新型金具研究及推广应用

阮淮振

[摘    要]为响应国家电网公司技术创新及国家“十四五”提出的“数字制造”“智能制造”，提高输电线路安全运行可靠度，方便施工、运行，推荐几种 “高强度、轻量化、节能型”的新型线路金具及改进型地线绝缘子间隙。推荐使用紧固防振锤、耐磨型U型挂环、板-尖间隙、永固螺母、圆形复合式防盗螺母。

[关键词]紧固防振锤;耐磨型;永固螺母;复合式防盗螺母

[中图分类号]TM216 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2022）05–00–04

Research and Promotion of New Metal Tools

Ruan Huai-zhen

[Abstract]In response to the technological innovation of State Grid Corporation of China and the "digital manufacturing" and "intelligent manufacturing" proposed by the country's "14th Five-Year Plan"， to improve the safe operation reliability of transmission lines and facilitate construction and operation， this paper recommends several "high-strength， light-weight" "Quantitative， energy-saving" new line fittings and improved ground wire insulator gaps. This article recommends the use of tightening anti-vibration hammers， wear-resistant U-shaped hanging rings， plate-tip gaps， permanent nuts， and round composite anti-theft nuts.

[Keywords]tightening anti-vibration hammer; wear-resistant type; permanent nut; compound anti-theft nut

线路金具是输电线路的重要组成部分，在输电线路中所占投资较虽小，但对线路安全运行影响很大，金具的作用已经溢出了其本身的范围而影响到杆塔、导地线、绝缘子串等输电线路上其他体系。因此，金具必须具有很高的可靠性。

线路金具应采用新材料、新工艺和新技术并具有高强度、轻量化，受力均匀、合理等特点，满足线路运行出现的各种荷载要求。线路金具应选择低噪声、标准化的金具，其通用性、互换性便于线路施工和运行维护。

随着社会对电能的需求增加，输电线路电压越来越高，电力系统越来越强大，对金具的技术要求也越来越高。为使新型金具、品质优良的产品广泛应用于电力线路之中，同时也提高工程的设计质量，提高线路安全运行度，本文对新型金具开展了研究。

1 紧固防振锤

电力金具中防振锤的技术含量最高，制造难度最大。防振锤滑移后，便会降低甚至失去防振性能，甚至在滑移的过程中磨损擦伤架空线，威胁线路运行安全。

防振锤产生滑移的原因可归类为以下几种：

（1）重力沿导线轴线方向分力的作用。

（2）材料选择产生影响。

（3）架空线蠕变伸长引起松弛产生影响。

针对上述问题，推荐在重要交叉跨越档使用紧固防振锤。

紧固防振锤采用新型夹头双螺栓固定，增大了与导线的接触面积，并且夹头内壁设置纹络，并附加特种耐老化复合橡胶垫，该设计可使夹头与架空线紧密贴合，起到防滑移作用，避免了微风振动时夹头与架空线产生反复摩擦而损坏导线[1]。

在本新型防振锤设计时，充分调研了防振锤的型式、原理及国内外研究方法及研究成果，从材料、结构等基础理论开始，采用新材料、新技术、新科技手段，对防振锤结构、型式等进行设计，创建自己的关键技术。

2 耐磨型U型挂环

U型挂环由于连接简单、转动灵活、自由度多等特点在架空输电线路上应用广泛。现有U型挂环多采用碳素结构钢（Q235）、优质碳素结构钢（35#）等材料制成，这些材料耐磨性能一般。

U型挂环工作时接触为线接触，接触应力很大。近年来，我国多地运行线路出现U型挂环严重磨损情况，磨损率或者磨损量甚至达到50%以上。U型挂环通常用作绝缘子串和金具串的联塔金具，在使用过程中若失效，将会给输电线路带来严重后果。

线路运行中，引起U型挂环环体磨损的因素主要有以下两个方面：

（1）环境因素。架空线路长年在大气中运行，受大風、冬季舞动、覆冰等恶劣气象条件的影响使导线不停振动而引起附加应力，虽比正常运行应力小很多，但频繁出现的交变弯曲应力、长时间和周期性的振动将导致金具疲劳损坏，甚至断线事故。

（2）金具自身的设计。U型环环体与其他金具连接处为干摩擦，摩擦后镀锌层被破坏，存在铁锈，加上雨水的锈蚀，加速了金具的磨损。

为解决上述磨损问题，推荐一种耐磨型U型挂环金具。

耐磨型U型挂环由普通U型挂环、轴承钢片、环形钢套组成。与普通U型挂环相比，在结构上做出的改进如下：U型挂环本体的环体部位衬套轴承钢片，挂孔处衬套环形钢套，U型挂环的螺栓外也衬套环形钢套。

