葉 成，余虹云，倪國(guó)燦，王嘉晶，洪 靜

（浙江華電器材檢測(cè)研究所 國(guó)家電力器材產(chǎn)品安全性能質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心，杭州 310015）

淺析《電力金具能耗測(cè)試與節(jié)能技術(shù)評(píng)價(jià)要求》

葉 成，余虹云，倪國(guó)燦，王嘉晶，洪 靜

（浙江華電器材檢測(cè)研究所 國(guó)家電力器材產(chǎn)品安全性能質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心，杭州 310015）

介紹了國(guó)內(nèi)外有關(guān)電力金具能耗相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展歷程，對(duì)首次頒布實(shí)施的電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T 1288-2013《電力金具能耗測(cè)試與節(jié)能技術(shù)評(píng)價(jià)要求》中金具分類(lèi)、試驗(yàn)方法、評(píng)價(jià)方式及應(yīng)用情況作了解讀。闡述了不同類(lèi)金具的能耗機(jī)理及試驗(yàn)方法、評(píng)價(jià)準(zhǔn)則制定的依據(jù)原則，通過(guò)不同類(lèi)金具實(shí)例的試驗(yàn)研究及理論分析，提出金具節(jié)能降耗的技術(shù)手段，指明了標(biāo)準(zhǔn)的目的及意義。

電力金具；能耗試驗(yàn)；節(jié)能評(píng)價(jià)

0 引言

近年來(lái)我國(guó)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，能源消耗大幅提高，然而我國(guó)人均資源短缺，因此在國(guó)家工業(yè)化進(jìn)程中如何提高能源利用率是一個(gè)重要的課題。目前電力行業(yè)在輸電線路節(jié)能方面做了不少研究，其中少有關(guān)注的電力金具的能耗研究被提上了日程，作為輸電線路中輔助電力輸送的部件，電力金具投入運(yùn)行的數(shù)量巨大，總體能耗不可小視，篩選淘汰高能耗金具、推廣節(jié)能金具市場(chǎng)應(yīng)用勢(shì)在必行。在此背景下電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《電力金具能耗測(cè)試與節(jié)能技術(shù)評(píng)價(jià)要求》于2014年發(fā)布實(shí)施，標(biāo)準(zhǔn)的頒布對(duì)電力金具的節(jié)能評(píng)價(jià)有了一定的參考依據(jù)。以下對(duì)國(guó)內(nèi)外電力金具能耗標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展歷程及該電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的分類(lèi)、試驗(yàn)方法、評(píng)價(jià)準(zhǔn)則及應(yīng)用情況作一些解讀。

1 國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展歷程

1.1 國(guó)外研究情況

國(guó)外學(xué)者早在上世紀(jì)40年代就開(kāi)始了輸電線路金具的磁損耗研究。學(xué)者VL Crabb與JM Sheadel等人研究發(fā)現(xiàn)鐵制類(lèi)的金具在導(dǎo)線通流時(shí)損耗較大，且金具內(nèi)的導(dǎo)線溫升顯著，較裸露于空氣中的導(dǎo)線溫度更高[1]。

國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）于1997年頒布實(shí)施了電力金具的標(biāo)準(zhǔn)IEC 61284-1997《Overhead lines-Requirements and tests for fitting》，在電力金具技術(shù)要求中指明需進(jìn)行磁損耗試驗(yàn)，并給出了試驗(yàn)方法和判定依據(jù)[2]。IEC的標(biāo)準(zhǔn)僅針對(duì)非電氣接續(xù)金具作了說(shuō)明，并未提到電氣接續(xù)金具的能耗問(wèn)題。

1.2 國(guó)內(nèi)研究情況

國(guó)內(nèi)對(duì)電力金具能耗的研究起步較晚，南京線路器材廠上世紀(jì)80年代對(duì)金具線夾材料作了相關(guān)研究，發(fā)現(xiàn)非導(dǎo)磁材料代替鐵磁材料的節(jié)能效果顯著。

