帶電更換絕緣子串的受力分析與方法探討

曾偉靈

（廣東電網(wǎng)公司江門供電局，廣東 江門 529000）

帶電更換絕緣子串的受力分析與方法探討

曾偉靈

（廣東電網(wǎng)公司江門供電局，廣東 江門 529000）

對直線桿塔、耐張桿塔更換絕緣子串進(jìn)行了受力分析和計(jì)算，并從作業(yè)方式、人員組成、操作方法、安全注意事項(xiàng)及主要工器具等方面討論了帶電更換絕緣子串的方法。

絕緣子串；直線桿塔；耐張桿塔

0 引言

架空輸電線路長期在露天下運(yùn)行，經(jīng)常受到周圍環(huán)境和大自然變化的影響，常會發(fā)生各種各樣的故障。絕緣子在輸電線路中是一個(gè)極其重要的部件，同時(shí)又是一個(gè)極易損壞的脆弱部件。從歷年運(yùn)行中的故障統(tǒng)計(jì)看，絕緣子故障要占50%以上。絕緣子一旦發(fā)生損壞或老化，在喪失絕緣性能前，應(yīng)及時(shí)更換，保證線路安全運(yùn)行。運(yùn)行中的絕緣子串不但承受工作電壓的作用，同時(shí)還要承受機(jī)械力的作用。更換絕緣子時(shí)，必須將這2種作用轉(zhuǎn)移到其他工具上，使絕緣子串退出運(yùn)行，然后進(jìn)行更換。直線桿塔絕緣子受力一般為幾百千克到幾噸，跨河高塔甚至重達(dá)10余t，耐張塔絕緣子受力一般為1～10余t不等，在確定施工方案前，必須進(jìn)行受力分析計(jì)算，確保工器具的選型正確。

1 更換絕緣子串時(shí)的受力分析

1.1 直線桿塔的絕緣子串

在桿塔上更換絕緣子串，一般是在天氣良好的情況下進(jìn)行的，風(fēng)速不大于5級（10m／s）。絕緣子串上承受的荷載僅考慮導(dǎo)線、金具的本身質(zhì)量與風(fēng)壓，現(xiàn)分析如下：

（1）絕緣子串上的垂直荷載：

式中，Q為絕緣子串上的垂直荷載（kg）；n為導(dǎo)線根數(shù)；g1為導(dǎo)線自重比載（N／m· mm2）；S為導(dǎo)線截面（mm2）；Lv為垂直檔距（m）；W 為金具和作業(yè)人員等的質(zhì)量（kg）。

（2）絕緣子串上的水平荷載：

式中，P為絕緣子串上的水平荷載（kg）；g4為導(dǎo)線風(fēng)壓比載（N／mm2·m）；Lh為水平檔距（m）。

（3）絕緣子串上承受總荷載：

1.2 耐張桿塔的絕緣子串

1.2.1 絕緣子串承受荷載分析

在運(yùn)行線路上耐張絕緣子串是承受導(dǎo)線的水平張力，導(dǎo)線的水平張力與代表檔距和當(dāng)時(shí)的氣象條件有關(guān)。當(dāng)已知該耐張段的代表檔距和當(dāng)時(shí)的氣象條件時(shí)，就可以在該工程的導(dǎo)線機(jī)械特性表中查到當(dāng)時(shí)的導(dǎo)線應(yīng)力。導(dǎo)線的水平張力可用下式表示：

式中，F(xiàn)為導(dǎo)線的水平張力（kg）；σ為導(dǎo)線應(yīng)力（N／mm2）。

1.2.2 導(dǎo)線過牽引張力的計(jì)算

在更換整串耐張絕緣子串時(shí)，必須將導(dǎo)線收緊，使絕緣子串松弛后，才能達(dá)到更換絕緣子的目的。收緊導(dǎo)線，勢必使導(dǎo)線的應(yīng)力增大，此增大的應(yīng)力稱過牽引應(yīng)力。過牽引應(yīng)力與導(dǎo)線截面的乘積，稱為過牽引張力。過牽引時(shí)，其應(yīng)力增加的大小與耐張段長度、過牽引長度以及耐張桿塔和橫擔(dān)的撓度、導(dǎo)線彈性系數(shù)等因素有關(guān)。當(dāng)導(dǎo)線收緊時(shí)，使原檔距內(nèi)的線長縮短，由于線長縮短，弛度變小，導(dǎo)線的應(yīng)力增加。當(dāng)耐張段較長時(shí)，線長縮短一點(diǎn)，對整個(gè)耐張段的弛度變化不大，所以應(yīng)力增加也不大。但對孤立檔（特別是檔距較小的弧立檔）來說，線長縮短一點(diǎn)，弛度就明顯變小，導(dǎo)線的應(yīng)力增加較大，所以一定要通過計(jì)算過牽引張力來驗(yàn)算導(dǎo)線的安全系數(shù)及工器具的機(jī)械強(qiáng)度。為了簡化計(jì)算，不考慮對過牽引張力影響較小的導(dǎo)線彈性系數(shù)橫擔(dān)撓度等因素。計(jì)算導(dǎo)線過牽引張力的步驟如下：

