新型金具研究及推廣應(yīng)用

阮淮振

[摘 ? ?要]為響應(yīng)國家電網(wǎng)公司技術(shù)創(chuàng)新及國家“十四五”提出的“數(shù)字制造”“智能制造”，提高輸電線路安全運(yùn)行可靠度，方便施工、運(yùn)行，推薦幾種 “高強(qiáng)度、輕量化、節(jié)能型”的新型線路金具及改進(jìn)型地線絕緣子間隙。推薦使用緊固防振錘、耐磨型U型掛環(huán)、板-尖間隙、永固螺母、圓形復(fù)合式防盜螺母。

[關(guān)鍵詞]緊固防振錘;耐磨型;永固螺母;復(fù)合式防盜螺母

[中圖分類號(hào)]TM216 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]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

線路金具是輸電線路的重要組成部分，在輸電線路中所占投資較雖小，但對(duì)線路安全運(yùn)行影響很大，金具的作用已經(jīng)溢出了其本身的范圍而影響到桿塔、導(dǎo)地線、絕緣子串等輸電線路上其他體系。因此，金具必須具有很高的可靠性。

線路金具應(yīng)采用新材料、新工藝和新技術(shù)并具有高強(qiáng)度、輕量化，受力均勻、合理等特點(diǎn)，滿足線路運(yùn)行出現(xiàn)的各種荷載要求。線路金具應(yīng)選擇低噪聲、標(biāo)準(zhǔn)化的金具，其通用性、互換性便于線路施工和運(yùn)行維護(hù)。

隨著社會(huì)對(duì)電能的需求增加，輸電線路電壓越來越高，電力系統(tǒng)越來越強(qiáng)大，對(duì)金具的技術(shù)要求也越來越高。為使新型金具、品質(zhì)優(yōu)良的產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于電力線路之中，同時(shí)也提高工程的設(shè)計(jì)質(zhì)量，提高線路安全運(yùn)行度，本文對(duì)新型金具開展了研究。

1 緊固防振錘

電力金具中防振錘的技術(shù)含量最高，制造難度最大。防振錘滑移后，便會(huì)降低甚至失去防振性能，甚至在滑移的過程中磨損擦傷架空線，威脅線路運(yùn)行安全。

防振錘產(chǎn)生滑移的原因可歸類為以下幾種：

（1）重力沿導(dǎo)線軸線方向分力的作用。

（2）材料選擇產(chǎn)生影響。

（3）架空線蠕變伸長引起松弛產(chǎn)生影響。

針對(duì)上述問題，推薦在重要交叉跨越檔使用緊固防振錘。

緊固防振錘采用新型夾頭雙螺栓固定，增大了與導(dǎo)線的接觸面積，并且夾頭內(nèi)壁設(shè)置紋絡(luò)，并附加特種耐老化復(fù)合橡膠墊，該設(shè)計(jì)可使夾頭與架空線緊密貼合，起到防滑移作用，避免了微風(fēng)振動(dòng)時(shí)夾頭與架空線產(chǎn)生反復(fù)摩擦而損壞導(dǎo)線[1]。

在本新型防振錘設(shè)計(jì)時(shí)，充分調(diào)研了防振錘的型式、原理及國內(nèi)外研究方法及研究成果，從材料、結(jié)構(gòu)等基礎(chǔ)理論開始，采用新材料、新技術(shù)、新科技手段，對(duì)防振錘結(jié)構(gòu)、型式等進(jìn)行設(shè)計(jì)，創(chuàng)建自己的關(guān)鍵技術(shù)。

2 耐磨型U型掛環(huán)

U型掛環(huán)由于連接簡單、轉(zhuǎn)動(dòng)靈活、自由度多等特點(diǎn)在架空輸電線路上應(yīng)用廣泛?，F(xiàn)有U型掛環(huán)多采用碳素結(jié)構(gòu)鋼（Q235）、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼（35#）等材料制成，這些材料耐磨性能一般。

U型掛環(huán)工作時(shí)接觸為線接觸，接觸應(yīng)力很大。近年來，我國多地運(yùn)行線路出現(xiàn)U型掛環(huán)嚴(yán)重磨損情況，磨損率或者磨損量甚至達(dá)到50%以上。U型掛環(huán)通常用作絕緣子串和金具串的聯(lián)塔金具，在使用過程中若失效，將會(huì)給輸電線路帶來嚴(yán)重后果。