由中國(guó)節(jié)能產(chǎn)品認(rèn)證中心等多家機(jī)構(gòu)起草的《電力金具節(jié)能產(chǎn)品認(rèn)證要求》于2001年頒布實(shí)施，對(duì)非電氣接續(xù)金具中的懸垂線夾、耐張線夾及防振錘作了節(jié)能評(píng)價(jià)要求[3]，非電氣接續(xù)金具的其他類(lèi)別及電氣接續(xù)金具并沒(méi)有涉及。

電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T 756-2009《懸垂線夾》的技術(shù)要求中表明懸垂線夾應(yīng)盡量減少因磁滯、渦流引起的電能損耗，并提出了對(duì)用于導(dǎo)線的鐵質(zhì)懸垂線夾進(jìn)行電磁損耗試驗(yàn)的試驗(yàn)要求[4]，然而其依據(jù)的試驗(yàn)方法在GB/T 2317.3-2008中并未給出，金具能耗相關(guān)的國(guó)家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)處于空缺狀態(tài)。

2014年國(guó)家能源局發(fā)布實(shí)施了電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《電力金具能耗測(cè)試與節(jié)能技術(shù)評(píng)價(jià)要求》，標(biāo)準(zhǔn)將電力金具區(qū)分為電氣接續(xù)金具及非電氣接續(xù)金具兩大類(lèi)產(chǎn)品，系統(tǒng)性地給出了兩類(lèi)產(chǎn)品的定義、試驗(yàn)方法及評(píng)價(jià)準(zhǔn)則[5]。

2 標(biāo)準(zhǔn)分類(lèi)

基于電力金具能耗機(jī)理的不同，該標(biāo)準(zhǔn)將金具分為電氣接續(xù)類(lèi)和非電氣接續(xù)類(lèi)兩大類(lèi)。

電氣接續(xù)類(lèi)金具的能耗為交流電流引起的導(dǎo)體的電阻損耗及集膚效應(yīng)、鄰近效應(yīng)、磁滯和渦流所引起的附加增量損耗的總和，其中電阻損耗為主要損耗。電氣接續(xù)類(lèi)金具主要包括配網(wǎng)用的并溝線夾、絕緣穿刺線夾及主網(wǎng)用的壓縮型耐張線夾及接續(xù)管等，為承受電氣負(fù)荷的電力金具。

非電氣接續(xù)類(lèi)金具的能耗為磁滯損耗、渦流損耗及剩余損耗的總和。鐵磁類(lèi)金具三者皆有，非鐵磁類(lèi)金具為渦流損耗。我國(guó)輸電線路工作頻率為工頻，在此頻率下磁滯損耗和剩余損耗可忽略不計(jì)，渦流損耗為主要損耗。非電氣接續(xù)類(lèi)金具主要包括懸垂線夾、螺栓型耐張線夾、防振錘及間隔棒等，為不承受電氣負(fù)荷的電力金具。

3 標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法及評(píng)價(jià)方式

3.1 電氣接續(xù)類(lèi)金具

電氣接續(xù)類(lèi)金具屬于通流元件，環(huán)境溫度、日照強(qiáng)度及風(fēng)速三類(lèi)影響因子都會(huì)影響金具的載流量，因此試驗(yàn)需在不通風(fēng)的環(huán)境中進(jìn)行，環(huán)境溫度應(yīng)平穩(wěn)，不應(yīng)波動(dòng)過(guò)大。

從并溝線夾、絕緣穿刺線夾等配網(wǎng)金具的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)考量，對(duì)于連接2種及以上導(dǎo)線的電氣接續(xù)金具，標(biāo)準(zhǔn)選擇安裝最大規(guī)格及最小規(guī)格的導(dǎo)線進(jìn)行試驗(yàn)，其中以最小規(guī)格導(dǎo)線為參考導(dǎo)線。另外對(duì)導(dǎo)線長(zhǎng)度作了規(guī)定，以使金具之間有足夠的距離保證忽略掉熱擾動(dòng)的影響。

