间隙型增容导线配套金具的研制及应用

冷档定

摘 要：间隙型增容导线是一种在钢芯和铝层之间具有特殊结构（间隙）的耐热导线，其具有弧垂小、容量大、性价比高的特点。为适应该导线的特殊结构和特殊材料，与之配套的部分金具需要特别研制，其金具的应用也与普通钢芯铝绞线金具有所不同。由此，本文主要分析间隙型增容导线配套金具的研制及应用。

关键词：间隙型增容导线;金具;研制;应用

中图分类号：TM751文献标识码：A文章编号：1003-5168（2020）04-0042-03

Abstract： Gap type conductor is a kind of high temperature conductor that has a unique construction featuring （gap），which offers excellent sag ， large current-carrying capacity and low cost. The special construction of gap type conductor requires that the fittings be specially designed. Application of fittings for the special conductor is not as same as the fittings for ACSR. Therefore， this paper mainly analyzed the development and application of the fitting fittings for the gap type compatibilizing conductor.

Keywords： gap type conductor;fittings;development;application

1 间隙型增容导线概述

间隙型增容导线是一种在钢芯和铝层之间具有特殊结构（间隙）的高温低弧垂（HTLS）导线，其主要特点是在钢芯和耐热铝合金型线之间留有间隙，间隙内充有特殊耐热润滑油膏，减少了钢芯与内层铝合金型线之间的摩擦。架设间隙型增容导线时，在耐热铝合金线部位不施加任何张力，仅在钢芯上施加张力进行紧线，因此导线的弧垂主要取决于钢芯的膨胀系数。间隙型增容导线钢芯部分采用了超强钢丝，超强钢丝的膨胀系数只有普通钢芯铝绞线的1/2[1]，因此，当导线的温度上升到紧线温度以上时，其弧垂会比普通钢芯铝绞线小得多，故而可大大增加允许传输电量。同时，部分或全部铝线股采用梯形股线结构，提高了填充系数，增加了导线的载流面积。图1为一种公称截面积为410 mm2规格的间隙型增容导线结构图。

根据绞合不同等级的耐热铝合金，间隙型增容导线的连续运行温度分别为150、210 ℃和230 ℃，输电容量为常规导线的1.5～2.2倍。鉴于间隙型增容导线的特殊结构和特殊材料，为了更好地满足线路传输需要，最大限度地发挥间隙型增容导线的优势，间隙型增容导线配套的部分金具需要特别研制。

2 悬垂线夹

悬垂线夹的作用是将导线固定在直线杆塔上，是线路中使用数量较多的金具之一。对于耐热导線，除了要考虑满足具体导线结构尺寸、线路运行载荷及悬垂线夹设计导则要求外，还应重点关注导线大电流、高温对悬垂线夹机械和电气性能的影响。由于架空线路一般都采用绝缘子部件，而各类绝缘子均有一定的使用温度限制，为保证绝缘子串安全运行，需要偏安全地要求当采用最简单直接（最短）的联接时，绝缘子（钢脚）连接金具处温度≤70 ℃。

由于间隙型增容导线的结构特点和施工运行需要，悬垂线夹除对导线有一定握力要求外，对钢芯与梯形铝线之间也有握力要求，以保证钢芯在悬挂点不随意窜动。对于平坦地形，这一要求值一般为5 kN。经比较分析，改进的螺丝椭圆形悬垂线夹包缠护线条结构形式能较好地满足上述要求。

间隙型增容导线的悬垂线夹导线电流较大，为减少磁滞损耗和涡流损耗，本体采用高强度铝合金制造;为适应高电压线夹自身的防电晕性能，线夹出口为大翻边流线型设计。

悬垂线夹护线条采用特制的耐高温护线条，既提高了导线刚度，降低了线夹出口处的微风振动，增大了悬垂线夹对导线的握力，又保持了握力的稳定性。同时，护线条的使用降低了导线与悬垂线夹接触段的电阻，增大了散热面积，从而有效地降低了悬垂线夹的温度。

经实测，悬垂线夹的破坏载荷对导线的握力、钢芯与铝层的握力均大于设计要求。悬垂线夹处的温度远远低于导线运行温度，当导线（短时）运行温度达到240 ℃时，传导至绝缘子钢脚处的温度仅为60 ℃左右，能保证线路正常运行。

3 耐张线夹

耐张线夹一般有压缩型、螺栓型、楔型、预绞式等几种结构形式。其中，螺栓型耐张线夹对导线的压力不均匀，导线变形较大，且易受到损伤;而楔型耐张线夹制造复杂，成本较高;普通预绞式耐张线夹不适合钢芯与铝绞线分离的间隙型增容导线结构。因此，选用压缩型耐张线夹为间隙型增容导线的耐张线夹结构形式。

由于需传送较大的电流，因此，间隙型增容导线的耐张线夹截面尺寸比一般的钢芯铝绞线耐张线夹要大。与此同时，由于间隙型增容导线采用了超强钢丝，因此其钢接续管的尺寸也必然有所增大。间隙型增容导线的运行温度较高，耐张线夹的运行温度势必也较常规耐张线夹高。单从现行标准考虑，压缩式耐张线夹虽然可以在低于导线运行温度下（200 ℃）运行，但由于存在电气（螺栓）接触面，考虑电化腐蚀、蠕变效应等多重影响，耐张线夹的最高运行温度应小于120 ℃。

