淺析《電力金具能耗測試與節(jié)能技術評價要求》

葉 成，余虹云，倪國燦，王嘉晶，洪 靜

（浙江華電器材檢測研究所 國家電力器材產品安全性能質量監(jiān)督檢驗中心，杭州 310015）

淺析《電力金具能耗測試與節(jié)能技術評價要求》

葉 成，余虹云，倪國燦，王嘉晶，洪 靜

（浙江華電器材檢測研究所 國家電力器材產品安全性能質量監(jiān)督檢驗中心，杭州 310015）

介紹了國內外有關電力金具能耗相關標準的發(fā)展歷程，對首次頒布實施的電力行業(yè)標準DL/T 1288-2013《電力金具能耗測試與節(jié)能技術評價要求》中金具分類、試驗方法、評價方式及應用情況作了解讀。闡述了不同類金具的能耗機理及試驗方法、評價準則制定的依據(jù)原則，通過不同類金具實例的試驗研究及理論分析，提出金具節(jié)能降耗的技術手段，指明了標準的目的及意義。

電力金具；能耗試驗；節(jié)能評價

0 引言

近年來我國經濟高速發(fā)展，能源消耗大幅提高，然而我國人均資源短缺，因此在國家工業(yè)化進程中如何提高能源利用率是一個重要的課題。目前電力行業(yè)在輸電線路節(jié)能方面做了不少研究，其中少有關注的電力金具的能耗研究被提上了日程，作為輸電線路中輔助電力輸送的部件，電力金具投入運行的數(shù)量巨大，總體能耗不可小視，篩選淘汰高能耗金具、推廣節(jié)能金具市場應用勢在必行。在此背景下電力行業(yè)標準《電力金具能耗測試與節(jié)能技術評價要求》于2014年發(fā)布實施，標準的頒布對電力金具的節(jié)能評價有了一定的參考依據(jù)。以下對國內外電力金具能耗標準發(fā)展歷程及該電力行業(yè)標準的分類、試驗方法、評價準則及應用情況作一些解讀。

1 國內外標準發(fā)展歷程

1.1 國外研究情況

國外學者早在上世紀40年代就開始了輸電線路金具的磁損耗研究。學者VL Crabb與JM Sheadel等人研究發(fā)現(xiàn)鐵制類的金具在導線通流時損耗較大，且金具內的導線溫升顯著，較裸露于空氣中的導線溫度更高[1]。

國際電工委員會（IEC）于1997年頒布實施了電力金具的標準IEC 61284-1997《Overhead lines-Requirements and tests for fitting》，在電力金具技術要求中指明需進行磁損耗試驗，并給出了試驗方法和判定依據(jù)[2]。IEC的標準僅針對非電氣接續(xù)金具作了說明，并未提到電氣接續(xù)金具的能耗問題。

1.2 國內研究情況

國內對電力金具能耗的研究起步較晚，南京線路器材廠上世紀80年代對金具線夾材料作了相關研究，發(fā)現(xiàn)非導磁材料代替鐵磁材料的節(jié)能效果顯著。

由中國節(jié)能產品認證中心等多家機構起草的《電力金具節(jié)能產品認證要求》于2001年頒布實施，對非電氣接續(xù)金具中的懸垂線夾、耐張線夾及防振錘作了節(jié)能評價要求[3]，非電氣接續(xù)金具的其他類別及電氣接續(xù)金具并沒有涉及。

電力行業(yè)標準DL/T 756-2009《懸垂線夾》的技術要求中表明懸垂線夾應盡量減少因磁滯、渦流引起的電能損耗，并提出了對用于導線的鐵質懸垂線夾進行電磁損耗試驗的試驗要求[4]，然而其依據(jù)的試驗方法在GB/T 2317.3-2008中并未給出，金具能耗相關的國家和行業(yè)標準處于空缺狀態(tài)。

2014年國家能源局發(fā)布實施了電力行業(yè)標準《電力金具能耗測試與節(jié)能技術評價要求》，標準將電力金具區(qū)分為電氣接續(xù)金具及非電氣接續(xù)金具兩大類產品，系統(tǒng)性地給出了兩類產品的定義、試驗方法及評價準則[5]。

2 標準分類

基于電力金具能耗機理的不同，該標準將金具分為電氣接續(xù)類和非電氣接續(xù)類兩大類。

電氣接續(xù)類金具的能耗為交流電流引起的導體的電阻損耗及集膚效應、鄰近效應、磁滯和渦流所引起的附加增量損耗的總和，其中電阻損耗為主要損耗。電氣接續(xù)類金具主要包括配網用的并溝線夾、絕緣穿刺線夾及主網用的壓縮型耐張線夾及接續(xù)管等，為承受電氣負荷的電力金具。

非電氣接續(xù)類金具的能耗為磁滯損耗、渦流損耗及剩余損耗的總和。鐵磁類金具三者皆有，非鐵磁類金具為渦流損耗。我國輸電線路工作頻率為工頻，在此頻率下磁滯損耗和剩余損耗可忽略不計，渦流損耗為主要損耗。非電氣接續(xù)類金具主要包括懸垂線夾、螺栓型耐張線夾、防振錘及間隔棒等，為不承受電氣負荷的電力金具。

