实用新型电力金具在兖矿电网的研发应用

任培顺 孔令民

摘要：兖矿电网运行管理过程中，为解决煤矿塌陷区输电线路的现场难题，根据国家电网建设整体部署，积极研发应用了一批实用新型的电力金具，主要包括节能型耐张线夹、安全防雷型支柱绝缘子和自主研发的“滚轮式活动悬垂线夹”。通过新技术、新材料的研发应用，实现了兖矿企业自备电网连续4年无雷击跳闸事故的安全运行记录，确保了煤矿井下安全供电，在同行业具有一定借鉴推广意义。

关键词：兖矿电网；新型金具；研发应用

Abstract: mining power network operation and management process, in order to solve the coal mine subsidence area transmission line field problems, according to the national grid construction overall deploy, active research and application of a number of utility model electric power fittings, including the type strain clamp, lightning protection pillar insulator and independent research and development of the " roller type movable drape wire clamp ". The adoption of new technology, new materials research and development applications, achieve Yankuang enterprise-owned power grid for 4 consecutive years without lightning trip accidents safety record, ensure mine safety power supply, in the same industry has a certain referential significance.

Key words: coal mining power network; model fitting; application development

中图分类号：U665.12 文献标识码：A文章编号：2095-2104（2012）

引言电力金具作为电网输电线路关键部件，是电网安全运行及节能降耗的纽带和主力，新型电力金具的选用和研发工作，一直是兖矿电网建设和发展的重要部分。尤其近年来，随着国家“两型三新”输电线路建设的整体部署，我们积极开展了多种材质优良、节能可靠的实用新型电力金具的研发应用，如铝合金狗骨防振锤、防雷支柱绝缘子和轻型液压耐张线夹等，同时，还结合煤矿塌陷区输电线路现场治理需要，自主研发应用了“滚轮式活动悬垂线夹”专利产品。

1 兖矿电网及新型金具的研发应用概况

1.1 矿区电网

兖州煤业股份有限公司，作为中国煤炭行业第一个同时境内外发行股票并实现上海、香港、纽约、澳大利亚四地成功上市的企业。其本部电网35kV及以上电压等级高压输电线路共计176公里，860余基杆塔，分布于山东任城、兖州、邹城三个地市，承载着矿区的每年4000万吨煤炭生产供电和8家自备电厂上网发电任务，是随矿区建设经过30余年陆续形成。最早的供电线路建于上世纪70年代，由于当初矿井建设资金、技术因素，在用线路金具型式新旧不一、性能参差不齐。为此，近几年，我们结合矿区输电线路优化改造和采煤塌陷区治理工作，开展了一系列电力金具方面的技术革新和推广应用。

1.2研发应用的主要电力金具

为确保矿区供电安全，根据现场电网维护治理和线路改造实际情况，先后开展地市级科研项目3个，研发应用实用新型专利产品“滚轮式活动悬垂线夹”一项，推广应用新型节能金具多种，主要有铝合金狗骨防振锤、防雷支柱绝缘子和轻型液压耐张线夹等。

2 新型电力金具在兖矿电网中的研发应用

2.1节能降耗型

2006年以前，作为输电线路上电力金具主力军的悬垂线夹、耐张线夹、防振锤，兖矿电网上使用的全是由可锻铸铁等磁性材料制成，它们将导线包裹在中间，当导线通过交流电流时，金具上任一点产生的磁感应强度，因不同材料产生的磁感应强度不同。这种铸铁材质金具，存在结构上构成闭合磁回路形成的磁滞和涡流损失，造成能耗浪费十分巨大，并且锈蚀严重，经常出现发热现象。

随着经济发展和技术进步，从最佳经济效益的角度出发，金具节能问题已引起人们极大关注，国家电网公司下发的Q/GDW 156—2006《城市电力网规划设计导则》中明确提出“应采用节能型线路金具，淘汰高能耗线路金具。” 国网公司2005年下发的《110（66）kV～500kV架空输电线路技术监督规定》中也规定：“金具应选用定型产品，推广使用节能型金具”。目前，兖矿电网的线路建设和技术改造中，已经和正在积极推广应用节能金具，并取得良好效果。

