节能金具在油田高压输电线路上的应用

张墨

（中国石油集团电能有限公司供电公司）

金具是输电线路安全稳定运行中重要组成部件，电力金具质量好坏对整个线路的安全、稳定、高效运行有着至关重要的作用。目前供电公司管辖的35~110 kV 线路长度合计约3 800 km，大约有2 万多基杆塔，线路最长投产运行近30 a，线路使用的都是传统的铸铁型耐张线夹、悬垂线夹、防振锤等金具。铸铁金具由于磁滞损耗大，功率损耗多，易造成导线过热、机械强度下降等隐患。由于输电线路目前所使用的金具数量大，因此造成的损耗和经济损失也相当可观，为了保证输电线路能够有效实现资源节约、经济平稳运行，在电网目前新技术，结合国家“资源节约型、环境友好型”社会背景下，努力推广应用输电线路新型节能金具势在必行。

1 铸铁线路金具的耗能弊端

中油电能供电公司所管辖线路绝大部分采用铸铁和螺栓组合成的耐张线夹、悬垂线夹以及防振锤。用这种材料制成的金具在导线中通过交变电流时形成一个闭合的磁回路，铁磁物质在交变磁场作用下反复磁化的过程中，其磁感应强度的变化总是滞后于磁场强度的变化，这就是所谓磁滞现象。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。构成闭合回路的电力金具在反复磁化过程中，因为磁畴反复转向导致的这种功率损耗，就是所谓的磁滞损耗。根据电磁感应定律，这一交变磁场在金具内部也会产生感应电动势和感应电流，即涡流。由于钢铁材料电阻的存在，必然产生功率损耗，即涡流损耗。当电流增大时，磁滞损耗随磁通密度的1.6~2.0 次方上升，涡流损耗随磁通密度的2.0 次方上升。涡流和磁滞损耗产生的热量使金具内的导线温度升高（当导线中通过400 A 电流时，铸铁线夹比节能型铝合金线夹温度高17 ℃，损耗多30 W），同时造成该处导线的机械强度下降，加之线路震动，导线就会在线夹处断股，缩短了线路的运行年限[1-2]。

2 铸铁金具与新型节能金具对比分析

目前国内节能金具主要有聚碳酸酯、无磁性球铁、铝合金等新型金具。通过综合分析比较，前两种金具由于生产过程和生产工艺比较复杂等原因，在目前电力系统中还没有得到大力的普及和广泛应用。

铝合金金具具有较强的硬度和导电性，同时也能有效地隔断磁路，消除导电线路对电力配件影响。铝合金材质同时也具有质量轻、较强的耐腐蚀性等特点，尤其是当外界温度过低，电路中电流较强时，铝合金比传统铸铁金具导电性能更好。

铝合金的耐高温性能强于铁质材料，所以被国内电力公司广泛使用，大力推广。例如目前用高强度铝合金研制的耐张线夹NLD-J、悬垂线夹XGU-J、DBY 节能型预绞式防震锤，属于节能螺栓型铝合金金具，正在逐步代替传统铸铁金具，他们普遍具有磁滞损耗小、重量轻、安装方便等优点。

目前该公司已经按照更换计划，逐年将铸铁金具更换为新型铝合金节能金具，二者主要性能对比如下。

2.1 结构对比

1）铸铁型耐张线夹螺栓多，固定点多，隐患点也相应增多，同时直面设计对导线的握力不如曲面。节能型耐张线夹NLD-J 螺栓少，可以减少隐患点，同时固定点减少后不仅没有减少握力，而是采取斜装U 型螺栓和弧形结构设计，反而加大对导线的握力[3-5]。

2）铸铁型悬垂线夹线夹船体与挂板连接处采用开口销子固定。 节能型悬垂线夹XGH 船体与挂板采取一体式，这种结构可以杜绝因开口销子磨损断裂致使悬垂线夹脱落的隐患。压条与导线的接触为有弯曲度的圆弧面，增大握力的同时也不易使导线产生变形。

3）铸铁型防震锤FD 长期运行后，螺栓对导线的压力松弛，导致握力下降，防震锤发生位移。DBY 节能型预绞丝防震锤安装方便，无需专用工具。免维护，预绞式安装无螺栓，有效防止防振锤滑移的现象，且不会对挂点造成损坏。 FDB 节能型防震锤连接部位采用不锈钢六角螺栓固定，不易发生锈蚀情况，同时不锈钢材质扭力比铸铁材质要大，与导线连接更紧固。

4）铸铁型并沟线夹随着长期运行后，存在线夹与导线连接不紧密情况，使接触电阻增大，导致连接处过热现象的发生，严重情况下还会引发导线脱落。安普线夹是由线夹壳体和楔块两部分组成，安装时楔块装入线夹壳体，通过液压枪打入，从而使线夹导线紧密连接，并且没有螺栓连接，可以有效减少连接点，起到免维护的作用。JBJ 型线夹设计根据一定的力学原理，使导线受压力方向与螺栓形成一定角度，使螺栓能提供对导线更大的压力，保证线夹与导线的良好接触[6]。

