汪海洋（四川電力設(shè)計(jì)咨詢有限責(zé)任公司，四川 成都 610000）

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基于輸電線路金具的節(jié)能降耗

汪海洋（四川電力設(shè)計(jì)咨詢有限責(zé)任公司，四川 成都 610000）

隨著我國社會(huì)市場經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，電力行業(yè)也取得了不小的進(jìn)步，各種新設(shè)備和大機(jī)組在電力系統(tǒng)中正在不斷的投入和運(yùn)行，遠(yuǎn)距離超高壓的電網(wǎng)已經(jīng)成為當(dāng)前電能傳輸?shù)闹饕W(wǎng)架。另一方面，世界能源消耗和環(huán)境保護(hù)問題日益突出，所以從經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境保護(hù)的立場出發(fā)，減少輸電線損、節(jié)能降耗是當(dāng)前電力企業(yè)實(shí)現(xiàn)長遠(yuǎn)發(fā)展的必經(jīng)之路和重要課題。本文首先分析了輸電線路采用節(jié)能金具的意義和必要性，隨后介紹了幾種常見的節(jié)能金具和材料，最后就輸電線路金具的節(jié)能措施進(jìn)行了簡單的探討。

輸電線路；金具；節(jié)能降耗

1　引言

輸電線路金具對配電線路的運(yùn)行安全有著重要的影響，是輸電架空線路的一個(gè)重要組成部分。長期以來，我國在輸電線路上使用的金具大多都是以鐵金屬為主要材料制作而成的，在設(shè)計(jì)的時(shí)候把重點(diǎn)都放到了金具的鑄造和加工以及機(jī)械的受力上，所以設(shè)計(jì)出來的金具大多結(jié)構(gòu)粗大笨重，給電力工程施工帶來很多不便。近幾十年來，我國加大了對輸電線路金具的研究力度，但是依然側(cè)重研究金具的應(yīng)用力學(xué)可靠性問題，對輸電線路金具節(jié)能降耗沒有做到足夠重視。

2　輸電線路采用節(jié)能金具的意義和必要性分析

目前大多數(shù)的電力金具的基本制作材料都是鐵金屬，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上也是采用的閉合磁回路，所以就產(chǎn)生了金具渦流和磁滯損耗。根據(jù)國內(nèi)外的調(diào)查研究顯示，這種電力金具在實(shí)際投入使用后帶來的電能損失數(shù)值是十分龐大的。在世界能源日益緊張的今天，我們應(yīng)當(dāng)對電力金具的耗能問題提高重視，通過一系列的手段和方法降低電力金具的電能損耗，從而在取得技術(shù)進(jìn)步的同時(shí)，進(jìn)一步提高電力企業(yè)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)效益。

近幾年來，隨著我國配網(wǎng)建設(shè)和改造工作的不斷深入，輸電線路金具也逐漸克服了高耗能的弊端?，F(xiàn)如今，輸電線路金具大多都用高強(qiáng)度的鋁合金等輕金屬作為制作材料，這種電力金具比傳統(tǒng)的磁性材料金具結(jié)構(gòu)更為合理可靠，具有壽命長、免檢修和零故障等優(yōu)點(diǎn)，并且在電力工程施工時(shí)也更加方便。新型的電力金具相比較傳統(tǒng)的金具具有以下的優(yōu)越性。

2.1 技術(shù)先進(jìn)性

節(jié)能金具的設(shè)計(jì)研制不是在原來的耗能金具結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上單純的用鋁合金等輕金屬代替可鍛鐵材料，而是將傳統(tǒng)的螺栓型結(jié)構(gòu)改成了楔塊結(jié)構(gòu)，解決了傳統(tǒng)螺栓型結(jié)構(gòu)的導(dǎo)線蠕變，握力下降的缺陷。另一方面，輕金屬材料的鋁合金材料制成的金具結(jié)構(gòu)整體比重要遠(yuǎn)小于鍛鑄鐵，所以整體的線夾重量也大幅度降低，在方便了施工的同時(shí)，也在一定程度上提高了施工效率，進(jìn)一步保障了施工安全性和可靠性。接續(xù)金具采用了新的制作材料、液態(tài)模鍛、低壓鑄造以及結(jié)構(gòu)和型相擠壓等先進(jìn)工藝，使得整體的金具結(jié)構(gòu)更加輕巧，在保證金具的使用通用性的同時(shí)大幅度降低了電能的損耗。就拿并溝線夾來說，節(jié)能型的JBL導(dǎo)型鋁并溝線夾具有過載能力強(qiáng)、熱特環(huán)性能好和接觸電阻穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，僅僅用三種規(guī)格的型號(hào)就可以滿足所有16～300mm2的導(dǎo)線組合要求，極大的減少了電網(wǎng)運(yùn)行成本。除此之外，節(jié)能金具采用的鋁合金輕金屬具有高強(qiáng)度和高穩(wěn)定性的特點(diǎn)，其表面比傳統(tǒng)的金具更加耐腐蝕和氧化，在自然環(huán)境下很少發(fā)生銹蝕，這就避免了傳統(tǒng)的金具表面鍍鋅而帶來的污染。