随着温度的升高，作为耐张线夹引流体的铝合金金属材料的物理性能会发生一些变化。例如，其电阻会增大，经长期高温蠕变影响，压接后对导线的握力也会降低。由此，铝管本体一般采用电阻值较小的铝合金材料制成。同时，铝管内孔尺寸适当加大，铝管口加工有合适的斜梢。若采用与普通钢芯铝绞导线耐张线夹相同的压接工艺，由于内孔尺寸增大，圆形管压成六角形后，铝管的初始压力较小。握力受高温影响较小，线夹出口导线应力较低，保证了金具的综合性能，提高了金具寿命。耐张线夹结构如图2所示。

在产品设计过程中，通过三维设计及有限元分析，可优化耐张线夹的外径和长度比例。对GZTACSR410导线配套耐张线夹NY-410GT进行导线与耐张线夹的常温握力试验，握力值均大于134 kN，超过导线计算拉断力的95%。耐张线夹导线接续处两端点之间的常温电阻只为同样长度导线常温电阻的1/3。

对GZTACSR410导线配套耐张线夹NY-410GT进行导线与耐张线夹的高温握力试验，将导线通过大电流使温度升至210 ℃，保温1 h后进行高温握力试验。经试验可知，耐张线夹对导线在210 ℃高温时握力均大于导线计算拉断力的81%，远大于钢芯的全部计算破断力（占导线计算拉断力的57%），能完全满足线路高温运行要求。耐张线夹导线接续处两端点之间的高温电阻约为同样长度导线高温电阻的35%。

将4套耐张线夹NY-410GT和GZTACSR410导线组合成热循环试验回路，参照现行《电力金具试验方法 第3部分：热循环试验》（GB/T 2317.3—2008）[2]，经100次210 ℃的高温热循环后，耐张线夹能满足现有试验验收准则的要求。热循环结束后，耐张线夹的电阻无明显变化，耐张线夹对导线常温握力仍能满足大于导线计算拉断力的95%的要求。

同样，对热循环后的耐张线夹进行高温握力试验，耐张线夹对导线的握力均大于钢芯的全部计算破断力。

在导线温度升高至240 ℃时，钢锚环的温度约为65 ℃，将不会影响耐张串绝缘子的正常使用。

4 接续管

接续管的设计基本遵循了耐张线夹的设计原则。接续管由铝合金管和优质钢管两部分组成。为保证金具在高温下的机械性能和电气性能，铝合金管的长度和直径都有所增大，这样既降低了金具的电阻，又提高了金具的对流散热面积。鉴于间隙型增容导线的特殊结构，如果在一个紧线区间内压接多个接续管，间隙型增容导线的特点将会部分消失。为最大限度地发挥导线的性能，接续管的标准数量是1个，如果同时应用两个或两个以上的接续管，必须在施工中仔细调整导线运行张力，并获得导线最大的运行张力。

5 防振锤

防振锤采用4D系列防振锤，如图3所示。该产品具有四个谐振频率，频率响应范围广，基本覆盖导线微风振动产生的频率范围。同时，防振锤采用一根具有高灵敏性的钢绞线，具有良好的抑制微风振动的性能。防振锤锤头表面热镀锌，锤头为音叉式，与钢绞线采用特制胶水黏结，大大降低了锤头与钢绞线连接处腐蚀的情况，能有效延长防振锤的使用寿命。同时，与导线接触的线夹采用铝合金制造，线夹和锤头均采用流线型设计，有效地降低了磁滞损耗、涡流损耗和电晕损耗。

由于间隙型增容导线的钢芯和铝线间存有间隙，钢芯和铝线的固有振动频率不同，加之间隙内充有耐热油膏，其导线自阻尼性能较好，因此可适当减少防振锤的安装数量。

6 间隔棒

当采用多分裂间隙型增容导线，考虑到分裂导线的特征和导线电流大、电磁吸引力大等多种因素，有时需使用或加装间隔棒。间隔棒采用线夹带胶瓦的阻尼间隔棒，线夹采用定力矩螺栓进行紧固，确保对导线握力一致。由于导线运行时表面温度较高，而常规线路上间隔棒所用橡胶件的温度一般不超过70 ℃，因此需要采用耐高温性能良好的阻尼硅橡胶元件及电阻率适宜的EPDM進行配对组合。在高温运行条件下，橡胶件的邵氏硬度变化小于5度，压缩永久变形不超过30%，并能保持适合的弹性和间隔棒的整体电阻，满足线路高温、大电流、高电压运行条件。间隔棒示意图如图4所示。

7 假耐张串

为最大限度地发挥间隙型增容导线的性能，考虑到线路施工中的实际情况，当在一个耐张段内直线杆塔数量较多时，必须采用假耐张串装置，将紧线区间中央部位直线杆塔的悬垂线夹改为一对反向安装的耐张线夹。为便于使用，联接金具中采用了一对调整板。假耐张串结构如图5所示。

8 结语

对间隙型增容导线配套的悬垂线夹、耐张线夹、接续管、防振锤和间隔棒的特点进行了分析，研制了适合间隙型增容导线的配套金具，满足了输电线路增容改造的需要。相关金具经多年实际运用，运行状态良好。

参考文献：

[1]尤传永.增容导线在架空输电线路上的应用研究[J].电力设备，2006（10）：1-7.

[2]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会.电力金具试验方法 第3部分：热循环试验：GB/T 2317.3—2008[S].北京：中国标准出版社，2008.