新型节能金具的材质由铸铁改成了铝合金，使线夹的整体质量大为减轻，而且结构科学，因此不仅施工十分方便，也大幅提高了工作效率，促进了施工的安全性。另外，铝合金由于有稳定的金属结构，表面不易氧化，在各种自然环境下均可使用。同时，新型节能耐强金具由传统的螺栓型结构改为楔块结构，解决了U形螺栓紧固形成线接触导致导线蠕变，握力下降的缺陷。

在2007年的35kV铁南线改造、2011年110kV三井线改造及35kV东滩I、II线新建项目中，我们全线采用节能型金具，不但施工方便，而且大大提高了线路科技含量。

目前采用及试用的新型节能金具主要有：绝缘耐张线夹（代替NLD耐张线夹），绝缘导线接地环，绝缘T接线夹等，应用于绝缘导线，及应用于裸线的铝合金耐张线夹； C（楔）型线夹：代替传统的并沟线夹及相应型号的T接线夹； 预绞丝金具：主要用于裸导线，代替NLD耐张线夹、工字线的并沟线夹、及断线接续等； 输电线路用节能型狗骨防振锤：代替传统铸铁防震锤； 输电线路用节能型悬垂线夹：代替铸铁悬垂线夹（参见图1）。

图1液压式耐张线夹

挂网运行后节能效果显著：节能金具虽然较传统金具价格偏高，表面看来，采用节能金具似乎将使线路施工的成本提高，但是如果将其节能效果计算进去，一般1年左右就可以收回全部投资，而且长此以往将会产生巨大的经济效益。以35kV东滩I、II、罗北和铁南线路为例，该4条线路报装容量10万千伏安，目前安装8.1万千伏安，运行电流370A左右，安装节能型悬垂线夹1297只，节能型耐张线夹561只。节能型悬垂线夹每只节能30W，节能型耐张线夹每只节能39.75W，每年按照320天计算，则可节能（1297*30+561*39.75）*320*24/1000＝470090.88千瓦时，按照0.566元/千瓦时计算，可节约26.3万元，若按照电力线路运行30年计算，可节省能源1410.2726万千瓦时。以上结果未计入因减少检修等工作量带来的效益。因此，用新一代节能型、结构先进合理、施工方便的金具代替老式高耗能、粗大笨重的金具是线路建设和改造的必然需要。克服了线路数量多、使用范围广、通过电流大，每年在这个环节中损失的电能数量巨大等弊端，节能金具的先进结构，减少了营运维修频率，大幅度节约了线路维修费。总之，从节能金具的加工生产、运行施工、线路检修诸方面可以综合分析它的经济价值。全面推广节能金具，可获得相当可观的经济价值和社会价值。

2.2安全防雷型金具

“绝缘导线，逢雷必断”，前几年，这已成为绝缘架空线配电网维护人员的口头禅。主要是由于绝缘架空线路有先天不足的耐雷水平，难以承受直接雷或感应雷的作用，雷击断线、瓷绝缘子炸毁等已经成为电力面临的又一个新的难题。2010年，我们的6kV物业公司线曾两次发生线路被雷击落地事故。目前国内外架空配电线路防雷的主要措施有：架设架空避雷线、安装钳箝位绝缘子、在柱式绝缘子上安装过电压保护器，负荷侧装防弧金具。但现有的技术存在以下缺点：投资成本较大，施工安装复杂，需剥开绝缘层，导致线芯进水和腐蚀，瓷绝缘子伞裙因燃弧烧裂，受环网供电负荷侧变化影响等。

经过充分调研论证，我们在6kV西关II线和岗山线上，选用了新型组合式结构的FEG型防雷支柱绝缘子（见图2）二合一产品，采取先堵塞后疏通设计理念，增强了绝缘性能和防污秽水平，适用于架空线路的绝缘支撑，而且还具有防止架空绝缘导线雷击断线、瓷绝缘子炸毁及减少雷击跳闸的保护功能。

