宋寧寧，王景朝，嚴(yán)行建

（1.江蘇宇飛電力科技有限公司，江蘇宿遷 223800；2.中國電力科學(xué)研究院，北京 100055；3.江蘇省電機(jī)工程學(xué)會，南京 210024）

高效節(jié)能系列電力金具的研制與應(yīng)用

宋寧寧1，王景朝2，嚴(yán)行建3

（1.江蘇宇飛電力科技有限公司，江蘇宿遷 223800；2.中國電力科學(xué)研究院，北京 100055；3.江蘇省電機(jī)工程學(xué)會，南京 210024）

0 引言

目前，我國輸電線路上的電力金具材料基本有2種：一種是以可鍛鑄鐵為主的鐵磁材料制成，這種材料制成的金具在使用中會產(chǎn)生渦流損耗和磁滯損耗，且渦損耗十分嚴(yán)重，存在電能損耗極大、易產(chǎn)生電暈、易損傷導(dǎo)線、安裝不方便、勞動(dòng)強(qiáng)度大等缺點(diǎn)；另一種是生產(chǎn)電解鋁產(chǎn)生的鋁及鋁合金材料制造的電力金具，制造成本較高，且屬于國家限制發(fā)展行業(yè)，不能滿足輸電線路的經(jīng)濟(jì)需求。

目前電力工業(yè)面臨節(jié)能減排、環(huán)境保護(hù)和智能電網(wǎng)戰(zhàn)略的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，必須進(jìn)行篩選，淘汰高污染、高能耗等落后的系列電力金具，研制開發(fā)高效節(jié)能、符合“綠色”環(huán)保、滿足電力工業(yè)的發(fā)展和智能電網(wǎng)需求的系列電力金具。

1 國內(nèi)外高效節(jié)能電力金具發(fā)展概況

在國外，目前美國、俄羅斯、西班牙和日本正在全力以赴地研發(fā)和應(yīng)用高效節(jié)能的系列電力金具，如美國正在研究開發(fā)的碳纖維桿塔和部分金具、俄羅斯的輕質(zhì)四分裂導(dǎo)線間隔棒、西班牙的高分子復(fù)合型螺栓形耐張線夾和懸垂線夾、日本的改良型全塑防振鞭、澳大利亞的絕緣導(dǎo)線三分裂間隔棒等。澳大利亞用高強(qiáng)度高分子復(fù)合材料研制絕緣導(dǎo)線三分裂間隔棒（見圖1），產(chǎn)品已大量應(yīng)用于泰國輸電工程。在國內(nèi)，絕緣導(dǎo)線配套的耐張線夾芯套和OPGW地線光纖復(fù)合導(dǎo)線應(yīng)用防振鞭及預(yù)絞絲懸垂線夾外套等，均采用各種不同性能的復(fù)合高分子材料制造。

圖1 澳大利亞的絕緣導(dǎo)線三分裂間隔棒

目前國內(nèi)節(jié)能金具主要通過以下3種方法實(shí)現(xiàn)節(jié)能：一是采用鋁和鋁合金材料；二是采用低磁鋼材料；三是采用切斷磁路方法減少電能損失。這3種方法共同的弱點(diǎn)是能耗和成本太高，且后二者沒有實(shí)際運(yùn)行，這都不能從根本上解決節(jié)能減排問題，不宜作為高效節(jié)能金具的發(fā)展方向，具體原因如下。

第一種方法：鋁和鋁合金作為電力金具制造材料，已成功應(yīng)用近50a，具有許多優(yōu)點(diǎn)，但生產(chǎn)鋁制品源頭產(chǎn)品是電解鋁，電解鋁生產(chǎn)是高能耗和高污染產(chǎn)業(yè)，是目前國家產(chǎn)業(yè)政策嚴(yán)格限制的產(chǎn)業(yè)，鋁和鋁合金作為金具制造材料，存在成本較高、收益周期短、污染環(huán)境等弊端，不符合節(jié)能減排、生態(tài)環(huán)境及國家產(chǎn)業(yè)政策的要求。