3 標準試驗方法及評價方式

3.1 電氣接續(xù)類金具

電氣接續(xù)類金具屬于通流元件，環(huán)境溫度、日照強度及風速三類影響因子都會影響金具的載流量，因此試驗需在不通風的環(huán)境中進行，環(huán)境溫度應平穩(wěn)，不應波動過大。

從并溝線夾、絕緣穿刺線夾等配網金具的設計結構考量，對于連接2種及以上導線的電氣接續(xù)金具，標準選擇安裝最大規(guī)格及最小規(guī)格的導線進行試驗，其中以最小規(guī)格導線為參考導線。另外對導線長度作了規(guī)定，以使金具之間有足夠的距離保證忽略掉熱擾動的影響。

考慮到接續(xù)金具的電阻較小，對功率計精度要求很高，實際測試時直接在金具兩端電位點測量比較困難，標準提出了功率的間接測量方式，這也是接續(xù)金具能耗測量的主要方式。

金具的節(jié)能評價是相對的，即能耗與金具等效長度的接續(xù)導線的能耗值相比較，不應超過某個限定值。通過參考相關接續(xù)金具的電阻判定準則及大量能耗試驗數(shù)據(jù)，標準給出了并溝線夾、絕緣穿刺線夾、壓縮型耐張線夾及接續(xù)管4類金具的評價系數(shù)，其中絕緣穿刺線夾系數(shù)相對較高，這也是考慮到目前國內該類產品的制造水平從而給出的一個合理值。

3.2 非電氣接續(xù)類金具

非電氣接續(xù)類金具不承載電流，不同于電氣接續(xù)類金具一次通流試驗即可完成能耗測量，非電氣接續(xù)類金具需進行2次通流試驗，采用差值法進行能耗計算。2次通流試驗中環(huán)境溫度、風速、日照強度等環(huán)境條件及測試電流值需保持一致。若環(huán)境條件發(fā)生變化，則導線在沒有安裝金具時與安裝金具時導線本身的能耗將發(fā)生變化，差值法計算所得的金具能耗便有誤差。

為減小單個試樣測量誤差，標準規(guī)定試樣數(shù)量不應少于5個。因非電氣接續(xù)類金具為磁損耗，試驗場所中不應存在金屬類制品，同時保證試樣間距至少0.5 m，避免試樣相互磁干擾及熱效應的影響。

該類金具的節(jié)能評價同樣相對于導線而言，即金具能耗相對于單位長度導線能耗的比值為判定值。通過統(tǒng)計鐵磁類和非磁性金具的試驗數(shù)據(jù)，依據(jù)經驗標準給出了不同規(guī)格的懸垂線夾、螺栓型耐張線夾、防振錘及間隔棒的評價系數(shù)，標準評價系數(shù)一欄中試驗導體標稱截面面積為該金具設計使用最大規(guī)格導線的截面積。

4 標準應用情況

4.1 電氣接續(xù)類金具

4.1.1 試驗對比

選取絕緣穿刺線夾JJC10-185/50作為實例，依據(jù)該標準測試其在施加不同力矩值下的能耗值作對比分析。圖1為試驗布置情況，表1—表3為試驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計表，試驗電流為171 A。

圖1 JJC10-185/50試驗布置情況

表1 施加力矩13 Nm時的試驗結果

表2 施加力矩15 Nm時的試驗結果

表3 施加力矩17 Nm時的試驗結果

由表1—3可見，隨著力矩的加大線夾與導線能耗的比值遞減，15 Nm時試樣已達到節(jié)能評價系數(shù)（1.2），比值呈下降趨勢，表明隨著力矩的加大，線夾刀片與導線的接觸電阻持續(xù)變小，線夾的能耗便有了明顯的降低。

絕緣穿刺線夾在結構、材質不變的情況下通過增大力矩可減小能耗值，但值得注意的是應確保接續(xù)導線的機械強度不應降低。

4.1.2 分析

接續(xù)金具的能耗為接續(xù)金具本身及內部接續(xù)導線構成的組合體的電阻損耗，電流負荷一定時其大小與金具材質、結構及安裝工藝密切相關，改良上述參數(shù)可降低損耗。

4.2 非電氣接續(xù)類金具

4.2.1 能耗對比

此處選取鑄鐵懸垂線夾XGU-5及鋁合金懸垂線夾CGF-6K進行對比測試，依據(jù)該標準測試在相同電流負荷下兩者的能耗值。圖2為線夾安裝后的試驗布置情況，試驗導線TR-500，試驗電流500～1 030 A。兩類線夾的能耗數(shù)據(jù)見表4所示。

圖2 線夾安裝后試驗布置情況

表4 測試數(shù)據(jù)統(tǒng)計

由表4可見，同電流負荷下鑄鐵懸垂線夾XGU-5能耗數(shù)十倍于鋁合金線CGF-6K，XGU-5線夾與導線能耗的比值大大超過節(jié)能評價系數(shù)（0.40），屬于高能耗金具。相比CGF-6K已達到節(jié)能評價系數(shù)，按標準劃分屬于節(jié)能金具。