考慮到接續(xù)金具的電阻較小，對(duì)功率計(jì)精度要求很高，實(shí)際測(cè)試時(shí)直接在金具兩端電位點(diǎn)測(cè)量比較困難，標(biāo)準(zhǔn)提出了功率的間接測(cè)量方式，這也是接續(xù)金具能耗測(cè)量的主要方式。

金具的節(jié)能評(píng)價(jià)是相對(duì)的，即能耗與金具等效長(zhǎng)度的接續(xù)導(dǎo)線的能耗值相比較，不應(yīng)超過(guò)某個(gè)限定值。通過(guò)參考相關(guān)接續(xù)金具的電阻判定準(zhǔn)則及大量能耗試驗(yàn)數(shù)據(jù)，標(biāo)準(zhǔn)給出了并溝線夾、絕緣穿刺線夾、壓縮型耐張線夾及接續(xù)管4類(lèi)金具的評(píng)價(jià)系數(shù)，其中絕緣穿刺線夾系數(shù)相對(duì)較高，這也是考慮到目前國(guó)內(nèi)該類(lèi)產(chǎn)品的制造水平從而給出的一個(gè)合理值。

3.2 非電氣接續(xù)類(lèi)金具

非電氣接續(xù)類(lèi)金具不承載電流，不同于電氣接續(xù)類(lèi)金具一次通流試驗(yàn)即可完成能耗測(cè)量，非電氣接續(xù)類(lèi)金具需進(jìn)行2次通流試驗(yàn)，采用差值法進(jìn)行能耗計(jì)算。2次通流試驗(yàn)中環(huán)境溫度、風(fēng)速、日照強(qiáng)度等環(huán)境條件及測(cè)試電流值需保持一致。若環(huán)境條件發(fā)生變化，則導(dǎo)線在沒(méi)有安裝金具時(shí)與安裝金具時(shí)導(dǎo)線本身的能耗將發(fā)生變化，差值法計(jì)算所得的金具能耗便有誤差。

為減小單個(gè)試樣測(cè)量誤差，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定試樣數(shù)量不應(yīng)少于5個(gè)。因非電氣接續(xù)類(lèi)金具為磁損耗，試驗(yàn)場(chǎng)所中不應(yīng)存在金屬類(lèi)制品，同時(shí)保證試樣間距至少0.5 m，避免試樣相互磁干擾及熱效應(yīng)的影響。

該類(lèi)金具的節(jié)能評(píng)價(jià)同樣相對(duì)于導(dǎo)線而言，即金具能耗相對(duì)于單位長(zhǎng)度導(dǎo)線能耗的比值為判定值。通過(guò)統(tǒng)計(jì)鐵磁類(lèi)和非磁性金具的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，依據(jù)經(jīng)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)給出了不同規(guī)格的懸垂線夾、螺栓型耐張線夾、防振錘及間隔棒的評(píng)價(jià)系數(shù)，標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)系數(shù)一欄中試驗(yàn)導(dǎo)體標(biāo)稱(chēng)截面面積為該金具設(shè)計(jì)使用最大規(guī)格導(dǎo)線的截面積。

4 標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用情況

4.1 電氣接續(xù)類(lèi)金具

4.1.1 試驗(yàn)對(duì)比

選取絕緣穿刺線夾JJC10-185/50作為實(shí)例，依據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試其在施加不同力矩值下的能耗值作對(duì)比分析。圖1為試驗(yàn)布置情況，表1—表3為試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表，試驗(yàn)電流為171 A。

圖1 JJC10-185/50試驗(yàn)布置情況

表1 施加力矩13 Nm時(shí)的試驗(yàn)結(jié)果

表2 施加力矩15 Nm時(shí)的試驗(yàn)結(jié)果

表3 施加力矩17 Nm時(shí)的試驗(yàn)結(jié)果

由表1—3可見(jiàn)，隨著力矩的加大線夾與導(dǎo)線能耗的比值遞減，15 Nm時(shí)試樣已達(dá)到節(jié)能評(píng)價(jià)系數(shù)（1.2），比值呈下降趨勢(shì)，表明隨著力矩的加大，線夾刀片與導(dǎo)線的接觸電阻持續(xù)變小，線夾的能耗便有了明顯的降低。

