輸電線路金具用材料及其應(yīng)用技術(shù)展望

譚琳

摘 要 本文對(duì)目前國(guó)內(nèi)輸電線路中廣泛使用鐵制金具或鋁合金金具的優(yōu)缺點(diǎn)及工藝特點(diǎn)進(jìn)行了研究，從節(jié)能、環(huán)保的角度提出了幾種新型材料在金具中的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞 電力行業(yè);輸電線路;金具材料

引言

電力金具是在電力系統(tǒng)中連接和組合各類裝置的金屬附件，起到傳遞機(jī)械載荷、電氣負(fù)荷或者防護(hù)的作用。目前在國(guó)內(nèi)外輸電線路中廣泛使用碳鋼、鑄鋼、鑄鐵等鐵制金具或鋁合金等鋁制金具。鐵制的金具主要用于連接類金具，承擔(dān)傳遞機(jī)械載荷的作用，具有較高的強(qiáng)度，然而其具有易被腐蝕的特性，需采用熱鍍鋅工藝進(jìn)行防腐。鋁合金制造的金具密度小，重量輕，不易被腐蝕，且無(wú)磁滯和渦流損耗導(dǎo)致的電能損失，但是由于其強(qiáng)度較低，不能用在承受機(jī)械載荷較高的部位。目前，我國(guó)金具材料在發(fā)展過(guò)程中所面臨的一個(gè)問(wèn)題是研發(fā)和推廣應(yīng)用新型高性能材料，提升原材料的各項(xiàng)性能，改進(jìn)制造工藝和水平，研制節(jié)能環(huán)保型金具，最大限度的滿足金具的各種使用需求。

1鐵制金具的應(yīng)用現(xiàn)狀

在輸電線路中，鐵制金具占有很大的比例。常用的鐵制金具可分為灰鐵類、鑄鋼類、可鍛鑄鐵類、鍛鋼類和板材類。灰鐵類金具采用抗拉強(qiáng)度較低的灰口鑄鐵為原材料，制造成本低，價(jià)格便宜，用于制造承受載荷小的重錘片等產(chǎn)品。鑄鋼和可鍛鑄鐵比灰口鑄鐵強(qiáng)度高、韌性和塑性好，在早期國(guó)內(nèi)輸電線路中被廣泛使用;但其制造過(guò)程對(duì)環(huán)境污染較大，且易出現(xiàn)疏松、氣孔等鑄造缺陷，已經(jīng)被逐漸被鍛鋼和鋁合金取代。鍛鋼類金具是由碳鋼或合金鋼經(jīng)過(guò)熱鍛和機(jī)加工的方式制造而成，具有強(qiáng)度高、韌性好等優(yōu)點(diǎn)，目前被廣泛應(yīng)用于輸電線路中。板材類金具是用鋼板切割和機(jī)加工制成，具有工藝簡(jiǎn)單，效率高，成本低等優(yōu)點(diǎn)，也被廣泛使用。對(duì)于這些黑色金屬制造而成的金具，必須要進(jìn)行防腐處理，避免發(fā)生金具被腐蝕后強(qiáng)度降低的情況。比較常用的防腐方式是對(duì)其進(jìn)行表面熱鍍鋅處理。金具在進(jìn)行熱鍍鋅工序時(shí)，首先要酸洗去除表面的氧化鐵，然后用氯化銨或氯化鋅水溶液清洗，最后送入熱浸鍍槽中。這個(gè)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生廢水從而造成環(huán)境的污染。同時(shí)，鐵制金具在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生碰撞與摩擦，導(dǎo)致鍍鋅層被破壞，會(huì)不可避免的產(chǎn)生銹蝕。因此，需要研制有較強(qiáng)耐腐蝕性的金具[1]。

2鋁制金具的應(yīng)用現(xiàn)狀

2.1 鋁合金材料的應(yīng)用

近些年來(lái)，隨著金具行業(yè)工藝水平的提升，鋁制金具的也成為輸電線路中比較常用的電力金具。鑄造鋁合金的流動(dòng)性好，鑄造性能優(yōu)良，可用于制造形狀較為復(fù)雜的金具。變形鋁合金管的延伸性能好，且導(dǎo)電性能強(qiáng)，可用于制造壓縮或冷彎類的金具。鋁合金密度比鐵要小，制成的金具重量較輕，在安裝和施工過(guò)程中比較方便，并且還能夠有效減輕桿塔的負(fù)載。鋁合金制件表面能夠在空氣中形成氧化膜，具有良好的耐腐蝕特性。并且鋁合金屬于無(wú)磁性或低磁性材料，不會(huì)出現(xiàn)磁滯和渦流損耗導(dǎo)致電能損失的問(wèn)題。鋁合金材料優(yōu)點(diǎn)較多，但其抗拉強(qiáng)度不如碳鋼或合金鋼，因此如何通過(guò)工藝的手段提升鋁合金的強(qiáng)度也成了目前電力金具行業(yè)的熱點(diǎn)。

