高效节能系列电力金具的研制与应用

宋宁宁，王景朝，严行建

（1.江苏宇飞电力科技有限公司，江苏宿迁 223800；2.中国电力科学研究院，北京 100055；3.江苏省电机工程学会，南京 210024）

高效节能系列电力金具的研制与应用

宋宁宁1，王景朝2，严行建3

（1.江苏宇飞电力科技有限公司，江苏宿迁 223800；2.中国电力科学研究院，北京 100055；3.江苏省电机工程学会，南京 210024）

0 引言

目前，我国输电线路上的电力金具材料基本有2种：一种是以可锻铸铁为主的铁磁材料制成，这种材料制成的金具在使用中会产生涡流损耗和磁滞损耗，且涡损耗十分严重，存在电能损耗极大、易产生电晕、易损伤导线、安装不方便、劳动强度大等缺点；另一种是生产电解铝产生的铝及铝合金材料制造的电力金具，制造成本较高，且属于国家限制发展行业，不能满足输电线路的经济需求。

目前电力工业面临节能减排、环境保护和智能电网战略的严峻挑战，必须进行筛选，淘汰高污染、高能耗等落后的系列电力金具，研制开发高效节能、符合“绿色”环保、满足电力工业的发展和智能电网需求的系列电力金具。

1 国内外高效节能电力金具发展概况

在国外，目前美国、俄罗斯、西班牙和日本正在全力以赴地研发和应用高效节能的系列电力金具，如美国正在研究开发的碳纤维杆塔和部分金具、俄罗斯的轻质四分裂导线间隔棒、西班牙的高分子复合型螺栓形耐张线夹和悬垂线夹、日本的改良型全塑防振鞭、澳大利亚的绝缘导线三分裂间隔棒等。澳大利亚用高强度高分子复合材料研制绝缘导线三分裂间隔棒（见图1），产品已大量应用于泰国输电工程。在国内，绝缘导线配套的耐张线夹芯套和OPGW地线光纤复合导线应用防振鞭及预绞丝悬垂线夹外套等，均采用各种不同性能的复合高分子材料制造。

图1 澳大利亚的绝缘导线三分裂间隔棒

目前国内节能金具主要通过以下3种方法实现节能：一是采用铝和铝合金材料；二是采用低磁钢材料；三是采用切断磁路方法减少电能损失。这3种方法共同的弱点是能耗和成本太高，且后二者没有实际运行，这都不能从根本上解决节能减排问题，不宜作为高效节能金具的发展方向，具体原因如下。

第一种方法：铝和铝合金作为电力金具制造材料，已成功应用近50a，具有许多优点，但生产铝制品源头产品是电解铝，电解铝生产是高能耗和高污染产业，是目前国家产业政策严格限制的产业，铝和铝合金作为金具制造材料，存在成本较高、收益周期短、污染环境等弊端，不符合节能减排、生态环境及国家产业政策的要求。

第二种方法：采用低（无）磁钢材料制造电力金具可减少电能损耗，是有一定理论和科学依据的。但是低（无）磁钢熔炼和铸造过程遇到和铝制品同样的问题，更何况实际未见应用，其制造成本非常高，也不能满足高效节能电力金具材料的经济条件要求。

第三种方法：采用切断磁路的机理研究高效节能金具，通过将悬垂线夹中的个别零件更换为低磁钢材料，增大线夹上磁路的磁阻，从而减少涡流损耗。根据这一思路开展了节能金具的研制，并已经得到试验验证。悬垂线夹主要由以下几部分组成：悬垂线夹本体、压条、U型螺栓、螺栓、挂板、碗头挂板（或U型挂板）等部件，见图2[1]。

图2 悬垂线夹示意图

主要磁路经过线夹本体、压条、U型螺栓及挂板4个部件。保留本体为可锻铸铁件，只将压条、U型螺栓及挂板3个部件改为低（无）磁钢件，从而提高了磁路磁阻，以减少涡流损失与磁滞损耗，达到节能效果[2]。这种方法更难发展，因为可锻铸铁生产金具的过程仍是高污染、高能耗的落后工艺过程，其生产受到极大限制，低（无）磁型材生产过程同样如此，铁质材料又存在腐蚀性能差这一重大问题，为了提高防腐，采用污染环境大、破坏生态的热镀锌工艺，又造成新的污染、新的生态破坏，所以通过切断磁路机理新制高效节能金具也不是最理想的方法。

2 高效节能金具研制

2.1 高效节能电力金具研发的政策依据

十届全国人大四次会议上通过的《国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要》中明确提出把节约资源、降低能耗、减少排放列为“十一五”期间和会后重要工作内容。国家“十二五”中国智能能源发展模式和实施方案课题组的重要工作，就是铸造中国智能电网，其智能电网核心是节约资源，降低能耗，减少排放，优化人类生存的空间。

高效节能系列电力金具研发具体标准都严格按国家、行业等相关标准进行。

2.2 高效节能金具材料研制

根据国家发展政策及国家电网推行的“两型三新”线路建设，结合电力金具标准对高效节能金具具体要求，中国电力科学研究院等多家单位合作，通过3年近百次中、小型试验，首先开发出适用于高效节能金具的基础材料，即PA-G-F-200型改性增强型尼龙材料，其主要原料为可回收的塑料等废弃物资，通过加工改性，开发出来一种新的复合材料，能满足高效节能系列电力金具产品技术要求。该复合材料具有材料新颖、节能降耗、质量轻便、稳定性好、机械强度高、耐磨损耐高温、抗老化时间长、耐紫外线、耐臭氧耐腐蚀的特点，使用寿命长，节能环保效果显著。经过大量性能试验、模拟实验，证明PA-G-F-200型改性增强型尼龙复合材料基本满足高效节能系列电力金具产品的技术要求（见表1）[3]，某些性能还优于国外的同类产品。

