李 华

（中国电建集团成都电力金具有限公司，四川 成都 610000）

近年来，随着巴西经济的迅速发展，巴西输电网工程线路快速扩张。初步统计，输电线路总长从2007 年的8.9 万千米增至2011 年的10.3 万千米。预计到2021 年，巴西将新增168 条线路，输电线路总长将增至15.05 万千米。巴西输电线路市场潜力巨大，以成都某金具公司（以下简称成金）为代表的很多国内金具公司已逐步布局巴西市场，成金公司在众多国内公司竞争中拔得头筹，成功完成了巴西美丽山±800kV 直流输电线路、巴西500kV TPT 项目等项目的供货。成金作为巴西特高压线路工程的重要供应商，主要提供常规线路金具，对其他金具如拉线金具、变电金具、阀厅金具尚未完成供货。成金公司结合巴西市场，以满足巴西输电线路工程的工程需要为前提，对尚未供货的拉线金具、变电金具、阀厅金具进行设计开发。其中，以容易形成系列化、标准化设计的拉线金具为着手点，以即将建设的巴西IG 工程为契机，确定巴西拉线金具的项目研发。

该拉线金具研发项目在基于以上开发步骤的基础上。项目研发着重从研发背景、国内外拉线金具对比分析、预交式拉线金具计算校核、预交式拉线金具试验方法等方面作切入点，逐步对拉线金具的开发做详细分析[1]。

1 研发背景

巴西拉线金具市场目前基本为帕尔普公司所垄断，垄断市场导致金具成本节节攀升，高价拉线金具令巴西业主苦不堪言，巴西国内无成熟厂家可以提供有竞争力的拉线金具。因此，巴方亟待寻求第二个实力雄厚的厂家与之合作，共同抵抗帕尔普公司的垄断。成金公司已经成功供货巴西美丽山±800kV 直流输电项目工程、并有500kV TPT 项目成功的应用经验。因此，巴西业主希望与我司合作，共同完成拉线金具的研发。

经巴西输电线路现场考察调研，巴西线路工程中拉线塔（如图1）应用较多，平地地形条件下，单回线路拉线塔比例一般为80%左右，在双回线路中因考虑安全等因素拉线塔采用比例较低。经计算分析，拉线塔塔重约为相同条件下自立塔的70%左右。因此，巴西市场普遍采用经济性能良好的拉线塔作为其输电线路基本塔型，并由此催生了拉线金具的大范围的使用。

图1 巴西500kV 双回路悬垂塔型

巴西拉线金具市场巨大，国际市场对拉线的金具的应用也逐步标准化，拉线金具的各项技术参数也日臻完善。成金研究所结合国内拉线金具的特点，并总结部分国外公司的设计经验，确定了预绞式拉线金具的研发项目，以提升该公司国外新产品研发实力，完善各项金具供货经验。

2 国内外拉线金具研发对比分析

成金公司根据现场调研，并总结实际线路运行经验，对国内外拉线金具进行对比分析，以确定研发方向。

2.1 结构形式对比

国外市场拉线金具普遍采用预绞式，如图2 所示为国外拉线金具样图。预绞式拉线金具，主要由长拉杆、短拉杆、预绞丝、线夹、以及楔形芯组成。

图2 国外拉线金具样图

国内市场的拉线金具主要为压缩式拉线金具，如图3 所示为国内拉线金具样图。国内压缩式拉线金具主要由U 型螺栓、压缩线夹等组成。

图3 国内压缩式拉线金具

2.2 其他方面对比分析

预交式拉线金具除结构型式与国内常规拉线金具有较大区别外，其加工制造、市场运行、可靠性等方面也有不同。

从加工制造角度分析， 压缩式拉线金具需要对压接钢管进行车加工，车加工量较大，成本高，不适合大批量生产；预绞式拉线金具楔形芯仅铸造完成，线夹本体采用锻造成型，加工量较小，适用于批量生产。

从市场运行经验分析，压缩式拉线金具无巴西市场运行经验，而预绞式拉线金具在巴西市场运行非常广泛。目前，巴西90%以上的拉线金具均为预绞式拉线金具。

从可靠性分析，预绞式拉线金具对钢绞线拉线有双重拉力作用，同时有双层保护。其中，外层预绞丝主要为拉线金具提供初步拉力作用，并保护钢绞线。钢绞线与本体通过楔形作用力相连接，而非压接成型，从而避免因压接工艺不规范、压接长度不够或其他压接问题而出现工程事故。