2.2 經(jīng)濟(jì)合理性

節(jié)能金具的經(jīng)濟(jì)合理性主要體現(xiàn)在兩個(gè)大的方面：①在其制造和加工過程中能夠節(jié)省費(fèi)用；②在線路運(yùn)行中能夠節(jié)能降耗。傳統(tǒng)的金具由于是用可鍛鑄鐵為材料制成的，所以要采用鍍鋅工藝加強(qiáng)其防腐性，而無論是鑄造還是鍍鋅，都是屬于一種高污染和高耗能的工藝。節(jié)能金具則主要以鋁合金為主要材料，制作工藝也是采用壓鑄和擠壓等先進(jìn)的工藝，在投入運(yùn)行時(shí)也不用在金具表面鍍鋅處理，所以其帶來的污染和能耗都大幅度降低。節(jié)能金具的節(jié)能效果無論是在實(shí)驗(yàn)還是在實(shí)際投入使用中都是十分明顯的，例如在線路上應(yīng)用比較廣泛的NLD型耐張線夾通入500A的電流，耗能為65W，每年的利用時(shí)間達(dá)到了8000h，按照每0.60元/kWh的工業(yè)電價(jià)計(jì)算，每一只NLD型耐張線夾每年的能耗帶來的經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)312元，按照這個(gè)能耗損失計(jì)算，可見節(jié)能金具所帶來的經(jīng)濟(jì)效益也是十分可觀的。除此之外，由于節(jié)能金具自身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，使得其使用壽命大大增加，故障發(fā)生率也相對較少，這就大幅度降低了營運(yùn)維修頻率，進(jìn)而減少了線路維修的經(jīng)濟(jì)損失。

2.3 效益評價(jià)

節(jié)能金具由于制作材料和工藝都要優(yōu)于傳統(tǒng)的金具，所以在金具投入初期其價(jià)格比傳統(tǒng)的金具要高，但是即使如此，從經(jīng)濟(jì)上和技術(shù)上仔細(xì)分析，還是不難看出，節(jié)能金具的推廣和應(yīng)用還是很有必要的，其發(fā)展前景也是相當(dāng)廣闊。節(jié)能金具的價(jià)格一般為傳統(tǒng)金具的1.5～2倍之間，僅從初始的投資上看，節(jié)能金具的投入使用會(huì)使得線路施工成本提高不少，但是如果將節(jié)能金具的節(jié)能效益計(jì)算進(jìn)去，就可以發(fā)現(xiàn)初始的投資在短期內(nèi)可以迅速收回，長此以往就會(huì)產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益。下面我們隊(duì)線路上廣泛運(yùn)用的NLD耐強(qiáng)線夾和WKH節(jié)能型耐張線夾做一下對比就很容易得出上述觀點(diǎn)了，見表1。

表1　WKH節(jié)能型耐張線夾和NLD耐強(qiáng)線夾3年使用經(jīng)濟(jì)效益分析比較表

從表1結(jié)果不難看出，兩種線夾的初始成本相差75元，但是往后的每年節(jié)能金具的投資成本都要比傳統(tǒng)金具要少很多，并且逐年遞增，也就是說，在線路上使用節(jié)能金具僅僅一年就可以收回全部的投資成本，并且還能夠額外收益200多元，連續(xù)使用三年后節(jié)能效益更是高達(dá)800多元，所以節(jié)能金具的節(jié)能效益還是十分可觀的。

3　節(jié)能金具

3.1 節(jié)能金具材料

節(jié)能金具的主要研究方向之一就是不斷探索和發(fā)掘新的材料，下面就簡單介紹幾種目前在輸電線路中應(yīng)用較廣泛的節(jié)能金具材料：

3.1.1 聚碳酸酯金具

聚碳酸酯英文縮寫為PC，是一種綜合性能優(yōu)良的熱塑性工程塑料，其具有高耐寒性、耐熱性、沖擊強(qiáng)度和電絕緣性，可以在-100～140℃之間的溫度環(huán)境下使用。有的一些發(fā)達(dá)國家早就將聚碳酸酯材料用于制作懸掛金具，經(jīng)過不斷的實(shí)驗(yàn)和改進(jìn)，目前已經(jīng)正式投入使用，并且達(dá)到了規(guī)范化和系列化，總體呈現(xiàn)出一種嶄新的發(fā)展態(tài)勢。但是出于對電網(wǎng)運(yùn)行的成本和可靠性考慮，這種聚碳酸酯金具僅僅在一些城市包覆電纜輸電線路中采用，我國國內(nèi)的昆明、青島和沈陽等地區(qū)在城市電網(wǎng)改造中采用的就是這種聚碳酸酯金具，但是由于其他因素的限制，導(dǎo)致此類金具沒有得到大面積的推廣。