2.2 质量对比

铸铁型耐张线夹、悬垂线夹与新型节能型线夹质量对比见表1，通过对比可以明显看到节能型结构轻巧，重量比铸铁型耐张线夹和悬垂线夹都轻。

表1 铸铁型耐张线夹、悬垂线夹与新型节能型线夹质量对比Tab.1 Comparison of the quality between cast iron tensionresistant wire clamp and suspension clamps and new energy conservation wire clamp

2.3 能量损耗对比

根据北京电力研究所数据对比，铸铁型金具磁损较大造成能耗大，节能型金具磁损和能耗小，更节能[7]。铸铁型耐张线夹、悬垂线夹与节能型功率损耗对比见表2。

表2 铸铁型耐张线夹、悬垂线夹与节能型功率损耗对比Tab.2 Comparison of the quality between cast iron tensionresistant wire clamp and suspension clamps and energy conservation power loss

3 节能金具的优势

新型铝制节能金具与传统铸铁金具相比，其优势有以下3 方面：

1）技术先进性。节能金具的设计研制并不只是在耗能金具材质上以铝合金替代可锻铸铁，而是在结构上进行了改进[8]。新型节能线夹结构轻便，可以通用；线夹表面不易氧化，可以适应不同环境，无需担心线夹锈蚀问题；节能线夹的质量仅为传统铸铁线夹的1/2~1/3，不仅施工十分方便，而且提高了工作效率，保证施工速度与安全性。

2）经济合理性。节能金具的经济合理性主要表现为加工制造过程中的能源节约和线路运行中的节能降耗。旧的电力金具主要以可锻铸铁为主题材料，采用铸造加工的生产工艺，产品还需表面镀锌，铸造和镀锌都是高耗能和高污染的工艺。节能金具以高强度铝合金为主，采用挤压、压铸等先进工艺，且表面不必热镀锌处理，能耗和污染大为降低。节能金具的节能效应已在运行和试验中被证明是十分显著的[9]。经电网专家研究论证，如线路上应用最普遍的NLD 型耐张线夹通以500 A 的电流，耗能65 W，每年可使用8 000 h，每只NLD-4 耐张线夹每年的能耗损失为312 元。如果以油田电网保守检修、新改扩建每年使用7 000 套计算，总计能耗损失达到218.4 万元，可见节能效应带来的经济效益也相当可观。

3）电连接可靠性。使用新型的节能金具使电连接的可靠性极大提高，承力金具采用高强度铝合金，强度高、握力好，对导线几乎无损伤，改变了过去电连接只是依靠一般紧固件连接，易发生连接不紧脱出、甚至脱落等故障。使用新型节能金具，可以使接头处所产生的断线事故大大减少，有效的提高了供电可靠性以及减少后期维护的工作量[10]。

4） 免维护效果好。悬垂线夹、预绞式防震锤、安普线夹等，与传统铸铁造件相比，具有良好的机械强度，避免了传统铸造中存在的气孔、砂眼和缩松等缺陷。整个合金金具力学性能和表面工艺优势大大延长，有利于线路更长时间稳定、安全运行，基本达到一次安装后免维护效果。节能金具的先进结构，又使线路设备向长寿命、零故障、免检修迈进了一大步，从而减少了运营维修频率，大幅度节约了线路维修的费用，节省了日后投入大量人力物力[11]。

4 应用情况

供电公司所辖线路上使用的电力金具基本上是用可锻铸铁为主的磁性材料制成，由于结构上构成闭合磁回路形成磁滞和涡流损失，造成能耗浪费十分巨大，并且锈蚀严重，经常出现发热现象。为克服以上现象，现已在110 kV 奔腾甲线、35 kV 奔南线、35 kV 赵五线等33 条线路上更换了节能金具作为试验，试验效果良好，用铝线夹代替铁线夹具有明显的节能效果。同等运行条件下，对导线通过400 A 大电流作试验，2 h 后进行远红外测温，普通型铸铁质悬垂线夹比节能型XGH 悬垂线夹最高温度约高出31 ℃。通过试验可以看出，节能金具试验效果良好，有效避免过热等缺陷，可推荐使用。

经过公司电网专家研究论证，整个铝合金线夹节能效率在90%以上。以悬垂线夹为例，一只传统铸铁性悬垂线夹能耗功率约为30 W，而新型铝合金悬垂线夹能耗功率仅为2 W，每只悬垂线夹可节省能耗功率约28 W，则每年可节省能耗功率约245 kW。以输电线路设计运行30 a 为底限，每只悬垂线夹运行周期内可节省能耗功率多达7 358.4 kW，同理还可算出其他线夹节省电能[12]。单单仅公司目前运行电网就有各类金具十几万只，如果逐步用新型铝合金线夹取代传统线夹，带来的节能效益是巨大的。

5 结论

输电线路数量多、铸铁型金具安装使用年限较长，由于通过的电流大，损耗大，所以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、施工方便的节能金具代替老式高耗能、粗大笨重的金具是线路建设和改造的必然需要。节能金具的先进结构，减少了营运维修频率，大幅度节约了线路维修费。节能型金具降低了电能损耗，节能效果明显。