（1）計(jì)算孤立檔的線長：

式中，l為孤立檔檔距（m）；f為弧垂（m）；g1為導(dǎo)線自重比載（N／m· mm2）；σ為導(dǎo)線的水平應(yīng)力（N／mm2）。

（2）收緊導(dǎo)線，線長減少后的過牽引應(yīng)力：

式中，σ1為線長減少后的過牽引應(yīng)力（N／mm）；L為過牽引前的線長（m）；Δl為過牽引長度（m）。

將線長公式代入應(yīng)力公式，得：

從上式可知，只要從設(shè)計(jì)施工圖中查到該孤立檔的檔距和導(dǎo)線自重比載，并從現(xiàn)場實(shí)測到該檔的弛度，就可以準(zhǔn)確地計(jì)算出過牽引Δl后的過牽引應(yīng)力。或從設(shè)計(jì)施工圖中查到該孤立檔的檔距和當(dāng)時(shí)氣象條件下的導(dǎo)線自重比載和應(yīng)力，也可以計(jì)算出過牽引Δl后的過牽引應(yīng)力。

過牽引張力的計(jì)算：

式中，T 為過牽引張力（kg）；σ1為過牽引應(yīng)力（N／mm2）。

2 帶電更換絕緣子串的方法

輸電線路中，根據(jù)各種不同的使用條件，把絕緣子和金具組成不同的絕緣子串。所以更換絕緣子應(yīng)根據(jù)不同的運(yùn)行方式和不同的絕緣子串，采用不同的工具和操作方法。在須更換絕緣串但因供電緊張又無法停電的情況下，必須在線路帶電的情況進(jìn)行更換。下面介紹其中2種更換絕緣子的操作方法。

2.1 帶電更換220kV直線懸式絕緣子串

直線桿塔上更換懸垂絕緣子串，主要是用絕緣承力工具提升導(dǎo)線，將原絕緣子串承受的導(dǎo)線垂直力和電壓轉(zhuǎn)移到絕緣承力工具上，使絕緣子串退出運(yùn)行，然后進(jìn)行更換。目前常用的絕緣承力工具有絕緣滑車組、絲杠絕緣吊桿和液壓絕緣吊桿等。下面介紹用絕緣滑車組帶電更換絕緣子的操作方法（圖1）。

圖1 更換220 kV線路直線絕緣子示意圖

（1）作業(yè)方式：地電位作業(yè)法。（2）人員組成：共9～12人。其中工作負(fù)責(zé)人1名，桿上電工2～3名，地面電工5～8名。（3）操作步驟：1）工作負(fù)責(zé)人檢查工器具，明確人員分工，交待作業(yè)時(shí)安全注意事項(xiàng)，發(fā)布開始工作命令。2）1、2號電工登桿塔至橫擔(dān)絕緣子串處，3號電工登桿塔至導(dǎo)線水平位置，系好絕緣安全帶，掛好絕緣無頭繩。3）桿塔上電工互相配合，安裝好絕緣滑車組，掛好導(dǎo)線保險(xiǎn)繩。3號電工用絕緣操作桿上的拔銷器拔除導(dǎo)線側(cè)碗頭處的彈簧銷。4）桿塔上電工與地面電工配合，收緊滑車組，提升導(dǎo)線，使絕緣子串松弛，3號電工用操作桿摘下碗頭掛板，地面電工把滑車組的絕緣繩頭固定牢靠。5）1號電工在絕緣子串上系好吊瓶繩，并拔除橫擔(dān)端絕緣子彈簧銷。6）桿上電工與地面電工配合，利用舊絕緣子串松下的重力把新絕緣子串吊上。7）按以上相反程序恢復(fù)新絕緣子串兩端的聯(lián)接，完成后投入運(yùn)行。8）拆除工具，桿塔上電工依次撤下，工作結(jié)束。（4）安全注意事項(xiàng)：1）必須退出重合閘后才可上桿塔操作。2）所有的絕緣工具需經(jīng)電氣、機(jī)械試驗(yàn)合格，傳遞工具一律用絕緣繩和絕緣滑車。3）絕緣操作桿有效長度不得少于2.1m，絕緣承力工具、絕緣繩有效長度不得少于1.8m，地電位人身與帶電體的距離必須大于1.8m，人體不準(zhǔn)觸及未脫離電位的絕緣子。4）絕緣滑車組受力后，需經(jīng)檢查確認(rèn)安全可靠方可脫離絕緣子串。5）更換單串型絕緣子及使用單滑車組時(shí)，必須加裝導(dǎo)線絕緣保險(xiǎn)繩，防止意外掉線。（5）主要工器具：絕緣滑車組1套，導(dǎo)線絕緣保險(xiǎn)繩1根，帶拔銷器的絕緣操作桿1根，提線鉤2個(gè)，絕緣繩和單輪滑車若干。

