浅析《电力金具能耗测试与节能技术评价要求》

叶 成，余虹云，倪国灿，王嘉晶，洪 静

（浙江华电器材检测研究所 国家电力器材产品安全性能质量监督检验中心，杭州 310015）

浅析《电力金具能耗测试与节能技术评价要求》

叶 成，余虹云，倪国灿，王嘉晶，洪 静

（浙江华电器材检测研究所 国家电力器材产品安全性能质量监督检验中心，杭州 310015）

介绍了国内外有关电力金具能耗相关标准的发展历程，对首次颁布实施的电力行业标准DL/T 1288-2013《电力金具能耗测试与节能技术评价要求》中金具分类、试验方法、评价方式及应用情况作了解读。阐述了不同类金具的能耗机理及试验方法、评价准则制定的依据原则，通过不同类金具实例的试验研究及理论分析，提出金具节能降耗的技术手段，指明了标准的目的及意义。

电力金具；能耗试验；节能评价

0 引言

近年来我国经济高速发展，能源消耗大幅提高，然而我国人均资源短缺，因此在国家工业化进程中如何提高能源利用率是一个重要的课题。目前电力行业在输电线路节能方面做了不少研究，其中少有关注的电力金具的能耗研究被提上了日程，作为输电线路中辅助电力输送的部件，电力金具投入运行的数量巨大，总体能耗不可小视，筛选淘汰高能耗金具、推广节能金具市场应用势在必行。在此背景下电力行业标准《电力金具能耗测试与节能技术评价要求》于2014年发布实施，标准的颁布对电力金具的节能评价有了一定的参考依据。以下对国内外电力金具能耗标准发展历程及该电力行业标准的分类、试验方法、评价准则及应用情况作一些解读。

1 国内外标准发展历程

1.1 国外研究情况

国外学者早在上世纪40年代就开始了输电线路金具的磁损耗研究。学者VL Crabb与JM Sheadel等人研究发现铁制类的金具在导线通流时损耗较大，且金具内的导线温升显著，较裸露于空气中的导线温度更高[1]。

国际电工委员会（IEC）于1997年颁布实施了电力金具的标准IEC 61284-1997《Overhead lines-Requirements and tests for fitting》，在电力金具技术要求中指明需进行磁损耗试验，并给出了试验方法和判定依据[2]。IEC的标准仅针对非电气接续金具作了说明，并未提到电气接续金具的能耗问题。

1.2 国内研究情况

国内对电力金具能耗的研究起步较晚，南京线路器材厂上世纪80年代对金具线夹材料作了相关研究，发现非导磁材料代替铁磁材料的节能效果显著。

由中国节能产品认证中心等多家机构起草的《电力金具节能产品认证要求》于2001年颁布实施，对非电气接续金具中的悬垂线夹、耐张线夹及防振锤作了节能评价要求[3]，非电气接续金具的其他类别及电气接续金具并没有涉及。

电力行业标准DL/T 756-2009《悬垂线夹》的技术要求中表明悬垂线夹应尽量减少因磁滞、涡流引起的电能损耗，并提出了对用于导线的铁质悬垂线夹进行电磁损耗试验的试验要求[4]，然而其依据的试验方法在GB/T 2317.3-2008中并未给出，金具能耗相关的国家和行业标准处于空缺状态。

2014年国家能源局发布实施了电力行业标准《电力金具能耗测试与节能技术评价要求》，标准将电力金具区分为电气接续金具及非电气接续金具两大类产品，系统性地给出了两类产品的定义、试验方法及评价准则[5]。

2 标准分类

基于电力金具能耗机理的不同，该标准将金具分为电气接续类和非电气接续类两大类。

电气接续类金具的能耗为交流电流引起的导体的电阻损耗及集肤效应、邻近效应、磁滞和涡流所引起的附加增量损耗的总和，其中电阻损耗为主要损耗。电气接续类金具主要包括配网用的并沟线夹、绝缘穿刺线夹及主网用的压缩型耐张线夹及接续管等，为承受电气负荷的电力金具。

