新型金具研究及推廣應用

阮淮振

[摘 ? ?要]為響應國家電網公司技術創新及國家“十四五”提出的“數字制造”“智能制造”，提高輸電線路安全運行可靠度，方便施工、運行，推薦幾種 “高強度、輕量化、節能型”的新型線路金具及改進型地線絕緣子間隙。推薦使用緊固防振錘、耐磨型U型掛環、板-尖間隙、永固螺母、圓形復合式防盜螺母。

[關鍵詞]緊固防振錘;耐磨型;永固螺母;復合式防盜螺母

[中圖分類號]TM216 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2022）05–00–04

Research and Promotion of New Metal Tools

Ruan Huai-zhen

[Abstract]In response to the technological innovation of State Grid Corporation of China and the "digital manufacturing" and "intelligent manufacturing" proposed by the country's "14th Five-Year Plan"， to improve the safe operation reliability of transmission lines and facilitate construction and operation， this paper recommends several "high-strength， light-weight" "Quantitative， energy-saving" new line fittings and improved ground wire insulator gaps. This article recommends the use of tightening anti-vibration hammers， wear-resistant U-shaped hanging rings， plate-tip gaps， permanent nuts， and round composite anti-theft nuts.

[Keywords]tightening anti-vibration hammer; wear-resistant type; permanent nut; compound anti-theft nut

線路金具是輸電線路的重要組成部分，在輸電線路中所占投資較雖小，但對線路安全運行影響很大，金具的作用已經溢出了其本身的范圍而影響到桿塔、導地線、絕緣子串等輸電線路上其他體系。因此，金具必須具有很高的可靠性。

線路金具應采用新材料、新工藝和新技術并具有高強度、輕量化，受力均勻、合理等特點，滿足線路運行出現的各種荷載要求。線路金具應選擇低噪聲、標準化的金具，其通用性、互換性便于線路施工和運行維護。

隨著社會對電能的需求增加，輸電線路電壓越來越高，電力系統越來越強大，對金具的技術要求也越來越高。為使新型金具、品質優良的產品廣泛應用于電力線路之中，同時也提高工程的設計質量，提高線路安全運行度，本文對新型金具開展了研究。

1 緊固防振錘

電力金具中防振錘的技術含量最高，制造難度最大。防振錘滑移后，便會降低甚至失去防振性能，甚至在滑移的過程中磨損擦傷架空線，威脅線路運行安全。

防振錘產生滑移的原因可歸類為以下幾種：

（1）重力沿導線軸線方向分力的作用。

（2）材料選擇產生影響。

（3）架空線蠕變伸長引起松弛產生影響。

針對上述問題，推薦在重要交叉跨越檔使用緊固防振錘。

緊固防振錘采用新型夾頭雙螺栓固定，增大了與導線的接觸面積，并且夾頭內壁設置紋絡，并附加特種耐老化復合橡膠墊，該設計可使夾頭與架空線緊密貼合，起到防滑移作用，避免了微風振動時夾頭與架空線產生反復摩擦而損壞導線[1]。

在本新型防振錘設計時，充分調研了防振錘的型式、原理及國內外研究方法及研究成果，從材料、結構等基礎理論開始，采用新材料、新技術、新科技手段，對防振錘結構、型式等進行設計，創建自己的關鍵技術。

2 耐磨型U型掛環

U型掛環由于連接簡單、轉動靈活、自由度多等特點在架空輸電線路上應用廣泛。現有U型掛環多采用碳素結構鋼（Q235）、優質碳素結構鋼（35#）等材料制成，這些材料耐磨性能一般。

U型掛環工作時接觸為線接觸，接觸應力很大。近年來，我國多地運行線路出現U型掛環嚴重磨損情況，磨損率或者磨損量甚至達到50%以上。U型掛環通常用作絕緣子串和金具串的聯塔金具，在使用過程中若失效，將會給輸電線路帶來嚴重后果。

線路運行中，引起U型掛環環體磨損的因素主要有以下兩個方面：

（1）環境因素。架空線路長年在大氣中運行，受大風、冬季舞動、覆冰等惡劣氣象條件的影響使導線不停振動而引起附加應力，雖比正常運行應力小很多，但頻繁出現的交變彎曲應力、長時間和周期性的振動將導致金具疲勞損壞，甚至斷線事故。

（2）金具自身的設計。U型環環體與其他金具連接處為干摩擦，摩擦后鍍鋅層被破壞，存在鐵銹，加上雨水的銹蝕，加速了金具的磨損。

為解決上述磨損問題，推薦一種耐磨型U型掛環金具。

耐磨型U型掛環由普通U型掛環、軸承鋼片、環形鋼套組成。與普通U型掛環相比，在結構上做出的改進如下：U型掛環本體的環體部位襯套軸承鋼片，掛孔處襯套環形鋼套，U型掛環的螺栓外也襯套環形鋼套。

