基于输电线路金具的节能降耗

汪海洋（四川电力设计咨询有限责任公司，四川 成都 610000）



基于输电线路金具的节能降耗

汪海洋（四川电力设计咨询有限责任公司，四川 成都 610000）

随着我国社会市场经济的飞速发展，电力行业也取得了不小的进步，各种新设备和大机组在电力系统中正在不断的投入和运行，远距离超高压的电网已经成为当前电能传输的主要网架。另一方面，世界能源消耗和环境保护问题日益突出，所以从经济效益和环境保护的立场出发，减少输电线损、节能降耗是当前电力企业实现长远发展的必经之路和重要课题。本文首先分析了输电线路采用节能金具的意义和必要性，随后介绍了几种常见的节能金具和材料，最后就输电线路金具的节能措施进行了简单的探讨。

输电线路；金具；节能降耗

1　引言

输电线路金具对配电线路的运行安全有着重要的影响，是输电架空线路的一个重要组成部分。长期以来，我国在输电线路上使用的金具大多都是以铁金属为主要材料制作而成的，在设计的时候把重点都放到了金具的铸造和加工以及机械的受力上，所以设计出来的金具大多结构粗大笨重，给电力工程施工带来很多不便。近几十年来，我国加大了对输电线路金具的研究力度，但是依然侧重研究金具的应用力学可靠性问题，对输电线路金具节能降耗没有做到足够重视。

2　输电线路采用节能金具的意义和必要性分析

目前大多数的电力金具的基本制作材料都是铁金属，其结构设计上也是采用的闭合磁回路，所以就产生了金具涡流和磁滞损耗。根据国内外的调查研究显示，这种电力金具在实际投入使用后带来的电能损失数值是十分庞大的。在世界能源日益紧张的今天，我们应当对电力金具的耗能问题提高重视，通过一系列的手段和方法降低电力金具的电能损耗，从而在取得技术进步的同时，进一步提高电力企业运行的经济效益。

近几年来，随着我国配网建设和改造工作的不断深入，输电线路金具也逐渐克服了高耗能的弊端。现如今，输电线路金具大多都用高强度的铝合金等轻金属作为制作材料，这种电力金具比传统的磁性材料金具结构更为合理可靠，具有寿命长、免检修和零故障等优点，并且在电力工程施工时也更加方便。新型的电力金具相比较传统的金具具有以下的优越性。

2.1 技术先进性

节能金具的设计研制不是在原来的耗能金具结构基础上单纯的用铝合金等轻金属代替可锻铁材料，而是将传统的螺栓型结构改成了楔块结构，解决了传统螺栓型结构的导线蠕变，握力下降的缺陷。另一方面，轻金属材料的铝合金材料制成的金具结构整体比重要远小于锻铸铁，所以整体的线夹重量也大幅度降低，在方便了施工的同时，也在一定程度上提高了施工效率，进一步保障了施工安全性和可靠性。接续金具采用了新的制作材料、液态模锻、低压铸造以及结构和型相挤压等先进工艺，使得整体的金具结构更加轻巧，在保证金具的使用通用性的同时大幅度降低了电能的损耗。就拿并沟线夹来说，节能型的JBL导型铝并沟线夹具有过载能力强、热特环性能好和接触电阻稳定等优点，仅仅用三种规格的型号就可以满足所有16～300mm2的导线组合要求，极大的减少了电网运行成本。除此之外，节能金具采用的铝合金轻金属具有高强度和高稳定性的特点，其表面比传统的金具更加耐腐蚀和氧化，在自然环境下很少发生锈蚀，这就避免了传统的金具表面镀锌而带来的污染。

2.2 经济合理性

节能金具的经济合理性主要体现在两个大的方面：①在其制造和加工过程中能够节省费用；②在线路运行中能够节能降耗。传统的金具由于是用可锻铸铁为材料制成的，所以要采用镀锌工艺加强其防腐性，而无论是铸造还是镀锌，都是属于一种高污染和高耗能的工艺。节能金具则主要以铝合金为主要材料，制作工艺也是采用压铸和挤压等先进的工艺，在投入运行时也不用在金具表面镀锌处理，所以其带来的污染和能耗都大幅度降低。节能金具的节能效果无论是在实验还是在实际投入使用中都是十分明显的，例如在线路上应用比较广泛的NLD型耐张线夹通入500A的电流，耗能为65W，每年的利用时间达到了8000h，按照每0.60元/kWh的工业电价计算，每一只NLD型耐张线夹每年的能耗带来的经济损失高达312元，按照这个能耗损失计算，可见节能金具所带来的经济效益也是十分可观的。除此之外，由于节能金具自身的结构特点，使得其使用寿命大大增加，故障发生率也相对较少，这就大幅度降低了营运维修频率，进而减少了线路维修的经济损失。

2.3 效益评价

节能金具由于制作材料和工艺都要优于传统的金具，所以在金具投入初期其价格比传统的金具要高，但是即使如此，从经济上和技术上仔细分析，还是不难看出，节能金具的推广和应用还是很有必要的，其发展前景也是相当广阔。节能金具的价格一般为传统金具的1.5～2倍之间，仅从初始的投资上看，节能金具的投入使用会使得线路施工成本提高不少，但是如果将节能金具的节能效益计算进去，就可以发现初始的投资在短期内可以迅速收回，长此以往就会产生巨大的经济效益。下面我们队线路上广泛运用的NLD耐强线夹和WKH节能型耐张线夹做一下对比就很容易得出上述观点了，见表1。