非电气接续类金具的能耗为磁滞损耗、涡流损耗及剩余损耗的总和。铁磁类金具三者皆有，非铁磁类金具为涡流损耗。我国输电线路工作频率为工频，在此频率下磁滞损耗和剩余损耗可忽略不计，涡流损耗为主要损耗。非电气接续类金具主要包括悬垂线夹、螺栓型耐张线夹、防振锤及间隔棒等，为不承受电气负荷的电力金具。

3 标准试验方法及评价方式

3.1 电气接续类金具

电气接续类金具属于通流元件，环境温度、日照强度及风速三类影响因子都会影响金具的载流量，因此试验需在不通风的环境中进行，环境温度应平稳，不应波动过大。

从并沟线夹、绝缘穿刺线夹等配网金具的设计结构考量，对于连接2种及以上导线的电气接续金具，标准选择安装最大规格及最小规格的导线进行试验，其中以最小规格导线为参考导线。另外对导线长度作了规定，以使金具之间有足够的距离保证忽略掉热扰动的影响。

考虑到接续金具的电阻较小，对功率计精度要求很高，实际测试时直接在金具两端电位点测量比较困难，标准提出了功率的间接测量方式，这也是接续金具能耗测量的主要方式。

金具的节能评价是相对的，即能耗与金具等效长度的接续导线的能耗值相比较，不应超过某个限定值。通过参考相关接续金具的电阻判定准则及大量能耗试验数据，标准给出了并沟线夹、绝缘穿刺线夹、压缩型耐张线夹及接续管4类金具的评价系数，其中绝缘穿刺线夹系数相对较高，这也是考虑到目前国内该类产品的制造水平从而给出的一个合理值。

3.2 非电气接续类金具

非电气接续类金具不承载电流，不同于电气接续类金具一次通流试验即可完成能耗测量，非电气接续类金具需进行2次通流试验，采用差值法进行能耗计算。2次通流试验中环境温度、风速、日照强度等环境条件及测试电流值需保持一致。若环境条件发生变化，则导线在没有安装金具时与安装金具时导线本身的能耗将发生变化，差值法计算所得的金具能耗便有误差。

为减小单个试样测量误差，标准规定试样数量不应少于5个。因非电气接续类金具为磁损耗，试验场所中不应存在金属类制品，同时保证试样间距至少0.5 m，避免试样相互磁干扰及热效应的影响。

该类金具的节能评价同样相对于导线而言，即金具能耗相对于单位长度导线能耗的比值为判定值。通过统计铁磁类和非磁性金具的试验数据，依据经验标准给出了不同规格的悬垂线夹、螺栓型耐张线夹、防振锤及间隔棒的评价系数，标准评价系数一栏中试验导体标称截面面积为该金具设计使用最大规格导线的截面积。

4 标准应用情况

4.1 电气接续类金具

4.1.1 试验对比

选取绝缘穿刺线夹JJC10-185/50作为实例，依据该标准测试其在施加不同力矩值下的能耗值作对比分析。图1为试验布置情况，表1—表3为试验数据统计表，试验电流为171 A。

图1 JJC10-185/50试验布置情况

表1 施加力矩13 Nm时的试验结果

表2 施加力矩15 Nm时的试验结果

表3 施加力矩17 Nm时的试验结果

由表1—3可见，随着力矩的加大线夹与导线能耗的比值递减，15 Nm时试样已达到节能评价系数（1.2），比值呈下降趋势，表明随着力矩的加大，线夹刀片与导线的接触电阻持续变小，线夹的能耗便有了明显的降低。

绝缘穿刺线夹在结构、材质不变的情况下通过增大力矩可减小能耗值，但值得注意的是应确保接续导线的机械强度不应降低。

4.1.2 分析

接续金具的能耗为接续金具本身及内部接续导线构成的组合体的电阻损耗，电流负荷一定时其大小与金具材质、结构及安装工艺密切相关，改良上述参数可降低损耗。

4.2 非电气接续类金具

4.2.1 能耗对比

此处选取铸铁悬垂线夹XGU-5及铝合金悬垂线夹CGF-6K进行对比测试，依据该标准测试在相同电流负荷下两者的能耗值。图2为线夹安装后的试验布置情况，试验导线TR-500，试验电流500～1 030 A。两类线夹的能耗数据见表4所示。