2.2 帶電更換220kV雙聯(lián)耐張絕緣子串

更換耐張雙串絕緣子時(shí)，為了省力，一般應(yīng)用大刀卡具的杠桿作用。在絕緣子串兩端的二聯(lián)板上安裝大刀卡具，用絕緣滑車組或絲桿絕緣拉桿來收緊大刀卡具，使其中一串絕緣子串松弛，退出運(yùn)行后逐一進(jìn)行更換。以下介紹用絲桿絕緣拉桿作為承力工具的帶電更換耐張絕緣子串操作方法（圖2）。

圖2 更換220 kV線路耐張絕緣子串操作示意圖

（1）作業(yè)方式：地電位與等電位配合作業(yè)。（2）人員組成：共8～10人，其中工作負(fù)責(zé)人1名，塔上電工2名，等電位電工1名，其余為地面電工。（3）操作方法：1）工作負(fù)責(zé)人檢查工器具，明確人員分工，交待作業(yè)時(shí)安全注意事項(xiàng)，發(fā)布開始工作命令。2）1、2號電工登塔至橫擔(dān)處，系好絕緣安全帶，掛好絕緣無頭繩。3）塔上電工與地面電工配合把絕緣軟梯掛在耐張線夾出口處。等電位電工穿好全套均壓服，登軟梯至導(dǎo)線處，系好絕緣腰繩。4）塔上電工、等電位電工與地面電工配合把大力卡具分別安裝在導(dǎo)線側(cè)和橫擔(dān)側(cè)的二聯(lián)板上，并裝上絲桿絕緣拉桿，把托瓶架勾在絕緣子串上，拔除兩端彈簧銷。5）塔上電工收緊絲桿絕緣拉桿，使絕緣子串松弛，并與等電位電工配合脫開絕緣子串兩端的聯(lián)接。6）用機(jī)動絞磨提升托瓶架（整串起吊時(shí)）或人手拖絕緣繩，并將絕緣子串放至地面。7）按上述相反的操作程序換上新絕緣子串。8）塔上電工和等電位電工把大刀卡具、絲杠絕緣拉桿、吊瓶架等轉(zhuǎn)移到另一側(cè)絕緣子串上。重復(fù)上述操作完成雙聯(lián)絕緣子串的更換。9）拆除工具，塔上電工依次撤下，工作結(jié)束。（4）安全注意事項(xiàng)：1）～3）項(xiàng)與上述更換直線絕緣子串時(shí)的注意事項(xiàng)相同。4）把托瓶架吊起或放下絕緣子串時(shí)，應(yīng)控制好絕緣控制繩，不得碰撞和損傷絕緣子。5）絲杠絕緣拉桿受力后，需經(jīng)檢查確認(rèn)安全可靠，方可脫開絕緣子串兩端的聯(lián)接。6）利用架空地線提升吊瓶架時(shí)，應(yīng)先檢查地線的銹蝕情況。在絕緣架空地線上工作時(shí)，應(yīng)視作帶電體。（5）主要工器具：絕緣托瓶架1套（連絕緣滑車組和絕緣控制繩），絲杠絕緣拉桿1副，帶拔銷器的絕緣操作桿1根，前后大刀卡具1副，絕緣軟梯1副，屏蔽均壓服1套，輕型機(jī)動絞磨1臺，絕緣繩和單滑車若干。

3 結(jié)語

以上討論了帶電更換220kV直線和耐張2種塔型絕緣子時(shí)的方法和受力分析計(jì)算。由于線路電壓等級不同，桿塔結(jié)構(gòu)型式以及導(dǎo)線型號不同，絕緣子串的受力大小差距很大，更換方法也因環(huán)境條件、氣象條件而異。這里僅根據(jù)常規(guī)的帶電更換方法，論述了具有一定代表性的操作方法，從實(shí)際操作、人員組織、工器具的選擇以及受力分析等幾個(gè)方面進(jìn)行討論，可以為線路人員提供參考；在停電的情況下，可用非絕緣工具（如液壓雙鉤、鏈葫蘆等）代替，操作更簡便。

［1］張殿生.電力工程高壓送電線路設(shè)計(jì)手冊［M］.北京：中國電力出版社，2003

2013－07－30

曾偉靈（1966—），男，廣東江門人，工程師，長期從事送電線路運(yùn)行管理工作。