试样的性能测试方法依据国家标准、部颁标准和AS-TM标准进行。如动态力学性能、应力-应变性能、抗拉强度及疲劳寿命、耐臭氧氧化性能、耐高低温性能、导电性能、硬度、老化寿命计算等性能测试数据完全符合满足国家标准GB/T2314-2008《电力金具通用技术条件》的第5、6条款，即采用非金属材料制造的金具，应具有良好的抗老化性能，能经受工作高温而不发生性能劣化，并具有足够的防臭氧、防紫外线及防空气污秽的能力要求。

表1 PA-G-F-200型改性增强型尼龙材料性能试验表

2.3 研发的主要系列电力金具

研发的PA-G-F-200型改性增强型尼龙材料，开发了高节能环保悬垂线夹、高节能环保耐张线夹和高分子轻质间隔棒等系列电力金具产品，实现了高效节能、降耗减排、环保利废的目的[1]。

2.3.1 高节能环保悬垂线夹系列

本产品与现行标准的悬垂线夹结构形式一样，主要由线夹主体、压条、U形螺丝等组成（见图3）。主体采用PA-G-F-200型改性增强型尼龙复合材料为主要原料，降低磁滞损耗和涡流损耗，减少电能损失，节能降耗，安装方便，降低劳动强度。通过反复试验，产品技术条件和性能达到国家、行业相关标准。

图3 高节能环保悬垂线夹

2.3.2 高节能环保螺栓型耐张线夹系列

本产品主要由线夹主体、整体式压板、U形螺丝等组成（见图4）。高节能环保螺栓形耐张线夹的主体采用PA-G-F-200型改性增强型尼龙复合材料为主要原料；压板采用非导磁45Mn17A13高锰低磁钢为主要原材料;U形丝采用高强度不锈钢非导磁材料。以上材料可降低磁滞损耗和涡流损耗，减少电能损失，节能降耗，安装方便，降低劳动强度。

图4 高节能环保螺栓形耐张线夹

2.3.3 高分子轻质系列间隔棒

本产品主要由线夹方框支架、线夹本体、线夹盖板、橡胶哈呋垫、橡胶圆柱、销钉、螺栓等组成（见图5）。方框支架、本体、盖板均采用PA-G-F-200型改性增强型尼龙复合材料为主要原料，螺栓、销钉均采用不锈钢制造，技术性能达到GB/T 2338-2002国家标准。

图5 高分子轻质间隔棒

以上3个系列电力金具按照国家、行业等标准要求均做出各种型式试验，完全符合、满足技术条件和要求。

3 市场需求及经济、社会效益

据不完全统计，目前我国输配电线路总长度约为2000万km。根据我国当前拉动内需，加强电力基础建设，初步测试需求量为间隔棒1820万套，耐张线夹2420万套，悬垂线夹4300万套，如果都采用PAG-F-200型改性增强型尼龙复合材料制造，其市场发展空间巨大，同时可在节能、降耗、环保、利废等创新开发的引导下产生巨大的经济效益和社会效益。

1）如有10%的铸铁材料金具被节能金具取代，年节电量可达60亿kW·h，折合人民币40多亿元。

2）根据权威部门统计，铝合金悬垂线夹约为6000万套/a，铝合金耐张线夹约为3000万套/a，铝合金间隔棒约为1200万套/a。如有30%的铝制金具被高效节能金具所取代，以每套大约节约铝材2kg计,每年即可为国家节约资金1.5732亿元。

4 结语

高效节能系列电力金具的自主研制已取得阶段性成果，完全符合满足电力金具国家标准和电力行业标准的技术要求，其性能达到国内领先水平，具备进入输电工程实际运行考验的条件。

[1]徐乃管.论节能金具的开发与应用[C]//2006年工业企业节能技术研讨会论文集.北京：中国电力出版社，2006.

[2]邵佳敏，庄启昕.一种高效节能电力金具材料研制报[R].上海：华东理工大学，2009.

[3]崔宏薇.中国启动智能能源网筹备工作[J].电力系统装备，2009（11/12）：16.

Development and Application of a New Series of Energy-Saving Electric Fittings

SONG Ning-ning1，WANG Jing-chao2，YAN Xing-jian3
（1.Jiangsu Yufei Power Technology Co.,Ltd.，Suqian 223800,Jiangsu Province,China;2.China Electric Power Research Institute,Beijing 100055,China;3.Jiangsu Society of Electrical Engineering,Nanjing 210024,Jiangsu Province,China）

Starting from studying the theoretical mechanism,through intensified research and a large number of experiments,the modified-reinforced composites（Type PA-GF-200）is developed for manufacture of electric fittings.All the technical performance indexes have proved to meet the requirements for the materials of electrical fittings with outstanding energy-saving and environmental protection advantages.The series suspension and tension clamps and the 4-split conductor spacers for the 500kV transmission line,trial-manufactured with this materials have passed the related tests and prove to be in align with the technical requirements.

transmission line；energy-saving fitting；polymer materials

从理论机理研究开始，通过科学研究和大量试验，研究开发改性增强复合材料（PA-G-F-200型）,用于制造电力金具，各项性能指标满足电力金具材料的技术要求，并具有节能环保等突出优点。利用该材料试制了系列悬垂线夹、系列耐张线夹和500kV四分裂导线间隔棒等产品，并通过了相关性能试验，符合相关金具的技术条件。

输电线路；节能金具；高分子材料

1674-3814（2010）09-0034-04

F407.61

A

2010-05-27。

宋宁宁（1982—），男，本科，从事节能电力金具的研究开发、试验测试等。

（编辑 冯 露）