線路運(yùn)行中，引起U型掛環(huán)環(huán)體磨損的因素主要有以下兩個(gè)方面：

（1）環(huán)境因素。架空線路長年在大氣中運(yùn)行，受大風(fēng)、冬季舞動(dòng)、覆冰等惡劣氣象條件的影響使導(dǎo)線不停振動(dòng)而引起附加應(yīng)力，雖比正常運(yùn)行應(yīng)力小很多，但頻繁出現(xiàn)的交變彎曲應(yīng)力、長時(shí)間和周期性的振動(dòng)將導(dǎo)致金具疲勞損壞，甚至斷線事故。

（2）金具自身的設(shè)計(jì)。U型環(huán)環(huán)體與其他金具連接處為干摩擦，摩擦后鍍鋅層被破壞，存在鐵銹，加上雨水的銹蝕，加速了金具的磨損。

為解決上述磨損問題，推薦一種耐磨型U型掛環(huán)金具。

耐磨型U型掛環(huán)由普通U型掛環(huán)、軸承鋼片、環(huán)形鋼套組成。與普通U型掛環(huán)相比，在結(jié)構(gòu)上做出的改進(jìn)如下：U型掛環(huán)本體的環(huán)體部位襯套軸承鋼片，掛孔處襯套環(huán)形鋼套，U型掛環(huán)的螺栓外也襯套環(huán)形鋼套。

軸承鋼片與環(huán)形鋼套選用耐磨性能良好的GCr15軸承鋼材料制成。軸承鋼片的形狀為與U型掛環(huán)環(huán)體部位相配合的弧形，弧形厚度取2～5 mm。環(huán)形鋼套分別與U型掛環(huán)掛孔、螺栓配合，其中U型掛環(huán)掛孔襯套環(huán)形鋼套厚度取4 mm，螺栓外襯套環(huán)形鋼套厚度取3 mm。襯套厚度的確定，綜合了以下三個(gè)因素：①金具的耐磨性能;②金具本體與螺栓和襯套之間的作用力;③金具重量的增加。

環(huán)形鋼套的內(nèi)外表面均采用光滑表面。為了實(shí)現(xiàn)金具本體和螺栓的配合使用，金具掛孔內(nèi)襯環(huán)形鋼套的內(nèi)徑與螺栓內(nèi)襯環(huán)形鋼套的外徑差值取0.8～2 mm，該設(shè)置能保證螺栓在內(nèi)襯環(huán)形鋼套后能順利地安裝于設(shè)置了內(nèi)襯環(huán)形鋼套的金具掛孔內(nèi)。環(huán)形鋼套為光滑表面環(huán)形體，目的是減小金具本體和螺栓在使用過程中的摩擦磨損。

金具本體和螺栓設(shè)置軸承鋼片和環(huán)形鋼套均采用過盈配合熱套安裝，其中配合的過盈量控制在0.02～0.03 mm。安裝后金具整體熱鍍鋅，以提高金具的耐腐蝕能力。

本耐磨型U型掛環(huán)結(jié)合了軸承鋼耐磨性能好，結(jié)構(gòu)鋼易于生產(chǎn)制造且機(jī)械性能穩(wěn)定的特點(diǎn)，與常規(guī)U型掛環(huán)相比，耐磨性能顯著提高，可極大提高金具的使用壽命。

3 圓鋼接地引下線固定掛鉤

輸電線路接地裝置包括接地體和接地引下線，目前110 kV及以上電力線路接地引下線多采用扁鋼或圓鋼。由于運(yùn)行環(huán)境惡劣，接地引下線容易發(fā)生腐蝕，腐蝕最嚴(yán)重部位位于空氣與土壤交界-20～10 cm處，腐蝕機(jī)理多為電化學(xué)腐蝕。在具有同等熱穩(wěn)定性時(shí)，相較于扁鋼，圓鋼與土壤的接觸面積小，耐腐蝕性能要強(qiáng)一些，由此，圓鋼引下線在多個(gè)線路工程中得到應(yīng)用。

對(duì)于接地引下線安裝，施工標(biāo)準(zhǔn)工藝中要求接地引下線應(yīng)平敷于基礎(chǔ)及保護(hù)帽表面;引下線煨彎宜采用煨彎工具，應(yīng)避免在煨彎過程中引下線與基礎(chǔ)及保護(hù)帽磕碰造成邊角破損影響美觀。但實(shí)際施工中，通常會(huì)由于施工人員責(zé)任心不強(qiáng)、監(jiān)督力度不大、施工難度等原因，接地圓鋼引下線并沒有緊貼塔腿引下，而是翹離塔腿引至保護(hù)帽附近，影響了接地引下線的整齊與美觀。為解決該問題，推薦在不影響塔腿角鋼受力的情況下，在桿塔接地孔下方再設(shè)置兩個(gè)直徑13.5 mm的孔，間距50 mm，利用掛鉤配以M12螺栓如圖1所示，將圓鋼引下線加以固定。