2.2 提升鋁合金金具性能的方法

過(guò)去，金具行業(yè)中的鋁合金金具多采用金屬型重力鑄造。重力鑄造的金具產(chǎn)品內(nèi)部氣孔少，延伸性能好，可通過(guò)后續(xù)的熱處理工序提高產(chǎn)品強(qiáng)度;同時(shí)重力鑄造模具使用壽命長(zhǎng)，成本低。但是重力鑄造生產(chǎn)效率低，工人勞動(dòng)強(qiáng)度高，因此目前只在小批量試制時(shí)采用重力鑄造。目前，金具行業(yè)多采用壓鑄工藝。壓鑄工藝是將熔融狀態(tài)的鋁合金在高壓下填充入壓鑄模具的型腔內(nèi)，在壓力下凝固成形的鑄造方法，分為高壓鑄造和低壓鑄造。壓鑄工藝的生產(chǎn)率高，較容易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化生產(chǎn);還可以制造形狀復(fù)雜的薄壁鑄件，且尺寸精度高，因此被應(yīng)用于大批量的生產(chǎn)中。但是由于壓鑄過(guò)程中液態(tài)金屬填充速度快，金具也容易產(chǎn)生氣孔、裂紋等缺陷。壓鑄模具的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造周期長(zhǎng)、成本高;壓鑄機(jī)造價(jià)高、投資大，這些都影響了壓鑄工藝在金具中的應(yīng)用。這幾年金具行業(yè)工藝水平在不斷進(jìn)步，鋁合金的鍛造工藝也被推廣應(yīng)用于金具的制造中。鍛造鋁合金具有熱塑性好，鍛造性能佳，力學(xué)性能較好，且耐腐蝕，無(wú)磁滯損耗等優(yōu)點(diǎn)，主要用于制造需承受較大載荷的與導(dǎo)線接觸的金具[2]。

3新型材料的應(yīng)用和研究

3.1 復(fù)合材料金具

復(fù)合材料具有可塑性強(qiáng)，質(zhì)量輕，不易腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，是目前電力金具制造業(yè)中的研究熱點(diǎn)。我國(guó)研究部門研發(fā)出了PA-G-F-200型改性增強(qiáng)型尼龍材料，該材料無(wú)論是在強(qiáng)度、高溫性能，還是抗老化性能等方面都較為優(yōu)異，在此基礎(chǔ)上還研發(fā)出了一系列的復(fù)合材料電力金具。另外，還有一些國(guó)家使用聚碳酸酯來(lái)制造間隔棒等金具。但是復(fù)合材料制造的金具在長(zhǎng)期的使用過(guò)程中不具有較好的熱老化性能，因此該材料還是不能夠完全的代替金屬。

3.2 功能材料

在對(duì)電力金具的性能進(jìn)行強(qiáng)化時(shí)，有很多高性能材料供選擇，例如現(xiàn)在比較熱門的形狀記憶合金。把該合金應(yīng)用到電力金具中，能夠有效地對(duì)斷裂缺陷傾向進(jìn)行緊急的修復(fù)，不僅防止了缺陷的加深，同時(shí)還增強(qiáng)了金具的力學(xué)性能。當(dāng)金具的缺陷傾向出現(xiàn)時(shí)，形狀記憶合金環(huán)的內(nèi)徑就會(huì)收縮，從而起到了一定的應(yīng)力保護(hù)作用。在提升金具耐磨性方面，可采用熱噴涂技術(shù)。該技術(shù)的應(yīng)用能夠有效增強(qiáng)金具的耐磨性，從而能夠增加金具的使用壽命。輸電線路在運(yùn)行過(guò)程中，短路故障或雷擊會(huì)產(chǎn)生局部發(fā)熱現(xiàn)象，需要對(duì)電力金具的故障點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，可采用示溫涂料標(biāo)識(shí)的辦法。如果電線金具的故障部位發(fā)熱，示溫涂料會(huì)產(chǎn)生顏色上的變化，這樣有助于巡檢人員及時(shí)的發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn)[3]。

4結(jié)束語(yǔ)

由以上可知，隨著電力行業(yè)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，對(duì)電力金具的使用以及研發(fā)要求越來(lái)越高，并且在對(duì)新材料的研發(fā)和應(yīng)用方面也取得了很好的進(jìn)展。在對(duì)電力金具進(jìn)行制造時(shí)，應(yīng)用比較廣泛的是鋁合金金具。但是鋁合金材料在機(jī)械性能方面存在著不足之處，需要提升鋁合金金具的生產(chǎn)工藝，或者研發(fā)新型材料來(lái)解決機(jī)械性能不足方面的問(wèn)題。所以目前電力金具行業(yè)等所面臨的主要問(wèn)題是對(duì)新材料以及新技術(shù)進(jìn)行研發(fā)和推廣。

參考文獻(xiàn)

[1] 陳勝男，何衛(wèi)，杜挺，等.輸電線路金具用材料及其應(yīng)用技術(shù)研究進(jìn)展[J].電工技術(shù)，2019（15）：149-151，153.

[2] 王寶東，姜喜全，陳平，等.寒冷地區(qū)輸電線路金具材料的試驗(yàn)研究與選擇[J].吉林電力，2018，46（3）：31-33.

[3] 汪海洋.基于輸電線路金具的節(jié)能降耗[J].低碳世界，2016（7）：71-72.