表1　WKH节能型耐张线夹和NLD耐强线夹3年使用经济效益分析比较表

从表1结果不难看出，两种线夹的初始成本相差75元，但是往后的每年节能金具的投资成本都要比传统金具要少很多，并且逐年递增，也就是说，在线路上使用节能金具仅仅一年就可以收回全部的投资成本，并且还能够额外收益200多元，连续使用三年后节能效益更是高达800多元，所以节能金具的节能效益还是十分可观的。

3　节能金具

3.1 节能金具材料

节能金具的主要研究方向之一就是不断探索和发掘新的材料，下面就简单介绍几种目前在输电线路中应用较广泛的节能金具材料：

3.1.1 聚碳酸酯金具

聚碳酸酯英文缩写为PC，是一种综合性能优良的热塑性工程塑料，其具有高耐寒性、耐热性、冲击强度和电绝缘性，可以在-100～140℃之间的温度环境下使用。有的一些发达国家早就将聚碳酸酯材料用于制作悬挂金具，经过不断的实验和改进，目前已经正式投入使用，并且达到了规范化和系列化，总体呈现出一种崭新的发展态势。但是出于对电网运行的成本和可靠性考虑，这种聚碳酸酯金具仅仅在一些城市包覆电缆输电线路中采用，我国国内的昆明、青岛和沈阳等地区在城市电网改造中采用的就是这种聚碳酸酯金具，但是由于其他因素的限制，导致此类金具没有得到大面积的推广。

3.1.2 无磁性球铁金具

无磁球铁就是在普通球铁的成分基础上加入了一些合金元素，例如镍和锰等，通过一系列的热处理得到了这种奥氏体加球状石墨组织。具有这种组织的球铁基本没有磁性，所以用这种球体制成的金具可以大幅度减少磁滞及涡流带来的损耗，与传统的可锻铸铁金具相比，无磁性球铁金具的节能率高达90%以上。在20世纪90年代，我国一些地区就是采用的这种无磁性球体金具，其节能效果十分可观，但是由于其生产工

艺太过复杂，而且奥氏体球铁的加工也比较困难，所以这种金具也没有得到广泛的推广和应用。

3.1.3 铝合金金具

铝合金作为一种非导磁材料，在用作电力金具时可以很好的消除磁滞损耗，也能够大大减少涡流损耗。铝合金金具在输电线路上使用时具有温升低和铁损小等特点，而且在通过电流时期热稳定性也要比传统的铁磁金具要好很多，国际上很多国家都已经将铝合金金具作为主要的电力推荐产品。我国地域辽阔，不同电压等级的电网数量都有很多，而且近几年正面临着城市和农村的电网改造，所以如果要将所有的可锻铸铁金具全部换成铝合金金具，单从节能效果上来看效益是十分巨大的，但是同时也面临着初始投资的问题，铝合金的高制作成本不是每个地区都能够承受的起的。所以线路节能金具值得进一步探索，从而开发出成本更低的金具代替铝合金金具。

4　金具节能措施

4.1 采用非铁磁材料

采用非铁磁材料的方法就是替换金具材料，用一些复合材料、无磁刚材料和铝合金材料代替。有研究表明，无磁刚材料制作而成的悬垂线夹比传统的可锻铸铁材料线夹功率损耗降低了90%以上，有着十分可观的节能效果。

4.2 切断磁路以减少电能损失

在整个的电力金具中用非铁磁材料替换其中的某些部件，从而切断金属中的闭合磁通回路，这种方法也可以在一定程度上降低涡流的产生。目前，采用这种方式降低金具损耗的方法已经得以验证并实际投入使用，例如对耐张金具，将传统的螺栓结构改成楔型结构，将线夹中的导线压片和螺丝等部件更换为低磁钢材料，从而解决了螺栓结构形成闭合磁回路的问题。

4.3 优化结构，减小金具体积

金具产生涡流的大小与金具的体积是有直接关系的，另外金具材料的面积和厚度也会对金具涡流的大小产生一定的影响。所以，为了有效减小金具涡流，可以在不影响金具结构强度的基础上，采用镂空和强筋等工艺，减小金具的材料面积和厚度，从而减少感应电流的产生，大大降低涡流涡流损耗。

5　结束语

正是由于配电线路数量多、使用范围广、通过的电流大，每年在这个环节中损失的电能数量巨大，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、粗大笨重的金具是配网建设和改造的必然需要。

［1］马卫平，等.节能金具节能效果的试验分析.北京：《电力建设》编辑部，电力建设，2007，28（7）：81～82.

［2］李铁男，等.电力金具节能产品认证技术要求（CCECIT15-2006）.中标认证中心.

［3］应伟国，刘建生.输电线路采用节能金具及进行金具节能改造后的效果分析［J］.电力设备，2004，9（5）．

汪海洋（1985-），男，汉族，学士，主要从事输电线路设计工作。

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