轴承钢片与环形钢套选用耐磨性能良好的GCr15轴承钢材料制成。轴承钢片的形状为与U型挂环环体部位相配合的弧形，弧形厚度取2～5 mm。环形钢套分别与U型挂环挂孔、螺栓配合，其中U型挂环挂孔衬套环形钢套厚度取4 mm，螺栓外衬套环形钢套厚度取3 mm。衬套厚度的确定，综合了以下三个因素：①金具的耐磨性能;②金具本体与螺栓和衬套之间的作用力;③金具重量的增加。

环形钢套的内外表面均采用光滑表面。为了实现金具本体和螺栓的配合使用，金具挂孔内衬环形钢套的内径与螺栓内衬环形钢套的外径差值取0.8～2 mm，该设置能保证螺栓在内衬环形钢套后能顺利地安装于设置了内衬环形钢套的金具挂孔内。环形钢套为光滑表面环形体，目的是减小金具本体和螺栓在使用过程中的摩擦磨损。

金具本体和螺栓设置轴承钢片和环形钢套均采用过盈配合热套安装，其中配合的过盈量控制在0.02～0.03 mm。安装后金具整体热镀锌，以提高金具的耐腐蚀能力。

本耐磨型U型挂环结合了轴承钢耐磨性能好，结构钢易于生产制造且机械性能稳定的特点，与常规U型挂环相比，耐磨性能显著提高，可极大提高金具的使用寿命。

3 圆钢接地引下线固定挂钩

输电线路接地装置包括接地体和接地引下线，目前110 kV及以上电力线路接地引下线多采用扁钢或圆钢。由于运行环境恶劣，接地引下线容易发生腐蚀，腐蚀最严重部位位于空气与土壤交界-20～10 cm处，腐蚀机理多为电化学腐蚀。在具有同等热稳定性时，相较于扁钢，圆钢与土壤的接触面积小，耐腐蚀性能要强一些，由此，圆钢引下线在多个线路工程中得到应用。

对于接地引下线安装，施工标准工艺中要求接地引下线应平敷于基础及保护帽表面;引下线煨弯宜采用煨弯工具，应避免在煨弯过程中引下线与基础及保护帽磕碰造成边角破损影响美观。但实际施工中，通常会由于施工人员责任心不强、监督力度不大、施工难度等原因，接地圆钢引下线并没有紧贴塔腿引下，而是翘离塔腿引至保护帽附近，影响了接地引下线的整齐与美观。为解决该问题，推荐在不影响塔腿角钢受力的情况下，在杆塔接地孔下方再设置两个直径13.5 mm的孔，间距50 mm，利用挂钩配以M12螺栓如图1所示，将圆钢引下线加以固定。

其特点如下：

（1）采用两个挂钩，一个正钩、一个反钩，可使圆钢引下线牢牢紧贴在塔腿上，并可有效避免圆钢从挂钩中脱出，保证了接地引下线从接地孔至保护帽段的整齐与美观。

（2）挂钩采用螺栓与塔腿连接，连接方式简单，施工方便。挂钩可以拆卸，保证了设置挂钩不会妨碍引下线从塔腿断开以测量杆塔接地电阻。

4 板-尖地线绝缘子间隙

架空线路架设地线起初目的主要是通过杆塔接地用于防雷保护，兼有降低线路零序阻抗、降低工频过电压、降低对通信设施的干扰影响等作用，采用逐基接地方式。但是，架空地线与导线间存在电磁感应，架空地线中产生较大的感应电流。为了减小该感应电流以降低电能损耗，实现架空地线节能，并综合考虑架空地线防雷、通信性能，架空地线可采用绝缘单点接地方式，并采用带并联间隙的地线绝缘子。正常运行时地线对地绝缘，在雷击或接地短路故障时与绝缘子并联的间隙击穿使地线接地。

传统的地线绝缘子间隙为板-棒型式，其板极是利用抱箍固定在地线绝缘子的钢帽上，板极的抱箍可以绕钢帽随意转动，因此，在地线受长时间微风振动后板极容易松动，导致地线绝缘子间隙变形，失去了地线绝缘子的功能。间隙过大，不易击穿，起不到保护作用;间隙过小，易产生火花放电，有时甚至直接短接，长时间放电会加速绝缘子老化，严重的会造成绝缘子钢帽与钢脚分离，形成脱串，近几年已有多次地线绝缘子脱串事故发生。