軸承鋼片與環形鋼套選用耐磨性能良好的GCr15軸承鋼材料制成。軸承鋼片的形狀為與U型掛環環體部位相配合的弧形，弧形厚度取2～5 mm。環形鋼套分別與U型掛環掛孔、螺栓配合，其中U型掛環掛孔襯套環形鋼套厚度取4 mm，螺栓外襯套環形鋼套厚度取3 mm。襯套厚度的確定，綜合了以下三個因素：①金具的耐磨性能;②金具本體與螺栓和襯套之間的作用力;③金具重量的增加。

環形鋼套的內外表面均采用光滑表面。為了實現金具本體和螺栓的配合使用，金具掛孔內襯環形鋼套的內徑與螺栓內襯環形鋼套的外徑差值取0.8～2 mm，該設置能保證螺栓在內襯環形鋼套后能順利地安裝于設置了內襯環形鋼套的金具掛孔內。環形鋼套為光滑表面環形體，目的是減小金具本體和螺栓在使用過程中的摩擦磨損。

金具本體和螺栓設置軸承鋼片和環形鋼套均采用過盈配合熱套安裝，其中配合的過盈量控制在0.02～0.03 mm。安裝后金具整體熱鍍鋅，以提高金具的耐腐蝕能力。

本耐磨型U型掛環結合了軸承鋼耐磨性能好，結構鋼易于生產制造且機械性能穩定的特點，與常規U型掛環相比，耐磨性能顯著提高，可極大提高金具的使用壽命。

3 圓鋼接地引下線固定掛鉤

輸電線路接地裝置包括接地體和接地引下線，目前110 kV及以上電力線路接地引下線多采用扁鋼或圓鋼。由于運行環境惡劣，接地引下線容易發生腐蝕，腐蝕最嚴重部位位于空氣與土壤交界-20～10 cm處，腐蝕機理多為電化學腐蝕。在具有同等熱穩定性時，相較于扁鋼，圓鋼與土壤的接觸面積小，耐腐蝕性能要強一些，由此，圓鋼引下線在多個線路工程中得到應用。

對于接地引下線安裝，施工標準工藝中要求接地引下線應平敷于基礎及保護帽表面;引下線煨彎宜采用煨彎工具，應避免在煨彎過程中引下線與基礎及保護帽磕碰造成邊角破損影響美觀。但實際施工中，通常會由于施工人員責任心不強、監督力度不大、施工難度等原因，接地圓鋼引下線并沒有緊貼塔腿引下，而是翹離塔腿引至保護帽附近，影響了接地引下線的整齊與美觀。為解決該問題，推薦在不影響塔腿角鋼受力的情況下，在桿塔接地孔下方再設置兩個直徑13.5 mm的孔，間距50 mm，利用掛鉤配以M12螺栓如圖1所示，將圓鋼引下線加以固定。

其特點如下：

（1）采用兩個掛鉤，一個正鉤、一個反鉤，可使圓鋼引下線牢牢緊貼在塔腿上，并可有效避免圓鋼從掛鉤中脫出，保證了接地引下線從接地孔至保護帽段的整齊與美觀。

（2）掛鉤采用螺栓與塔腿連接，連接方式簡單，施工方便。掛鉤可以拆卸，保證了設置掛鉤不會妨礙引下線從塔腿斷開以測量桿塔接地電阻。

4 板-尖地線絕緣子間隙

架空線路架設地線起初目的主要是通過桿塔接地用于防雷保護，兼有降低線路零序阻抗、降低工頻過電壓、降低對通信設施的干擾影響等作用，采用逐基接地方式。但是，架空地線與導線間存在電磁感應，架空地線中產生較大的感應電流。為了減小該感應電流以降低電能損耗，實現架空地線節能，并綜合考慮架空地線防雷、通信性能，架空地線可采用絕緣單點接地方式，并采用帶并聯間隙的地線絕緣子。正常運行時地線對地絕緣，在雷擊或接地短路故障時與絕緣子并聯的間隙擊穿使地線接地。

傳統的地線絕緣子間隙為板-棒型式，其板極是利用抱箍固定在地線絕緣子的鋼帽上，板極的抱箍可以繞鋼帽隨意轉動，因此，在地線受長時間微風振動后板極容易松動，導致地線絕緣子間隙變形，失去了地線絕緣子的功能。間隙過大，不易擊穿，起不到保護作用;間隙過小，易產生火花放電，有時甚至直接短接，長時間放電會加速絕緣子老化，嚴重的會造成絕緣子鋼帽與鋼腳分離，形成脫串，近幾年已有多次地線絕緣子脫串事故發生。