絕緣穿刺線夾在結(jié)構(gòu)、材質(zhì)不變的情況下通過(guò)增大力矩可減小能耗值，但值得注意的是應(yīng)確保接續(xù)導(dǎo)線的機(jī)械強(qiáng)度不應(yīng)降低。

4.1.2 分析

接續(xù)金具的能耗為接續(xù)金具本身及內(nèi)部接續(xù)導(dǎo)線構(gòu)成的組合體的電阻損耗，電流負(fù)荷一定時(shí)其大小與金具材質(zhì)、結(jié)構(gòu)及安裝工藝密切相關(guān)，改良上述參數(shù)可降低損耗。

4.2 非電氣接續(xù)類(lèi)金具

4.2.1 能耗對(duì)比

此處選取鑄鐵懸垂線夾XGU-5及鋁合金懸垂線夾CGF-6K進(jìn)行對(duì)比測(cè)試，依據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試在相同電流負(fù)荷下兩者的能耗值。圖2為線夾安裝后的試驗(yàn)布置情況，試驗(yàn)導(dǎo)線TR-500，試驗(yàn)電流500～1 030 A。兩類(lèi)線夾的能耗數(shù)據(jù)見(jiàn)表4所示。

圖2 線夾安裝后試驗(yàn)布置情況

表4 測(cè)試數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

由表4可見(jiàn)，同電流負(fù)荷下鑄鐵懸垂線夾XGU-5能耗數(shù)十倍于鋁合金線CGF-6K，XGU-5線夾與導(dǎo)線能耗的比值大大超過(guò)節(jié)能評(píng)價(jià)系數(shù)（0.40），屬于高能耗金具。相比CGF-6K已達(dá)到節(jié)能評(píng)價(jià)系數(shù)，按標(biāo)準(zhǔn)劃分屬于節(jié)能金具。

懸垂線夾XGU-5所有部件均為鐵磁性材料制造，相對(duì)磁導(dǎo)率為200～400，在線夾本體內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度和產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)較大，雖鑄鐵的電導(dǎo)率較小，相比下仍有較大的渦流損耗。

而懸垂線夾CGF-6K的本體和壓板由非磁性的鋁合金材料制造，無(wú)磁滯損耗，其相對(duì)磁導(dǎo)率約為1，回路磁阻大，渦流損耗小。主要是緊固件為鋼質(zhì)材料，有磁滯、渦流損耗，雖結(jié)構(gòu)上未形成低磁阻的閉合磁路，仍有一定的渦流損耗。

金具材質(zhì)的磁導(dǎo)率對(duì)能耗影響較大，鐵磁性金具替換為非磁性金具后節(jié)能效果顯著。

4.2.2 溫升對(duì)比

在試驗(yàn)中測(cè)量了2類(lèi)金具的溫升情況，以試驗(yàn)電流500 A為例，結(jié)果如下。

（1）XGU-5溫升情況。

在XGU-5不同部位上放置熱電阻測(cè)溫探頭查看金具溫度分布，導(dǎo)線溫度穩(wěn)定在34℃，XGU-5鑄鐵外殼上溫度達(dá)到了37℃，U型螺絲處為45℃，兩側(cè)掛板為34℃，U形掛板處為27℃，而金具線槽與壓板之間的導(dǎo)線溫度達(dá)到了52℃，比裸露在空氣中的導(dǎo)線溫度高18℃，金具上的溫度最大差值為25℃。紅外溫度圖如圖3所示。

圖3 XGU-5紅外溫度

XGU-5溫度分布不均衡，線夾內(nèi)的導(dǎo)線溫度較高，導(dǎo)線在長(zhǎng)期運(yùn)行情況下，線夾的磁性加熱可能會(huì)影響導(dǎo)線的機(jī)械性能和使用壽命，限制線路的輸送容量。

（2）CGF-6K溫升情況。

導(dǎo)線溫度穩(wěn)定在34℃，CGF-6K鋁合金外殼上溫度不大于26℃，其緊固件（U型環(huán)等）溫度為27℃，壓板外側(cè)溫度為27℃，而在金具線槽內(nèi)與壓板接觸的導(dǎo)線部分溫度31℃。紅外溫度圖如圖4所示。

