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摘要：金具是连接和组合电力系统中各类装置，以传递机械、电气负荷及起到某种防护作用的金属构件。对于架空输电线路连接金具，应具有匹配的力学性能以及较高的可靠性和耐久性。我国新疆等西北部大风多风地区以及其他特殊气候地区如山区微地形气象区、沿海季风区，风力强劲，有时伴随扬沙、沙尘暴等恶劣天气，架空输电线路途经上述地区时，大风可引起导线摇摆晃动，进而使连接金具之间发生剧烈摩擦，沙尘颗粒则会对金具表面产生冲击侵蚀，使金具表面发生磨损。鉴于此，本文对强风沙地区输电线路新型耐磨金具性能进行分析，以供参考。
关键词：耐磨金具；35CrMo；45Mn2；GCr15；台架磨损试验
引言
电力公司在设计电力线时必须选用优质金属，以确保电路整体电力的稳定性和效率。电力公司的购买者必须积极了解目前市场上可用的黄金材料的发展情况，并选择采用高比例环保技术的稳定、安全的电网。
1耐磨材料的选择
我国架空输电线路连接金具多数采用抗拉强度不低于375MPa的碳素结构钢或合金结构钢制造，少数采用铸钢、可锻铸铁或球墨铸铁制造，常用钢材牌号包括35、45、40Cr、Q345R等。所选牌号钢主要考虑其机械强度，而耐磨性能并未引起重视。由于对所选牌号钢的耐磨性能考虑较少，在大风多风区以及微地形、微气象等特殊地区中发现传统连接金具的耐磨性能较差，严重影响了架空输电线路的运行寿命。根据架空输电线路连接金具性能要求和前期调研分析，初步选取合金结构钢和滚动轴承钢作为新型耐磨金具材料体系，执行标准分别为GB/T3077-2015《合金结构钢》和GB/T18254-2016《高碳铬轴承钢》。通过对比分析标准中所列钢种，优选出合金结构钢35CrMo、45Mn2及高碳铬轴承钢GCr15这3种材料作为新型耐磨金具的候选材料。
2风沙环境中电力金具磨损研究现状
强风沙尘地区的特高压输电线以及连接输电线正常运行的金具常年受到强风沙尘等苛刻条件的作用，为保证电力系统的稳定运行，需要研究金具的磨损机理，进而研制出抗磨损的金具。通过对新疆电网近年来典型的输电线路风害事故进行分析，概括出新疆地区常见的大风区以及不同风区风力级别的大小，最终得到大风是影响新疆电网正常运行的主要因素之一；并且大风主要对线路的金具磨损和绝缘破坏起到加剧作用。针对过去三年新疆大风沙尘分布以及大风对吐哈线路电网的灾害进行了分析。研究结果表明：北疆大风发生在冬季，南疆多发生在春末，因强风和沙尘暴造成输电线路中绝缘子串和金具断裂。张新方等[11]以大理地区出现的输电线路故障为例，研究了引起线路金具磨损的因素，得到大风作用下力的方程，并对不同风区的线路金具进行等级划分，便于电力人员进行检测。结合新疆750kV输电线实际发生的故障研究了强风沙尘对绝缘子伞裙、U型挂环等金具的磨损问题。
3电力金具抗磨损的改进方案
3.1电力金具内部材料和表面改性处理
提高金具的抗磨损性能，首先考虑的是用高强度耐磨损的材料进行替代，或者对金具表面进行处理，达到延长使用寿命的目的。潘丹青等[42-43]采用碳氮共渗的方式对金具材料进行低温回火处理。研究表明，这可有效提高金具的抗磨损性能，将原始A3钢经处理之后，可大幅提高硬度，其抗磨损性能可以提升40倍；在原始结构上添加二硫化钼作为润滑剂，可提高抗磨损性6000倍。陈军君等[44-46]针对输电线路中金具的腐蚀严重的问题，发现腐蚀引起金具失效的形式为强度降低、截面剩余尺寸减小和材料韧性减低；同时提出了对金具表面进行镀锌层处理，并且查阅相关资料，对镀锌层的厚度做出了要求，对于使用年限在30年以上的，应控制在192～300μm，通过表面改性可以达到最佳防腐蚀的目的。
3.2金具选型方法
电力公司在采购黄金部件时，必须根据网络的实际操作条件选择合适的板材，以避免金属质量差造成更大的安全问题。
当电气公司采购黄金时，黄金成本和后续维护成本也必须包括在购买选择标准中。运营公司需要建立黄金使用寿命综合评估模型，以便对材料进行综合分析，并做出购买电力公司的有价值的购买决策。
3.3使用节能类型的金具
将铁金属应用到电网中会在金属内部产生磁场，导致大量的能量被黄金消耗。为此，电力公司需要新的高能效材料，以降低黄金的能耗，避免金属通电后的波动。电力运营中，电力公司逐步引进了节能材料，以提高电网性能，降低能耗。电流铝材料被电力公司大量应用于电网。为了提高黄金的强度，黄金制造厂往往会添加更薄的元素材料来生产黄金，从而使黄金变得更强。未来金属制造商可以详细分析金线的性能和强度，为其电力公司提供高质量、导电、高质量、高性能的新型导电材料。
3.4优点与不足
输电线路电力金具一般都是在多载荷、强风沙尘、大温差以及腐蚀等多因素耦合下发生失效的，现有的设计方案往往是针对某一因素进行改进，以达到暂时延长使用期限的目的。例如，表面改性等方案只是提高表面耐腐蚀等性能，对于金具在大载荷下的强度影响没有进行考虑；改变连接方式只是减低单个金具的承受力或者增大金具接触面积，针对大温差引起的冻裂等失效没有进行考虑。综上，随着特高压输电线路建设的越来越普遍，穿越的环境越来越复杂，单一因素的研究已不能满足对磨损机理的研究，所以要从根本上解决电力金具干摩擦磨损的问题，未来电力金具的改进方案应考虑交叉相互影响的作用。
4展望
（1）优化金具的材料和连接方式。现在的金具往往是可锻件或者可铸件，耐磨损性能一般，一方面可考虑在材料中添加稀土元素或者表面进行改性，提高金具的耐磨损性能；另一方面可在金具薄弱环节进行局部加强处理，以达到耐磨损的目的，进而增加金具的使用寿命。
（2）建立多因素作用下输电线路金具的耐磨寿命预测和可靠性分析。针对输电线路金具磨损缺乏系统观测数据的问题，通过构建实验模型，可得到较完善的实验数据，进而建立寿命预测模型和可靠性分析，以为处于苛刻地区的输电线路金具的设计、检修和维护提供依据。
结束语
随着国民经济的快速增长，对电力工业的需求也逐渐增加。输电线路是电能运送的枢纽，承载输电线路的金属配件是保证电网正常运行的关键[1]。输电线路电力金具产品可分为可锻铸铁类、铝铜类、锻压类、铸铁类，根据其实际功能和用途，一般分为耐张线夹、悬垂线夹、接续金具、连接金具、保护金具、拉线金具、设备线夹、T型线夹和固定金具等9大类。近年来，国内外的电网发生了许多大停电事故，这些事故造成了巨大的经济损失，探索其内在原因，大多数是由于电力金具磨损造成强度不够进而导致的停电事故，故对电力金具的失效研究显得尤为重要。
参考文献：
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