防雷原理：当雷电过电压超过绝缘堵塞一定数值时，在防雷支柱的引弧棒和钢脚之间引起闪络放电，形成短路通道，接续的工频电弧便在放电间隙处燃烧，以保护导线免于烧伤。

本产品应用于绝缘线时还具有穿刺通电功能，安装施工极为方便可靠，不需剥开绝缘层可避免线芯进水和腐蚀，同时也极大减轻操作人员的劳动强度。由于把支柱绝缘子和防弧金具合二为一（等电位），不受环网供电负荷侧（背离电源侧）影响，更使线路简洁美观并极大地降低了造价。性能可靠，投资少，收效大，已成为我们防止架空绝缘导线雷击断线的一条经济有效的途径。

图2 防雷支柱绝缘子

2.3治理塌陷区线路专用金具的研发应用

据了解，采煤矿区的“先建高压线路后在线下采煤”的现象比较普遍。我们兖州矿区有17条35kV及以上输电线路，曾受和即将受采煤后地表塌陷的影响。一个明显的表征就是输电线路在导线张力发生变化时，导线不能在悬垂线夹中活动，导致直线杆塔的悬垂绝缘子串顺导线方向大角度倾斜，有时倾斜夹角超过70度。通常采用的处理方法就是线路停电后，维修人员爬到杆塔上将绝缘子串调整。在采煤活跃阶段，间隔3到5天就需要调整一次线路，非常费时费力，且影响矿井供电安全。

为此，我们结合过去的线路施工维护经验，经调研论证，依托南京电力金具设计研究所的技术支持，研发了一种“滚轮式活动悬垂线夹”，见图3所示。主要是结合GB2314-1997《电力金具通用技术条件》的相关规定，活动式线夹的结构型式设计为滚轮式。该线夹由一定数量装有轴承的滚轮组成，其中部分滚轮作为线夹的船体，部分作为压线轮。研发过程中，先后试制了尼龙、钢材和铝合金等材质，轴承和轴套式滚轮，适用范围包括导线和避雷钢绞线，导线规格从70 mm2到240 mm2。

图3滚轮式活动悬垂线夹结构示意图

滚轮式活动悬垂线夹的主要工作原理：正常不受采煤塌陷影响情况下，导线卡在压线轮和船体之间，依靠上下轮之间附着力，增加导线与线槽的摩擦而将导线握住。在输电线路导线受到不平衡张力，导线顺线方向的张力大于摩擦力时，上下滚轮转动，导线能够在悬垂线夹里自由滑移。由于及时调整了悬垂与导线的握着力，释放不平衡张力，绝缘子串也就因此不会顺线张力方向发生倾斜，从而达到保护导线、减少调整次数之目的。

先后经过强度试验、模拟张力放线试验和与普通悬垂线夹的比较试验，性能符合国家标准GB2314-1997《电力金具通用技术条件》的规定。2007年获得国家实用新型专利，2008年9月至今，我们先后在兖矿电网35kV罗北线受塌陷影响的8＃、9＃杆、110KV三井II线7＃至12＃杆塔和35kV兴隆I、II线后半段等进行了现场使用。经验证，罗北线地表塌陷下沉2.1米时，8＃杆A、B两相上使用该“活动式悬垂线夹“的绝缘子串没有发生倾斜，C相使用普通悬垂线夹的绝缘子串则随线路倾斜。三井线和兴隆线因线路档距和地表沉降幅度较大，使用效果更明显，现场应用情况参见图4 。

图4滚轮式活动悬垂线夹现场应用

3 结束语

兖矿电网在线网改造过程研发应用了一些实用新型的电力金具，积累了一定的电网技术和经验，相信随着国内外经济发展和技术进步，越来越多的新型电力金具也必将不断呈现。今后，我们将以解决矿区电网现场实际问题为前提，根据集团公司的发展情况和整体部署，继续研发和推广应用更多节能、可靠的电力金具，以提升矿区电网安全运行水平，为国家建设坚强的“智能电网”做出更多贡献。

作者简介: 任培顺（1968.12），男，高工，工程硕士，现任矿区供电管理中心主任，从事电气技术和管理工作。