其特點(diǎn)如下：

（1）采用兩個(gè)掛鉤，一個(gè)正鉤、一個(gè)反鉤，可使圓鋼引下線牢牢緊貼在塔腿上，并可有效避免圓鋼從掛鉤中脫出，保證了接地引下線從接地孔至保護(hù)帽段的整齊與美觀。

（2）掛鉤采用螺栓與塔腿連接，連接方式簡單，施工方便。掛鉤可以拆卸，保證了設(shè)置掛鉤不會(huì)妨礙引下線從塔腿斷開以測量桿塔接地電阻。

4 板-尖地線絕緣子間隙

架空線路架設(shè)地線起初目的主要是通過桿塔接地用于防雷保護(hù)，兼有降低線路零序阻抗、降低工頻過電壓、降低對(duì)通信設(shè)施的干擾影響等作用，采用逐基接地方式。但是，架空地線與導(dǎo)線間存在電磁感應(yīng)，架空地線中產(chǎn)生較大的感應(yīng)電流。為了減小該感應(yīng)電流以降低電能損耗，實(shí)現(xiàn)架空地線節(jié)能，并綜合考慮架空地線防雷、通信性能，架空地線可采用絕緣單點(diǎn)接地方式，并采用帶并聯(lián)間隙的地線絕緣子。正常運(yùn)行時(shí)地線對(duì)地絕緣，在雷擊或接地短路故障時(shí)與絕緣子并聯(lián)的間隙擊穿使地線接地。

傳統(tǒng)的地線絕緣子間隙為板-棒型式，其板極是利用抱箍固定在地線絕緣子的鋼帽上，板極的抱箍可以繞鋼帽隨意轉(zhuǎn)動(dòng)，因此，在地線受長時(shí)間微風(fēng)振動(dòng)后板極容易松動(dòng)，導(dǎo)致地線絕緣子間隙變形，失去了地線絕緣子的功能。間隙過大，不易擊穿，起不到保護(hù)作用;間隙過小，易產(chǎn)生火花放電，有時(shí)甚至直接短接，長時(shí)間放電會(huì)加速絕緣子老化，嚴(yán)重的會(huì)造成絕緣子鋼帽與鋼腳分離，形成脫串，近幾年已有多次地線絕緣子脫串事故發(fā)生。

針對(duì)該問題設(shè)計(jì)一種新型的地線絕緣子間隙，即板-尖間隙，將容易松動(dòng)的抱箍緊固方式改為螺栓緊固方式，同時(shí)將原平行接近間隙改為垂直可調(diào)間隙。

其特點(diǎn)如下：

（1）板極和針極均利用螺栓固定，不易松動(dòng)，減小了運(yùn)行維護(hù)量。

（2）板-尖間隙距離可靈活調(diào)整，可控度高，施工運(yùn)行方便。

（3）間隙為板-尖型式，即使板或尖有微小變形，也只能在垂直間隙方向移動(dòng)，同樣能保證間隙值。

該類型地線絕緣子間隙已在500 kV線路上試用，效果較好，其他電壓等級(jí)的線路已有多條安裝，所有線路至今未發(fā)生間隙變形情況，極大地減少了運(yùn)行維護(hù)工作量，受到了運(yùn)行單位的極大好評(píng)，如圖2所示。

5 永固螺母

永固螺母的構(gòu)思就是在螺母與螺絲之間揳入楔子以發(fā)揮防止松動(dòng)的作用。一旦擰緊就無需維修，可以節(jié)省龐大的保養(yǎng)檢修費(fèi)用。

原理：在一個(gè)螺絲釘上使用呈“凹”“凸”形狀的兩種螺母。下方呈凸?fàn)畹穆菽?，在加工時(shí)中心稍許錯(cuò)動(dòng)（偏心加工），起到楔子的作用。上方呈凹狀的螺母，則不作偏離中心的加工（圓形加工），形成了錘子揳打楔子的功能。

永固螺母用在輸電線路重要交叉跨越桿塔上，可防止桿塔上緊固件的松動(dòng)，極大減少運(yùn)維檢修人員的工作強(qiáng)度，節(jié)省龐大的保養(yǎng)檢修費(fèi)用，保障電網(wǎng)運(yùn)行安全，具有極好的經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益。