針對該問題設計一種新型的地線絕緣子間隙，即板-尖間隙，將容易松動的抱箍緊固方式改為螺栓緊固方式，同時將原平行接近間隙改為垂直可調間隙。

其特點如下：

（1）板極和針極均利用螺栓固定，不易松動，減小了運行維護量。

（2）板-尖間隙距離可靈活調整，可控度高，施工運行方便。

（3）間隙為板-尖型式，即使板或尖有微小變形，也只能在垂直間隙方向移動，同樣能保證間隙值。

該類型地線絕緣子間隙已在500 kV線路上試用，效果較好，其他電壓等級的線路已有多條安裝，所有線路至今未發生間隙變形情況，極大地減少了運行維護工作量，受到了運行單位的極大好評，如圖2所示。

5 永固螺母

永固螺母的構思就是在螺母與螺絲之間揳入楔子以發揮防止松動的作用。一旦擰緊就無需維修，可以節省龐大的保養檢修費用。

原理：在一個螺絲釘上使用呈“凹”“凸”形狀的兩種螺母。下方呈凸狀的螺母，在加工時中心稍許錯動（偏心加工），起到楔子的作用。上方呈凹狀的螺母，則不作偏離中心的加工（圓形加工），形成了錘子揳打楔子的功能。

永固螺母用在輸電線路重要交叉跨越桿塔上，可防止桿塔上緊固件的松動，極大減少運維檢修人員的工作強度，節省龐大的保養檢修費用，保障電網運行安全，具有極好的經濟社會效益。

6 圓形復合式防盜螺母

在電力安防故障類型中，故障類型排在首位的是由于鐵塔倒塌造成的線路故障，這一故障類型主要是因為輸電線路鐵塔塔材以及緊固件的丟失所造成的。在電力基建部門的作業指導書中，明確提出在輸電線路鐵塔的建立期間使用防盜螺母對輸電線路鐵塔進行防護。

目前輸電線路鐵塔使用較多的螺母主要是普通國標六角螺母、異形螺母、滾珠（針）式防盜螺母、扭滑式防卸螺母。普通國標六角螺母造價低廉，使用方便，但本身不具備防盜作用，容易造成人為外力破壞;異形螺母需使用專用扳手安裝拆卸，但內部缺少防盜裝置，使用管鉗等工具即可拆卸;滾珠（針）式防盜螺母外觀為六邊形，普通扳手可安裝，內部防盜裝置可進行防拆卸，但因有受力點使用普通扳手可進行強力拆除;扭滑式防卸螺母外部六角形狀，內部圓環狀，使用時，將螺母緊固后繼續使用扳手增加扭矩，使外部六角形狀滑脫，但施工稍復雜，內部沒有防盜裝置。

通過分析目前常規螺母的優缺點，本文結合滾珠式防盜螺母與扭滑式防盜螺母的特征，進行外觀與內部的雙重升級，推薦一種新型防盜螺母——圓形復合式防盜螺母。

圓形復合式防盜螺母選用優質低碳鋼制作，全體防腐處理，采用分體式結構，分為主體和圓環兩部分，主體為六角形狀，內部放置有止退裝置，螺母下端為圓環形狀[2]。

與其他防外破壞緊固裝置相比，圓形復合式防盜螺母對架空輸電線路防外破壞具有很大的實用價值，主要優點如下：

（1）上半部六角形結構使得這種防盜螺母在安裝過程中可以使用普通工具安裝，而不需要像其他螺母一樣必須使用專用工具;

（2）圓形復合式防盜螺母的上端面同樣為復合式結構，即在六邊形的外框里有一個圓形的凹槽，這一結構使得這種防盜螺母在達到規定扭矩后，六角形的外框容易產生形變使得扳手松脫，且上半部六角形經過全自動生產設備進行打磨處理，使拆卸時更容易發生形變，起到定扭矩、防盜的作用;

（3）當有盜卸力矩作用于螺母的六角部分時，上端六角形狀因為力的作用形變為圓形，使扳手等拆卸工具無法拆卸。由于這種結構的形變作用，使得盜卸力矩未能達到防盜結構的防盜力矩就使扳手松脫，從而達到很好的防盜效果;

（4）螺母主體內部放置有止退裝置，其組成部件有擋塊、彈簧、鋼珠，當螺母發生拆卸動作時，內部止退裝置開始工作，內部的的鋼珠壓縮彈簧，當達到一定扭矩時內部鋼珠與彈簧不再發生壓縮形變，內部止退裝置會阻止螺母拆卸動作，從而達到防拆保護。

7 結束語

根據輸電線路中的幾種金具在運行中出現的問題，分析原因，提出了新型金具，并給出了解決措施。

參考文獻

[1] 康宏，俞偉勇，俞輝.降低架空輸電線路防振錘滑移率的研究[J].浙江電力，2015，34（1）：3.

[2] 梁前晟.輸電線路拉線UT線夾防盜螺母的研制[J].電力學報，2006，21（1）：39-40.