第二種方法：采用低（無）磁鋼材料制造電力金具可減少電能損耗，是有一定理論和科學(xué)依據(jù)的。但是低（無）磁鋼熔煉和鑄造過程遇到和鋁制品同樣的問題，更何況實(shí)際未見應(yīng)用，其制造成本非常高，也不能滿足高效節(jié)能電力金具材料的經(jīng)濟(jì)條件要求。

第三種方法：采用切斷磁路的機(jī)理研究高效節(jié)能金具，通過將懸垂線夾中的個(gè)別零件更換為低磁鋼材料，增大線夾上磁路的磁阻，從而減少渦流損耗。根據(jù)這一思路開展了節(jié)能金具的研制，并已經(jīng)得到試驗(yàn)驗(yàn)證。懸垂線夾主要由以下幾部分組成：懸垂線夾本體、壓條、U型螺栓、螺栓、掛板、碗頭掛板（或U型掛板）等部件，見圖2[1]。

圖2 懸垂線夾示意圖

主要磁路經(jīng)過線夾本體、壓條、U型螺栓及掛板4個(gè)部件。保留本體為可鍛鑄鐵件，只將壓條、U型螺栓及掛板3個(gè)部件改為低（無）磁鋼件，從而提高了磁路磁阻，以減少渦流損失與磁滯損耗，達(dá)到節(jié)能效果[2]。這種方法更難發(fā)展，因?yàn)榭慑戣T鐵生產(chǎn)金具的過程仍是高污染、高能耗的落后工藝過程，其生產(chǎn)受到極大限制，低（無）磁型材生產(chǎn)過程同樣如此，鐵質(zhì)材料又存在腐蝕性能差這一重大問題，為了提高防腐，采用污染環(huán)境大、破壞生態(tài)的熱鍍鋅工藝，又造成新的污染、新的生態(tài)破壞，所以通過切斷磁路機(jī)理新制高效節(jié)能金具也不是最理想的方法。

2 高效節(jié)能金具研制

2.1 高效節(jié)能電力金具研發(fā)的政策依據(jù)

十屆全國人大四次會議上通過的《國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展第十一個(gè)五年規(guī)劃綱要》中明確提出把節(jié)約資源、降低能耗、減少排放列為“十一五”期間和會后重要工作內(nèi)容。國家“十二五”中國智能能源發(fā)展模式和實(shí)施方案課題組的重要工作，就是鑄造中國智能電網(wǎng)，其智能電網(wǎng)核心是節(jié)約資源，降低能耗，減少排放，優(yōu)化人類生存的空間。

高效節(jié)能系列電力金具研發(fā)具體標(biāo)準(zhǔn)都嚴(yán)格按國家、行業(yè)等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。

2.2 高效節(jié)能金具材料研制

根據(jù)國家發(fā)展政策及國家電網(wǎng)推行的“兩型三新”線路建設(shè)，結(jié)合電力金具標(biāo)準(zhǔn)對高效節(jié)能金具具體要求，中國電力科學(xué)研究院等多家單位合作，通過3年近百次中、小型試驗(yàn)，首先開發(fā)出適用于高效節(jié)能金具的基礎(chǔ)材料，即PA-G-F-200型改性增強(qiáng)型尼龍材料，其主要原料為可回收的塑料等廢棄物資，通過加工改性，開發(fā)出來一種新的復(fù)合材料，能滿足高效節(jié)能系列電力金具產(chǎn)品技術(shù)要求。該復(fù)合材料具有材料新穎、節(jié)能降耗、質(zhì)量輕便、穩(wěn)定性好、機(jī)械強(qiáng)度高、耐磨損耐高溫、抗老化時(shí)間長、耐紫外線、耐臭氧耐腐蝕的特點(diǎn)，使用壽命長，節(jié)能環(huán)保效果顯著。經(jīng)過大量性能試驗(yàn)、模擬實(shí)驗(yàn)，證明PA-G-F-200型改性增強(qiáng)型尼龍復(fù)合材料基本滿足高效節(jié)能系列電力金具產(chǎn)品的技術(shù)要求（見表1）[3]，某些性能還優(yōu)于國外的同類產(chǎn)品。