针对该问题设计一种新型的地线绝缘子间隙，即板-尖间隙，将容易松动的抱箍紧固方式改为螺栓紧固方式，同时将原平行接近间隙改为垂直可调间隙。

其特点如下：

（1）板极和针极均利用螺栓固定，不易松动，减小了运行维护量。

（2）板-尖间隙距离可灵活调整，可控度高，施工运行方便。

（3）间隙为板-尖型式，即使板或尖有微小变形，也只能在垂直间隙方向移动，同样能保证间隙值。

该类型地线绝缘子间隙已在500 kV线路上试用，效果较好，其他电压等级的线路已有多条安装，所有线路至今未发生间隙变形情况，极大地减少了运行维护工作量，受到了运行单位的极大好评，如图2所示。

5 永固螺母

永固螺母的构思就是在螺母与螺丝之间揳入楔子以发挥防止松动的作用。一旦拧紧就无需维修，可以节省庞大的保养检修费用。

原理：在一个螺丝钉上使用呈“凹”“凸”形状的两种螺母。下方呈凸状的螺母，在加工时中心稍许错动（偏心加工），起到楔子的作用。上方呈凹状的螺母，则不作偏离中心的加工（圆形加工），形成了锤子揳打楔子的功能。

永固螺母用在输电线路重要交叉跨越杆塔上，可防止杆塔上紧固件的松动，极大减少运维检修人员的工作强度，节省庞大的保养检修费用，保障电网运行安全，具有极好的经济社会效益。

6 圆形复合式防盗螺母

在电力安防故障类型中，故障类型排在首位的是由于铁塔倒塌造成的线路故障，这一故障类型主要是因为输电线路铁塔塔材以及紧固件的丢失所造成的。在电力基建部门的作业指导书中，明确提出在输电线路铁塔的建立期间使用防盗螺母对输电线路铁塔进行防护。

目前输电线路铁塔使用较多的螺母主要是普通国标六角螺母、异形螺母、滚珠（针）式防盗螺母、扭滑式防卸螺母。普通国标六角螺母造价低廉，使用方便，但本身不具备防盗作用，容易造成人为外力破坏;异形螺母需使用专用扳手安装拆卸，但内部缺少防盗装置，使用管钳等工具即可拆卸;滚珠（针）式防盗螺母外观为六边形，普通扳手可安装，内部防盗装置可进行防拆卸，但因有受力点使用普通扳手可进行强力拆除;扭滑式防卸螺母外部六角形状，内部圆环状，使用时，将螺母紧固后继续使用扳手增加扭矩，使外部六角形状滑脱，但施工稍复杂，内部没有防盗装置。

通过分析目前常规螺母的优缺点，本文结合滚珠式防盗螺母与扭滑式防盗螺母的特征，进行外观与内部的双重升级，推荐一种新型防盗螺母——圆形复合式防盗螺母。

圆形复合式防盗螺母选用优质低碳钢制作，全体防腐处理，采用分体式结构，分为主体和圆环两部分，主体为六角形状，内部放置有止退装置，螺母下端为圆环形状[2]。

与其他防外破坏紧固装置相比，圆形复合式防盗螺母对架空输电线路防外破坏具有很大的实用价值，主要优点如下：

（1）上半部六角形结构使得这种防盗螺母在安装过程中可以使用普通工具安装，而不需要像其他螺母一樣必须使用专用工具;

（2）圆形复合式防盗螺母的上端面同样为复合式结构，即在六边形的外框里有一个圆形的凹槽，这一结构使得这种防盗螺母在达到规定扭矩后，六角形的外框容易产生形变使得扳手松脱，且上半部六角形经过全自动生产设备进行打磨处理，使拆卸时更容易发生形变，起到定扭矩、防盗的作用;

（3）当有盗卸力矩作用于螺母的六角部分时，上端六角形状因为力的作用形变为圆形，使扳手等拆卸工具无法拆卸。由于这种结构的形变作用，使得盗卸力矩未能达到防盗结构的防盗力矩就使扳手松脱，从而达到很好的防盗效果;

（4）螺母主体内部放置有止退装置，其组成部件有挡块、弹簧、钢珠，当螺母发生拆卸动作时，内部止退装置开始工作，内部的的钢珠压缩弹簧，当达到一定扭矩时内部钢珠与弹簧不再发生压缩形变，内部止退装置会阻止螺母拆卸动作，从而达到防拆保护。

7 结束语

根据输电线路中的几种金具在运行中出现的问题，分析原因，提出了新型金具，并给出了解决措施。

参考文献

[1] 康宏，俞伟勇，俞辉.降低架空输电线路防振锤滑移率的研究[J].浙江电力，2015，34（1）：3.

[2] 梁前晟.输电线路拉线UT线夹防盗螺母的研制[J].电力学报，2006，21（1）：39-40.