓鑄工藝。壓鑄工藝是將熔融狀態的鋁合金在高壓下填充入壓鑄模具的型腔內，在壓力下凝固成形的鑄造方法，分為高壓鑄造和低壓鑄造。壓鑄工藝的生產率高，較容易實現機械化和自動化生產;還可以制造形狀復雜的薄壁鑄件，且尺寸精度高，因此被應用于大批量的生產中。但是由于壓鑄過程中液態金屬填充速度快，金具也容易產生氣孔、裂紋等缺陷。壓鑄模具的結構復雜，制造周期長、成本高;壓鑄機造價高、投資大，這些都影響了壓鑄工藝在金具中的應用。這幾年金具行業工藝水平在不斷進步，鋁合金的鍛造工藝也被推廣應用于金具的制造中。鍛造鋁合金具有熱塑性好，鍛造性能佳，力學性能較好，且耐腐蝕，無磁滯損耗等優點，主要用于制造需承受較大載荷的與導線接觸的金具[2]。

3新型材料的應用和研究

3.1 復合材料金具

復合材料具有可塑性強，質量輕，不易腐蝕等優點，是目前電力金具制造業中的研究熱點。我國研究部門研發出了PA-G-F-200型改性增強型尼龍材料，該材料無論是在強度、高溫性能，還是抗老化性能等方面都較為優異，在此基礎上還研發出了一系列的復合材料電力金具。另外，還有一些國家使用聚碳酸酯來制造間隔棒等金具。但是復合材料制造的金具在長期的使用過程中不具有較好的熱老化性能，因此該材料還是不能夠完全的代替金屬。

3.2 功能材料

在對電力金具的性能進行強化時，有很多高性能材料供選擇，例如現在比較熱門的形狀記憶合金。把該合金應用到電力金具中，能夠有效地對斷裂缺陷傾向進行緊急的修復，不僅防止了缺陷的加深，同時還增強了金具的力學性能。當金具的缺陷傾向出現時，形狀記憶合金環的內徑就會收縮，從而起到了一定的應力保護作用。在提升金具耐磨性方面，可采用熱噴涂技術。該技術的應用能夠有效增強金具的耐磨性，從而能夠增加金具的使用壽命。輸電線路在運行過程中，短路故障或雷擊會產生局部發熱現象，需要對電力金具的故障點進行監測，可采用示溫涂料標識的辦法。如果電線金具的故障部位發熱，示溫涂料會產生顏色上的變化，這樣有助于巡檢人員及時的發現故障點[3]。

4結束語

由以上可知，隨著電力行業的不斷發展和進步，對電力金具的使用以及研發要求越來越高，并且在對新材料的研發和應用方面也取得了很好的進展。在對電力金具進行制造時，應用比較廣泛的是鋁合金金具。但是鋁合金材料在機械性能方面存在著不足之處，需要提升鋁合金金具的生產工藝，或者研發新型材料來解決機械性能不足方面的問題。所以目前電力金具行業等所面臨的主要問題是對新材料以及新技術進行研發和推廣。

參考文獻

[1] 陳勝男，何衛，杜挺，等.輸電線路金具用材料及其應用技術研究進展[J].電工技術，2019（15）：149-151，153.

[2] 王寶東，姜喜全，陳平，等.寒冷地區輸電線路金具材料的試驗研究與選擇[J].吉林電力，2018，46（3）：31-33.

[3] 汪海洋.基于輸電線路金具的節能降耗[J].低碳世界，2016（7）：71-72.