試樣的性能測試方法依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)、部頒標(biāo)準(zhǔn)和AS-TM標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。如動(dòng)態(tài)力學(xué)性能、應(yīng)力-應(yīng)變性能、抗拉強(qiáng)度及疲勞壽命、耐臭氧氧化性能、耐高低溫性能、導(dǎo)電性能、硬度、老化壽命計(jì)算等性能測試數(shù)據(jù)完全符合滿足國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T2314-2008《電力金具通用技術(shù)條件》的第5、6條款，即采用非金屬材料制造的金具，應(yīng)具有良好的抗老化性能，能經(jīng)受工作高溫而不發(fā)生性能劣化，并具有足夠的防臭氧、防紫外線及防空氣污穢的能力要求。

表1 PA-G-F-200型改性增強(qiáng)型尼龍材料性能試驗(yàn)表

2.3 研發(fā)的主要系列電力金具

研發(fā)的PA-G-F-200型改性增強(qiáng)型尼龍材料，開發(fā)了高節(jié)能環(huán)保懸垂線夾、高節(jié)能環(huán)保耐張線夾和高分子輕質(zhì)間隔棒等系列電力金具產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)了高效節(jié)能、降耗減排、環(huán)保利廢的目的[1]。

2.3.1 高節(jié)能環(huán)保懸垂線夾系列

本產(chǎn)品與現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的懸垂線夾結(jié)構(gòu)形式一樣，主要由線夾主體、壓條、U形螺絲等組成（見圖3）。主體采用PA-G-F-200型改性增強(qiáng)型尼龍復(fù)合材料為主要原料，降低磁滯損耗和渦流損耗，減少電能損失，節(jié)能降耗，安裝方便，降低勞動(dòng)強(qiáng)度。通過反復(fù)試驗(yàn)，產(chǎn)品技術(shù)條件和性能達(dá)到國家、行業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

圖3 高節(jié)能環(huán)保懸垂線夾

2.3.2 高節(jié)能環(huán)保螺栓型耐張線夾系列

本產(chǎn)品主要由線夾主體、整體式壓板、U形螺絲等組成（見圖4）。高節(jié)能環(huán)保螺栓形耐張線夾的主體采用PA-G-F-200型改性增強(qiáng)型尼龍復(fù)合材料為主要原料；壓板采用非導(dǎo)磁45Mn17A13高錳低磁鋼為主要原材料;U形絲采用高強(qiáng)度不銹鋼非導(dǎo)磁材料。以上材料可降低磁滯損耗和渦流損耗，減少電能損失，節(jié)能降耗，安裝方便，降低勞動(dòng)強(qiáng)度。

圖4 高節(jié)能環(huán)保螺栓形耐張線夾

2.3.3 高分子輕質(zhì)系列間隔棒

本產(chǎn)品主要由線夾方框支架、線夾本體、線夾蓋板、橡膠哈呋墊、橡膠圓柱、銷釘、螺栓等組成（見圖5）。方框支架、本體、蓋板均采用PA-G-F-200型改性增強(qiáng)型尼龍復(fù)合材料為主要原料，螺栓、銷釘均采用不銹鋼制造，技術(shù)性能達(dá)到GB/T 2338-2002國家標(biāo)準(zhǔn)。