图2 线夹安装后试验布置情况

表4 测试数据统计

由表4可见，同电流负荷下铸铁悬垂线夹XGU-5能耗数十倍于铝合金线CGF-6K，XGU-5线夹与导线能耗的比值大大超过节能评价系数（0.40），属于高能耗金具。相比CGF-6K已达到节能评价系数，按标准划分属于节能金具。

悬垂线夹XGU-5所有部件均为铁磁性材料制造，相对磁导率为200～400，在线夹本体内的磁感应强度和产生的感应电动势较大，虽铸铁的电导率较小，相比下仍有较大的涡流损耗。

而悬垂线夹CGF-6K的本体和压板由非磁性的铝合金材料制造，无磁滞损耗，其相对磁导率约为1，回路磁阻大，涡流损耗小。主要是紧固件为钢质材料，有磁滞、涡流损耗，虽结构上未形成低磁阻的闭合磁路，仍有一定的涡流损耗。

金具材质的磁导率对能耗影响较大，铁磁性金具替换为非磁性金具后节能效果显著。

4.2.2 温升对比

在试验中测量了2类金具的温升情况，以试验电流500 A为例，结果如下。

（1）XGU-5温升情况。

在XGU-5不同部位上放置热电阻测温探头查看金具温度分布，导线温度稳定在34℃，XGU-5铸铁外壳上温度达到了37℃，U型螺丝处为45℃，两侧挂板为34℃，U形挂板处为27℃，而金具线槽与压板之间的导线温度达到了52℃，比裸露在空气中的导线温度高18℃，金具上的温度最大差值为25℃。红外温度图如图3所示。

图3 XGU-5红外温度

XGU-5温度分布不均衡，线夹内的导线温度较高，导线在长期运行情况下，线夹的磁性加热可能会影响导线的机械性能和使用寿命，限制线路的输送容量。

（2）CGF-6K温升情况。

导线温度稳定在34℃，CGF-6K铝合金外壳上温度不大于26℃，其紧固件（U型环等）温度为27℃，压板外侧温度为27℃，而在金具线槽内与压板接触的导线部分温度31℃。红外温度图如图4所示。

总体来说，由铝合金材质制造的悬垂线夹CGF-6K温度低于导线温度，温度分布比较均匀，而线夹内的导线温度低于裸露在空气中的导线温度，对线路长期运行不会造成影响。

4.2.3 分析

图4 CGF-6K红外温度

非电气接续类金具的能耗主要为金具本体产生的涡流损耗，在导线通过电流一定时能耗与金具材质及结构形式相关。采用非磁性材料或隔绝磁回路的方式可降低能耗。

5 结语

《电力金具能耗测试与节能技术评价要求》经过十多年的理论研究及经验积累，已于2014年4月首次颁布实施，标准依据金具能耗的不同机理进行了分类，规范了试验设备、试验方法及评价准则，在规范节能金具市场秩序，引导企业升级改造，加大绿色环保金具的市场占有率，给电力公司运行成本提供参考依据方面，该标准将发挥重要作用。

该标准尚未涵盖全部类别的电力金具，在之后的修订中将补充金具的种类，包括连接金具系列，通过制定其试验方法及评价准则，进一步完善标准。

[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电力金具节能产品认证技术要求[S].北京：中国电力出版社，2001.

[4]DL/T 756-2009悬垂线夹[S].北京：中国电力出版社，2009.

[5]DL/T 1288-2013电力金具能耗测试与节能技术评价要求[S].北京：中国电力出版社，2013.

（本文编辑：陆 莹）

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

叶 成（1986），男，工程师，长期从事电力器材的检测研究工作。