3.1.2 無磁性球鐵金具

無磁球鐵就是在普通球鐵的成分基礎(chǔ)上加入了一些合金元素，例如鎳和錳等，通過一系列的熱處理得到了這種奧氏體加球狀石墨組織。具有這種組織的球鐵基本沒有磁性，所以用這種球體制成的金具可以大幅度減少磁滯及渦流帶來的損耗，與傳統(tǒng)的可鍛鑄鐵金具相比，無磁性球鐵金具的節(jié)能率高達(dá)90%以上。在20世紀(jì)90年代，我國一些地區(qū)就是采用的這種無磁性球體金具，其節(jié)能效果十分可觀，但是由于其生產(chǎn)工

藝太過復(fù)雜，而且奧氏體球鐵的加工也比較困難，所以這種金具也沒有得到廣泛的推廣和應(yīng)用。

3.1.3 鋁合金金具

鋁合金作為一種非導(dǎo)磁材料，在用作電力金具時(shí)可以很好的消除磁滯損耗，也能夠大大減少渦流損耗。鋁合金金具在輸電線路上使用時(shí)具有溫升低和鐵損小等特點(diǎn)，而且在通過電流時(shí)期熱穩(wěn)定性也要比傳統(tǒng)的鐵磁金具要好很多，國際上很多國家都已經(jīng)將鋁合金金具作為主要的電力推薦產(chǎn)品。我國地域遼闊，不同電壓等級的電網(wǎng)數(shù)量都有很多，而且近幾年正面臨著城市和農(nóng)村的電網(wǎng)改造，所以如果要將所有的可鍛鑄鐵金具全部換成鋁合金金具，單從節(jié)能效果上來看效益是十分巨大的，但是同時(shí)也面臨著初始投資的問題，鋁合金的高制作成本不是每個(gè)地區(qū)都能夠承受的起的。所以線路節(jié)能金具值得進(jìn)一步探索，從而開發(fā)出成本更低的金具代替鋁合金金具。

4　金具節(jié)能措施

4.1 采用非鐵磁材料

采用非鐵磁材料的方法就是替換金具材料，用一些復(fù)合材料、無磁剛材料和鋁合金材料代替。有研究表明，無磁剛材料制作而成的懸垂線夾比傳統(tǒng)的可鍛鑄鐵材料線夾功率損耗降低了90%以上，有著十分可觀的節(jié)能效果。

4.2 切斷磁路以減少電能損失

在整個(gè)的電力金具中用非鐵磁材料替換其中的某些部件，從而切斷金屬中的閉合磁通回路，這種方法也可以在一定程度上降低渦流的產(chǎn)生。目前，采用這種方式降低金具損耗的方法已經(jīng)得以驗(yàn)證并實(shí)際投入使用，例如對耐張金具，將傳統(tǒng)的螺栓結(jié)構(gòu)改成楔型結(jié)構(gòu)，將線夾中的導(dǎo)線壓片和螺絲等部件更換為低磁鋼材料，從而解決了螺栓結(jié)構(gòu)形成閉合磁回路的問題。

4.3 優(yōu)化結(jié)構(gòu)，減小金具體積

金具產(chǎn)生渦流的大小與金具的體積是有直接關(guān)系的，另外金具材料的面積和厚度也會(huì)對金具渦流的大小產(chǎn)生一定的影響。所以，為了有效減小金具渦流，可以在不影響金具結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的基礎(chǔ)上，采用鏤空和強(qiáng)筋等工藝，減小金具的材料面積和厚度，從而減少感應(yīng)電流的產(chǎn)生，大大降低渦流渦流損耗。

5　結(jié)束語

正是由于配電線路數(shù)量多、使用范圍廣、通過的電流大，每年在這個(gè)環(huán)節(jié)中損失的電能數(shù)量巨大，因此，用新一代節(jié)能型、結(jié)構(gòu)先進(jìn)合理、施工方便的金具代替老式高耗能、粗大笨重的金具是配網(wǎng)建設(shè)和改造的必然需要。

［1］馬衛(wèi)平，等.節(jié)能金具節(jié)能效果的試驗(yàn)分析.北京：《電力建設(shè)》編輯部，電力建設(shè)，2007，28（7）：81～82.

［2］李鐵男，等.電力金具節(jié)能產(chǎn)品認(rèn)證技術(shù)要求（CCECIT15-2006）.中標(biāo)認(rèn)證中心.

［3］應(yīng)偉國，劉建生.輸電線路采用節(jié)能金具及進(jìn)行金具節(jié)能改造后的效果分析［J］.電力設(shè)備，2004，9（5）．

汪海洋（1985-），男，漢族，學(xué)士，主要從事輸電線路設(shè)計(jì)工作。

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2016-2-21