圖5 高分子輕質(zhì)間隔棒

以上3個(gè)系列電力金具按照國家、行業(yè)等標(biāo)準(zhǔn)要求均做出各種型式試驗(yàn)，完全符合、滿足技術(shù)條件和要求。

3 市場需求及經(jīng)濟(jì)、社會效益

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前我國輸配電線路總長度約為2000萬km。根據(jù)我國當(dāng)前拉動(dòng)內(nèi)需，加強(qiáng)電力基礎(chǔ)建設(shè)，初步測試需求量為間隔棒1820萬套，耐張線夾2420萬套，懸垂線夾4300萬套，如果都采用PAG-F-200型改性增強(qiáng)型尼龍復(fù)合材料制造，其市場發(fā)展空間巨大，同時(shí)可在節(jié)能、降耗、環(huán)保、利廢等創(chuàng)新開發(fā)的引導(dǎo)下產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

1）如有10%的鑄鐵材料金具被節(jié)能金具取代，年節(jié)電量可達(dá)60億kW·h，折合人民幣40多億元。

2）根據(jù)權(quán)威部門統(tǒng)計(jì)，鋁合金懸垂線夾約為6000萬套/a，鋁合金耐張線夾約為3000萬套/a，鋁合金間隔棒約為1200萬套/a。如有30%的鋁制金具被高效節(jié)能金具所取代，以每套大約節(jié)約鋁材2kg計(jì),每年即可為國家節(jié)約資金1.5732億元。

4 結(jié)語

高效節(jié)能系列電力金具的自主研制已取得階段性成果，完全符合滿足電力金具國家標(biāo)準(zhǔn)和電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)要求，其性能達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先水平，具備進(jìn)入輸電工程實(shí)際運(yùn)行考驗(yàn)的條件。

[1]徐乃管.論節(jié)能金具的開發(fā)與應(yīng)用[C]//2006年工業(yè)企業(yè)節(jié)能技術(shù)研討會論文集.北京：中國電力出版社，2006.

[2]邵佳敏，莊啟昕.一種高效節(jié)能電力金具材料研制報(bào)[R].上海：華東理工大學(xué)，2009.

[3]崔宏薇.中國啟動(dòng)智能能源網(wǎng)籌備工作[J].電力系統(tǒng)裝備，2009（11/12）：16.

Development and Application of a New Series of Energy-Saving Electric Fittings

SONG Ning-ning1，WANG Jing-chao2，YAN Xing-jian3
（1.Jiangsu Yufei Power Technology Co.,Ltd.，Suqian 223800,Jiangsu Province,China;2.China Electric Power Research Institute,Beijing 100055,China;3.Jiangsu Society of Electrical Engineering,Nanjing 210024,Jiangsu Province,China）

Starting from studying the theoretical mechanism,through intensified research and a large number of experiments,the modified-reinforced composites（Type PA-GF-200）is developed for manufacture of electric fittings.All the technical performance indexes have proved to meet the requirements for the materials of electrical fittings with outstanding energy-saving and environmental protection advantages.The series suspension and tension clamps and the 4-split conductor spacers for the 500kV transmission line,trial-manufactured with this materials have passed the related tests and prove to be in align with the technical requirements.

transmission line；energy-saving fitting；polymer materials

從理論機(jī)理研究開始，通過科學(xué)研究和大量試驗(yàn)，研究開發(fā)改性增強(qiáng)復(fù)合材料（PA-G-F-200型）,用于制造電力金具，各項(xiàng)性能指標(biāo)滿足電力金具材料的技術(shù)要求，并具有節(jié)能環(huán)保等突出優(yōu)點(diǎn)。利用該材料試制了系列懸垂線夾、系列耐張線夾和500kV四分裂導(dǎo)線間隔棒等產(chǎn)品，并通過了相關(guān)性能試驗(yàn)，符合相關(guān)金具的技術(shù)條件。

輸電線路；節(jié)能金具；高分子材料

1674-3814（2010）09-0034-04

F407.61

A

2010-05-27。

宋寧寧（1982—），男，本科，從事節(jié)能電力金具的研究開發(fā)、試驗(yàn)測試等。

（編輯 馮 露）