输电线路金具用材料及其应用技术展望

谭琳

摘 要 本文对目前国内输电线路中广泛使用铁制金具或铝合金金具的优缺点及工艺特点进行了研究，从节能、环保的角度提出了几种新型材料在金具中的应用前景。

关键词 电力行业;输电线路;金具材料

引言

电力金具是在电力系统中连接和组合各类装置的金属附件，起到传递机械载荷、电气负荷或者防护的作用。目前在国内外输电线路中广泛使用碳钢、铸钢、铸铁等铁制金具或铝合金等铝制金具。铁制的金具主要用于连接类金具，承担传递机械载荷的作用，具有较高的强度，然而其具有易被腐蚀的特性，需采用热镀锌工艺进行防腐。铝合金制造的金具密度小，重量轻，不易被腐蚀，且无磁滞和涡流损耗导致的电能损失，但是由于其强度较低，不能用在承受机械载荷较高的部位。目前，我国金具材料在发展过程中所面临的一个问题是研发和推广应用新型高性能材料，提升原材料的各项性能，改进制造工艺和水平，研制节能环保型金具，最大限度的满足金具的各种使用需求。

1铁制金具的应用现状

在输电线路中，铁制金具占有很大的比例。常用的铁制金具可分为灰铁类、铸钢类、可锻铸铁类、锻钢类和板材类。灰铁类金具采用抗拉强度较低的灰口铸铁为原材料，制造成本低，价格便宜，用于制造承受载荷小的重锤片等产品。铸钢和可锻铸铁比灰口铸铁强度高、韧性和塑性好，在早期国内输电线路中被广泛使用;但其制造过程对环境污染较大，且易出现疏松、气孔等铸造缺陷，已经被逐渐被锻钢和铝合金取代。锻钢类金具是由碳钢或合金钢经过热锻和机加工的方式制造而成，具有强度高、韧性好等优点，目前被广泛应用于输电线路中。板材类金具是用钢板切割和机加工制成，具有工艺简单，效率高，成本低等优点，也被广泛使用。对于这些黑色金属制造而成的金具，必须要进行防腐处理，避免发生金具被腐蚀后强度降低的情况。比较常用的防腐方式是对其进行表面热镀锌处理。金具在进行热镀锌工序时，首先要酸洗去除表面的氧化铁，然后用氯化铵或氯化锌水溶液清洗，最后送入热浸镀槽中。这个过程中会产生废水从而造成环境的污染。同时，铁制金具在运行过程中会产生碰撞与摩擦，导致镀锌层被破坏，会不可避免的产生锈蚀。因此，需要研制有较强耐腐蚀性的金具[1]。

2铝制金具的应用现状

2.1 铝合金材料的应用

近些年来，随着金具行业工艺水平的提升，铝制金具的也成为输电线路中比较常用的电力金具。铸造铝合金的流动性好，铸造性能优良，可用于制造形状较为复杂的金具。变形铝合金管的延伸性能好，且导电性能强，可用于制造压缩或冷弯类的金具。铝合金密度比铁要小，制成的金具重量较轻，在安装和施工过程中比较方便，并且还能够有效减轻杆塔的负载。铝合金制件表面能够在空气中形成氧化膜，具有良好的耐腐蚀特性。并且铝合金属于无磁性或低磁性材料，不会出现磁滞和涡流损耗导致电能损失的问题。铝合金材料优点较多，但其抗拉强度不如碳钢或合金钢，因此如何通过工艺的手段提升铝合金的强度也成了目前电力金具行业的热点。

2.2 提升铝合金金具性能的方法

过去，金具行业中的铝合金金具多采用金属型重力铸造。重力铸造的金具产品内部气孔少，延伸性能好，可通过后续的热处理工序提高产品强度;同时重力铸造模具使用寿命长，成本低。但是重力铸造生产效率低，工人劳动强度高，因此目前只在小批量试制时采用重力铸造。目前，金具行业多采用压铸工艺。压铸工艺是将熔融状态的铝合金在高压下填充入压铸模具的型腔内，在压力下凝固成形的铸造方法，分为高压铸造和低压铸造。压铸工艺的生产率高，较容易实现机械化和自动化生产;还可以制造形状复杂的薄壁铸件，且尺寸精度高，因此被应用于大批量的生产中。但是由于压铸过程中液态金属填充速度快，金具也容易产生气孔、裂纹等缺陷。压铸模具的结构复杂，制造周期长、成本高;压铸机造价高、投资大，这些都影响了压铸工艺在金具中的应用。这几年金具行业工艺水平在不断进步，铝合金的锻造工艺也被推广应用于金具的制造中。锻造铝合金具有热塑性好，锻造性能佳，力学性能较好，且耐腐蚀，无磁滞损耗等优点，主要用于制造需承受较大载荷的与导线接触的金具[2]。

3新型材料的应用和研究

3.1 复合材料金具

复合材料具有可塑性强，质量轻，不易腐蚀等优点，是目前电力金具制造业中的研究热点。我国研究部门研发出了PA-G-F-200型改性增强型尼龙材料，该材料无论是在强度、高温性能，还是抗老化性能等方面都较为优异，在此基础上还研发出了一系列的复合材料电力金具。另外，还有一些国家使用聚碳酸酯来制造间隔棒等金具。但是复合材料制造的金具在长期的使用过程中不具有较好的热老化性能，因此该材料还是不能够完全的代替金属。

3.2 功能材料

在对电力金具的性能进行强化时，有很多高性能材料供选择，例如现在比较热门的形状记忆合金。把该合金应用到电力金具中，能够有效地对断裂缺陷倾向进行紧急的修复，不仅防止了缺陷的加深，同时还增强了金具的力学性能。当金具的缺陷倾向出现时，形状记忆合金环的内径就会收缩，从而起到了一定的应力保护作用。在提升金具耐磨性方面，可采用热喷涂技术。该技术的应用能够有效增强金具的耐磨性，从而能够增加金具的使用寿命。输电线路在运行过程中，短路故障或雷击会产生局部发热现象，需要对电力金具的故障点进行监测，可采用示温涂料标识的办法。如果电线金具的故障部位发热，示温涂料会产生颜色上的变化，这样有助于巡检人员及时的发现故障点[3]。

4结束语

由以上可知，随着电力行业的不断发展和进步，对电力金具的使用以及研发要求越来越高，并且在对新材料的研发和应用方面也取得了很好的进展。在对电力金具进行制造时，应用比较广泛的是铝合金金具。但是铝合金材料在机械性能方面存在着不足之处，需要提升铝合金金具的生产工艺，或者研发新型材料来解决机械性能不足方面的问题。所以目前电力金具行业等所面临的主要问题是对新材料以及新技术进行研发和推广。

参考文献

[1] 陈胜男，何卫，杜挺，等.输电线路金具用材料及其应用技术研究进展[J].电工技术，2019（15）：149-151，153.

[2] 王宝东，姜喜全，陈平，等.寒冷地区输电线路金具材料的试验研究与选择[J].吉林电力，2018，46（3）：31-33.

[3] 汪海洋.基于輸电线路金具的节能降耗[J].低碳世界，2016（7）：71-72.