懸垂線夾XGU-5所有部件均為鐵磁性材料制造，相對磁導率為200～400，在線夾本體內的磁感應強度和產生的感應電動勢較大，雖鑄鐵的電導率較小，相比下仍有較大的渦流損耗。

而懸垂線夾CGF-6K的本體和壓板由非磁性的鋁合金材料制造，無磁滯損耗，其相對磁導率約為1，回路磁阻大，渦流損耗小。主要是緊固件為鋼質材料，有磁滯、渦流損耗，雖結構上未形成低磁阻的閉合磁路，仍有一定的渦流損耗。

金具材質的磁導率對能耗影響較大，鐵磁性金具替換為非磁性金具后節(jié)能效果顯著。

4.2.2 溫升對比

在試驗中測量了2類金具的溫升情況，以試驗電流500 A為例，結果如下。

（1）XGU-5溫升情況。

在XGU-5不同部位上放置熱電阻測溫探頭查看金具溫度分布，導線溫度穩(wěn)定在34℃，XGU-5鑄鐵外殼上溫度達到了37℃，U型螺絲處為45℃，兩側掛板為34℃，U形掛板處為27℃，而金具線槽與壓板之間的導線溫度達到了52℃，比裸露在空氣中的導線溫度高18℃，金具上的溫度最大差值為25℃。紅外溫度圖如圖3所示。

圖3 XGU-5紅外溫度

XGU-5溫度分布不均衡，線夾內的導線溫度較高，導線在長期運行情況下，線夾的磁性加熱可能會影響導線的機械性能和使用壽命，限制線路的輸送容量。

（2）CGF-6K溫升情況。

導線溫度穩(wěn)定在34℃，CGF-6K鋁合金外殼上溫度不大于26℃，其緊固件（U型環(huán)等）溫度為27℃，壓板外側溫度為27℃，而在金具線槽內與壓板接觸的導線部分溫度31℃。紅外溫度圖如圖4所示。

總體來說，由鋁合金材質制造的懸垂線夾CGF-6K溫度低于導線溫度，溫度分布比較均勻，而線夾內的導線溫度低于裸露在空氣中的導線溫度，對線路長期運行不會造成影響。

4.2.3 分析

圖4 CGF-6K紅外溫度

非電氣接續(xù)類金具的能耗主要為金具本體產生的渦流損耗，在導線通過電流一定時能耗與金具材質及結構形式相關。采用非磁性材料或隔絕磁回路的方式可降低能耗。

5 結語

《電力金具能耗測試與節(jié)能技術評價要求》經過十多年的理論研究及經驗積累，已于2014年4月首次頒布實施，標準依據(jù)金具能耗的不同機理進行了分類，規(guī)范了試驗設備、試驗方法及評價準則，在規(guī)范節(jié)能金具市場秩序，引導企業(yè)升級改造，加大綠色環(huán)保金具的市場占有率，給電力公司運行成本提供參考依據(jù)方面，該標準將發(fā)揮重要作用。

該標準尚未涵蓋全部類別的電力金具，在之后的修訂中將補充金具的種類，包括連接金具系列，通過制定其試驗方法及評價準則，進一步完善標準。

[1]VL CRABB，JM SHEADEL.Magnetic Heating of Transmission Line Clamps[J].Transactions of the American Institute of Electrical Engineers，1949，68（2）∶1032-1035.

[2]IEC 61284-1997 Overhead lines-Requirements and tests for fitting[S].

[3]CCEC/T 15-2001電力金具節(jié)能產品認證技術要求[S].北京：中國電力出版社，2001.

[4]DL/T 756-2009懸垂線夾[S].北京：中國電力出版社，2009.

[5]DL/T 1288-2013電力金具能耗測試與節(jié)能技術評價要求[S].北京：中國電力出版社，2013.

（本文編輯：陸 瑩）

Discussion on Requirements for Energy Consumption Test&Energy Saving Technology Evaluation of Electric Power Fittings

YE Cheng，YU Hongyun，NI Guocan，WANG Jiajing，HONG Jing
（National Quality Supervision&Inspection Center of Electrical Equipment Safety Performance，Zhejiang Huadian Equipment Testing Institute，Hangzhou 310015，China）

The paper Introduces the development of domestic and overseas energy consumption standards of electric power fittings；then it explains the fittings classification，test methods,evaluation methods and application in the newly promulgated and implemented DL/T 1288-2013 Requirements for Energy Consumption Test and Energy Saving Technology Evaluation of Electric Power Fittings.The paper describes the mechanism of energy consumption，test methods and evaluation criteria of different types of fittings.Through experimental research and theoretical analysis of various fittings，the paper proposes technical methods to reduce energy consumption of electric power fittings and indicates purposes and meaning of the standards.

electric power fittings；energy consumption test；energy saving evaluation

TM72

B

1007-1881（2016）11-0072-04

2016-09-20

葉 成（1986），男，工程師，長期從事電力器材的檢測研究工作。