浅析输电线路金具的节能降耗

摘要：随着输电线路电压等级的升高和输送电流的增大，输电线路金具引起的电能损耗逐渐成为电力工业不可忽视的问题。做好金具节能降耗是改善电力管理质量、实现电网运行安全经济和推动电网发展的重要手段。本文首先分析输电金具产生能耗的原因，然后介绍几种节能电力金具，最后探讨减少金具能耗的主要措施。

关键词：输电金具；节能降耗；新材料

1 金具耗能原因分析

1.1 电阻损耗和电晕损耗

接续金具的接头在长期运行过程中受到外界环境的污秽、氧化和腐蚀作用后，其导电性能会下降，电阻会增大，导致电压损失和电能损耗。当导线电流增大时，接头处发热增加，有可能引起导线烧伤甚至断裂，从而降低线路的使用寿命，影响电网运行的安全性。

在超高压输电线路中，因为电压很高，金具的尖端及导线表面电位梯度大于临界值时，就会产生强烈的电晕放电，引起导线和金具的损伤，还会产生光和无线电干扰及导线的电晕振动，这些现象都消耗电能。

1.2 磁滞损耗和涡流损耗

采用铸铁和螺栓组合成的耐张线夹和悬垂线夹（包括防震锤），用这种材料制成的金具在导线通过交变电流时形成一个闭合磁回路，鐵磁物质在交变磁场作用下反复磁化，其磁感应强度的变化总是滞后于磁场强度的变化，即磁滞现象。构成闭合磁路的电力金具在反复磁化的过程中，由于磁畴的反复转向，铁磁物质内部的分子摩擦发热而造成能量损耗，即磁滞损耗。

通入交变电流的导线产生了交变磁场，金具内部会产生感应电动势和感应电流。由于钢铁材料电阻的存在，必然会产生有功损耗，即涡流损耗。

2 几种节能电力金具介绍

2.1 铝合金金具

铝合金材料无磁性、相对磁导率小，可隔断磁路，有效消除磁损，降低涡损。铝合金金具具有节能、质轻高强、安装简便、耐腐蚀等优点。在使用时温升低，过载能力强，通过电流（尤其短路）时热稳定性要比传统铁磁金具好很多，避免造成导线过热烧伤导致机械强度降低，增加线路的使用寿命。

2.2 无磁钢金具

无磁钢是一种以碳素钢为主材，通过加入锰、铬等元素所得到的铸钢奥氏体合金材料。无磁钢金具磁性较弱，导磁率低，机械强度高，加工性好，而且产品价格是铝合金金具的一半，仅比铸铁金具高一些。在低压电网铺设和农网改造中代替铝合金金具，既保证节能降耗，又减少铝用量，降低投资成本。

2.3 复合材料金具

复合材料是以塑料为基材，经过加工和改性制成的材料，其优异的可设计性，具有轻质高强、防腐耐热、绝缘无磁等多重特性，使其可作为输电金具的制造材料。复合材料金具无磁滞性、低导磁性、电绝缘，在运行时无电晕放电，涡损和磁损极少，可最大限度降低电能损耗，节能降耗效果极佳。近年，国内研发出的改良型复合材料已用于制造输电金具。其中，PAGF200型改性增强型复合材料和玻纤增强PA66改性复合材料表现突出，制作出的悬垂线夹和间隔棒等产品均满足国家标准和电力行业标准要求。CGF4T和CGF100型悬垂线夹已在35kV和220kV线路挂网运行，使用效果良好。

3 金具节能降耗的主要措施

3.1 降低导体连接处接触电阻

在金属导体连接处涂敷电力复合脂，能改善连接导电体的接触状况，降低接触电阻，避免接触面电化腐蚀，提高接头处的导电性，降低接头处的电能损耗和电压损失，改善接头处的发热现象。

3.2 减少电晕发生

为了有效减少电晕，将金具的曲率半径设计得大一些，在制造加工过程中，铸件表面平整不出现多肉、毛刺等缺陷，作圆处理使其表面呈流线型，使其表面电位梯度低于电晕起始电位梯度。安装屏蔽环和均压屏蔽环可使其自身硬屏蔽，被屏蔽范围内不出现电晕，控制金具上的电晕从而保护金具。

3.3 采用节能型线路金具

传统铸铁金具会产生磁损和涡损，消耗大量电能。因此，节能型金具因其相对磁导率小、无磁滞现象而逐渐推广应用到输电线路工程。其中，铝合金金具具有很多优点，使用范围最广，应用数量最多。在保证机械强度情况下，复合材料金具将是一种最节能的。虽然在使用时面临机械强度有待提高、耐久性不足等问题，但因其质轻价廉、节能显著等优点让它仍有深入研发的价值，发展前景广阔。

3.4 更换金具部件以隔断磁路

把传统铸铁、铸钢悬垂线夹中的导线压板和U形螺栓更换成无磁钢材料部件来隔断金具中闭合磁力线回路，从而减少涡流的产生，降低涡损，达到节能降损目的。这种金具部件组合模式对于老旧运行路线的节能改造是十分有利的。运检部门只需更换两个线夹部件，并不更换线夹本体和挂板，降低改造成本，简化停电更换工作程序，让施工可操作性更高，方法更简单。

3.5 优化金具结构设计

金具结构设计除了强调结构强度和电气性能外，还应考虑到体积重量和节能问题。采用镂空和加强筋等制造工艺，可减少金具材料的横截面积和厚度，从而有效减少金具中涡流的产生，降低涡损。

3.6 优化金具选型方法

遵循全寿命周期的设计理念，准确计算金具全寿命期内的总动态投资费用（包括建设成本、运行损耗成本、故障维护及损失成本、技改报废成本等），统筹考虑金具的总费用成本、使用寿命、安全可靠性、环保节能等全过程要素，建立一种输电线路金具全寿命周期综合效益评价模型。在输电线路工程金具选型时，要结合该工程的相关数据和情况，对多个不同型号金具进行多方案比选，展开全方位、全过程的综合性评价。在满足机械强度和电气性能等使用功效下，兼顾到节能环保问题，将全寿命周期内综合成本最优作为金具的推荐选型依据，有利于提高输电线路工程资产总体经济、社会和环保效益。

4 结语

要做好输电线路金具的节能降耗，应从实际出发，结合地区特点，积极慎重地采用新技术、新工艺、新设备、新材料，推广采用节能环保的先进技术和产品。

参考文献：

[1]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，2008，9（5）：2831.

[2]宋宁宁，王景朝，严行建，等.高效节能系列电力金具的研制与应用[J].电网与清洁能源，2010，26（9）：3437.

作者简介：连永扬（1991），男，汉族，广东佛山人，本科，主要从事输电线路工程方面的研究。