6 圓形復(fù)合式防盜螺母

在電力安防故障類型中，故障類型排在首位的是由于鐵塔倒塌造成的線路故障，這一故障類型主要是因?yàn)檩旊娋€路鐵塔塔材以及緊固件的丟失所造成的。在電力基建部門的作業(yè)指導(dǎo)書中，明確提出在輸電線路鐵塔的建立期間使用防盜螺母對(duì)輸電線路鐵塔進(jìn)行防護(hù)。

目前輸電線路鐵塔使用較多的螺母主要是普通國標(biāo)六角螺母、異形螺母、滾珠（針）式防盜螺母、扭滑式防卸螺母。普通國標(biāo)六角螺母造價(jià)低廉，使用方便，但本身不具備防盜作用，容易造成人為外力破壞;異形螺母需使用專用扳手安裝拆卸，但內(nèi)部缺少防盜裝置，使用管鉗等工具即可拆卸;滾珠（針）式防盜螺母外觀為六邊形，普通扳手可安裝，內(nèi)部防盜裝置可進(jìn)行防拆卸，但因有受力點(diǎn)使用普通扳手可進(jìn)行強(qiáng)力拆除;扭滑式防卸螺母外部六角形狀，內(nèi)部圓環(huán)狀，使用時(shí)，將螺母緊固后繼續(xù)使用扳手增加扭矩，使外部六角形狀滑脫，但施工稍復(fù)雜，內(nèi)部沒有防盜裝置。

通過分析目前常規(guī)螺母的優(yōu)缺點(diǎn)，本文結(jié)合滾珠式防盜螺母與扭滑式防盜螺母的特征，進(jìn)行外觀與內(nèi)部的雙重升級(jí)，推薦一種新型防盜螺母——圓形復(fù)合式防盜螺母。

圓形復(fù)合式防盜螺母選用優(yōu)質(zhì)低碳鋼制作，全體防腐處理，采用分體式結(jié)構(gòu)，分為主體和圓環(huán)兩部分，主體為六角形狀，內(nèi)部放置有止退裝置，螺母下端為圓環(huán)形狀[2]。

與其他防外破壞緊固裝置相比，圓形復(fù)合式防盜螺母對(duì)架空輸電線路防外破壞具有很大的實(shí)用價(jià)值，主要優(yōu)點(diǎn)如下：

（1）上半部六角形結(jié)構(gòu)使得這種防盜螺母在安裝過程中可以使用普通工具安裝，而不需要像其他螺母一樣必須使用專用工具;

（2）圓形復(fù)合式防盜螺母的上端面同樣為復(fù)合式結(jié)構(gòu)，即在六邊形的外框里有一個(gè)圓形的凹槽，這一結(jié)構(gòu)使得這種防盜螺母在達(dá)到規(guī)定扭矩后，六角形的外框容易產(chǎn)生形變使得扳手松脫，且上半部六角形經(jīng)過全自動(dòng)生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行打磨處理，使拆卸時(shí)更容易發(fā)生形變，起到定扭矩、防盜的作用;

（3）當(dāng)有盜卸力矩作用于螺母的六角部分時(shí)，上端六角形狀因?yàn)榱Φ淖饔眯巫優(yōu)閳A形，使扳手等拆卸工具無法拆卸。由于這種結(jié)構(gòu)的形變作用，使得盜卸力矩未能達(dá)到防盜結(jié)構(gòu)的防盜力矩就使扳手松脫，從而達(dá)到很好的防盜效果;

（4）螺母主體內(nèi)部放置有止退裝置，其組成部件有擋塊、彈簧、鋼珠，當(dāng)螺母發(fā)生拆卸動(dòng)作時(shí)，內(nèi)部止退裝置開始工作，內(nèi)部的的鋼珠壓縮彈簧，當(dāng)達(dá)到一定扭矩時(shí)內(nèi)部鋼珠與彈簧不再發(fā)生壓縮形變，內(nèi)部止退裝置會(huì)阻止螺母拆卸動(dòng)作，從而達(dá)到防拆保護(hù)。

7 結(jié)束語

根據(jù)輸電線路中的幾種金具在運(yùn)行中出現(xiàn)的問題，分析原因，提出了新型金具，并給出了解決措施。

參考文獻(xiàn)

[1] 康宏，俞偉勇，俞輝.降低架空輸電線路防振錘滑移率的研究[J].浙江電力，2015，34（1）：3.

[2] 梁前晟.輸電線路拉線UT線夾防盜螺母的研制[J].電力學(xué)報(bào)，2006，21（1）：39-40.