从形成的设计规范分析，巴西国内拉线金具设计规范基本确定以预绞式拉线金具为样本形成。因此，设计规范确定了巴西国内市场以预绞式拉线金具为基本供货范畴。

从施工工艺分析，预绞式拉线金具不需要压接完成。因此，不需要购买适合工程需要的液压摸，也不需要进行符合施工工艺的压接，极大方面了拉线金具的安装。

从上述各项分析不难得出，预交式拉线金具在巴西市场具有先天优势，成金公司最终确定预交式拉线金具作为研发方向。

3 预绞式拉线金具计算校核

拉线金具的研发需要校核其各方面的受力如抗拉应力分析、连接破坏分析、材料性能分析以及预绞丝设计分析等。完成各项分析后才能确定其具体的设计参数，并最终形成产品，完成供货。拉线金具的最重要的受力构件为拉杆和预绞丝，对拉杆和预绞丝的分析是完成研发的关键。

3.1 拉线金具拉杆受力校核

拉杆主要校核的方面为螺栓的应力校核和连接校核，以及螺栓材质校核。拉线金具拉杆是否满足要求，需要从下述方面进行分析：①拉线金具拉杆的抗拉应力应低于材质的破许用破坏应力τ；②拉线金具拉杆与U 型环连接的破坏力应大于钢绞线的破坏荷载。如拉线金具U 型螺栓外径为M（mm），钢绞线拉力为P（N）。螺栓截面积（mm2），螺栓承受拉应力（MPa），且σ ＜τ。

IG 工 程 拉 线 参 数 为：P=130kN；外 径D=12.7mm。U 型螺栓设计参数为M=16mm，材质为35CrMo，许用破坏应力τ=590MPa。

经计算，螺栓承受抗拉应力323.28MPa ＜τ=590MPa，满足设计要求。

进一步对螺栓底部与联接金具连接处的强度进行校核，拉线金具U 型螺栓与底部U 型环之间的连接图如图4 所示，

图4 拉线金具U 型螺栓与底部U 型环之间的连接图

根据电力金具设计规范，连接处的理论拉断力的计算公式如下：

经计算，其理论最大破坏力为P=171.73kN，高于实际承受拉力130kN，因此连接破坏满足设计要求。

3.2 预绞丝的设计参数校核

拉线金具预绞丝设计参数根据以往经验选择分析如下：

（1）本工程拉线钢绞线外径为12.7mm，与国内铝包钢绞线LB20A-100 接近，LB20A-100 铝包钢绞线外径为13mm。因此，拉线金具预绞丝单丝直径取与之相同的外径为φ4.6mm。

（2）预绞丝强度计算及根数确定，本工程根据电工用铝包钢线标准GB/T 17937-2009 选择单根预绞丝强度为1320MPa。根据钢绞线外径12.7mm、预绞丝单根直径φ4.6mm 计算，选择10 根预绞丝作为预绞丝根数，每两根预绞丝之间的间隙为图5 所示，其间隙为0.7mm，满足间隙为1mm 左右的设计经验。

图5 预绞丝校核间隙图

经计算，单根预绞丝的截面积为S单=16.61mm2；单丝强度拉断力F=21926N，10 根预绞丝的计算拉断力为219260N=219.26kN。10 根预绞丝的拉断力远大于钢绞线拉断力130kN，满足预绞丝拉断力大于钢绞线拉断力的设计要求。

4 预绞式拉线金具试验方法

巴西预绞式拉线金具试验方法除满足一般国际标准外，还应满足巴西市场对拉线金具的要求。其需要完成的主要型式试验及其试验步骤包括以下几个方面：

（1）机械试验，将金具固定在水平拉力试验机上，以10000lbs/min 的速度加载到规定的机械损伤载荷。

（2）稳定试验，施加载荷到导线计算拉断力的77%，维持168 小时；施加载荷到导线计算拉断力的85%，维持168 小时；施加载荷到导线计算拉断力的95%，维持168 小时。

（3）循环试验，施加载荷到导线计算拉断力的60%，维持6min 后卸载到10%，维持1min，循环次数1000 次。

（4）适配性试验，施加载荷到导线计算拉断力的75%，判定适配性。

（5）扭矩试验，从0 施加载荷到导线计算拉断力的25%，以此为依据确定扭矩。其中，扭矩试验为巴西市场独有的型式试验，该试验在国内试验机构无法完成，需要在巴西国内完成。

5 结论

预交式拉线金具研发作为成金公司重点研发项目，其市场潜力，设计的可标准化、可系列化使得其前景极其光明；预计在实现供货的基础上形成系列产品，对成金公司的金具市场开拓，新技术的积累有重要推动作用。