總體來(lái)說(shuō)，由鋁合金材質(zhì)制造的懸垂線夾CGF-6K溫度低于導(dǎo)線溫度，溫度分布比較均勻，而線夾內(nèi)的導(dǎo)線溫度低于裸露在空氣中的導(dǎo)線溫度，對(duì)線路長(zhǎng)期運(yùn)行不會(huì)造成影響。

4.2.3 分析

圖4 CGF-6K紅外溫度

非電氣接續(xù)類(lèi)金具的能耗主要為金具本體產(chǎn)生的渦流損耗，在導(dǎo)線通過(guò)電流一定時(shí)能耗與金具材質(zhì)及結(jié)構(gòu)形式相關(guān)。采用非磁性材料或隔絕磁回路的方式可降低能耗。

5 結(jié)語(yǔ)

《電力金具能耗測(cè)試與節(jié)能技術(shù)評(píng)價(jià)要求》經(jīng)過(guò)十多年的理論研究及經(jīng)驗(yàn)積累，已于2014年4月首次頒布實(shí)施，標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)金具能耗的不同機(jī)理進(jìn)行了分類(lèi)，規(guī)范了試驗(yàn)設(shè)備、試驗(yàn)方法及評(píng)價(jià)準(zhǔn)則，在規(guī)范節(jié)能金具市場(chǎng)秩序，引導(dǎo)企業(yè)升級(jí)改造，加大綠色環(huán)保金具的市場(chǎng)占有率，給電力公司運(yùn)行成本提供參考依據(jù)方面，該標(biāo)準(zhǔn)將發(fā)揮重要作用。

該標(biāo)準(zhǔn)尚未涵蓋全部類(lèi)別的電力金具，在之后的修訂中將補(bǔ)充金具的種類(lèi)，包括連接金具系列，通過(guò)制定其試驗(yàn)方法及評(píng)價(jià)準(zhǔn)則，進(jìn)一步完善標(biāo)準(zhǔn)。

[1]VL CRABB，JM SHEADEL.Magnetic Heating of Transmission Line Clamps[J].Transactions of the American Institute of Electrical Engineers，1949，68（2）∶1032-1035.

[2]IEC 61284-1997 Overhead lines-Requirements and tests for fitting[S].

[3]CCEC/T 15-2001電力金具節(jié)能產(chǎn)品認(rèn)證技術(shù)要求[S].北京：中國(guó)電力出版社，2001.

[4]DL/T 756-2009懸垂線夾[S].北京：中國(guó)電力出版社，2009.

[5]DL/T 1288-2013電力金具能耗測(cè)試與節(jié)能技術(shù)評(píng)價(jià)要求[S].北京：中國(guó)電力出版社，2013.

（本文編輯：陸 瑩）

Discussion on Requirements for Energy Consumption Test&Energy Saving Technology Evaluation of Electric Power Fittings

YE Cheng，YU Hongyun，NI Guocan，WANG Jiajing，HONG Jing
（National Quality Supervision&Inspection Center of Electrical Equipment Safety Performance，Zhejiang Huadian Equipment Testing Institute，Hangzhou 310015，China）

The paper Introduces the development of domestic and overseas energy consumption standards of electric power fittings；then it explains the fittings classification，test methods,evaluation methods and application in the newly promulgated and implemented DL/T 1288-2013 Requirements for Energy Consumption Test and Energy Saving Technology Evaluation of Electric Power Fittings.The paper describes the mechanism of energy consumption，test methods and evaluation criteria of different types of fittings.Through experimental research and theoretical analysis of various fittings，the paper proposes technical methods to reduce energy consumption of electric power fittings and indicates purposes and meaning of the standards.

electric power fittings；energy consumption test；energy saving evaluation

TM72

B

1007-1881（2016）11-0072-04

2016-09-20

葉 成（1986），男，工程師，長(zhǎng)期從事電力器材的檢測(cè)研究工作。