1000kV特高壓線路耐張絕緣子更換技術研究

覃金彩，黃建峰，劉慧妍

（國網浙江省電力公司檢修公司，杭州 311232）

由于我國1000kV特高壓輸電線路建立與運行才剛起步，目前尚未出現顯性的故障。但受內部的電氣因素及外部的環境因素的影響，可能發生耐張絕緣子串（以下簡稱耐張串）的老化與損壞，需進行更換作業。因此，有必要對耐張串的更換技術進行一些具有前瞻性的研究，以應對耐張串故障的發生。根據特高壓線路耐張串及與之相關金具的結構特點，分析特高壓線路耐張串更換的技術難點，研究針對1000kV特高壓線路耐張串的更換方案。

11000kV特高壓線路耐張串的檢修特點

在1000kV特高壓線路耐張串的更換過程中，主要會受到以下幾個方面的影響：

（1）結構限制。受耐張串串長、噸位大的影響，且受預制式鋁管硬跳線或鼠籠式硬跳線和均壓屏蔽環的影響，使得施工難度大幅度提升；

（2）工器具限制。1000kV特高壓線路無論是電壓等級還是體積結構都發生了很大變化，以往檢修過程中使用的工器具在尺寸、機械強度、電氣強度等各方面均已無法滿足要求。檢修工器具尺寸、重量的增大無疑會使操作性大大降低，施工效率降低；

（3）荷載轉移的難度加大。隨著導線結構復雜度的增加，線路檔距的加大，使得導線的張力也隨之增加，加上耐張串串長且噸位大，耐張串也就需要承受大得多的荷載。在更換耐張串的過程中進行荷載轉移時，要求工器具具有更高的強度來承受這一荷載。

若要實現1000kV電壓等級線路的耐張串安全、可靠、經濟的更換，就必須對難點進行分析，為更換方案的制定提供可靠的依據。

2 1000kV特高壓線路耐張串更換的技術難點

2.1 耐張絕緣子的更換

由于特高壓線路與超高壓線路相比，所使用的絕緣子片噸位更大，能夠承受的機械與電氣強度更高，雙聯串已能滿足各方面的要求，所以特高壓耐張絕緣子串為2聯絕緣子。排列方式為水平排列，與鐵塔連接為2掛點。在1000kV晉東南—南陽—荊門特高壓工程中使用的2聯絕緣子通過整體聯板及二聯板與8根子導線相連，每聯為54片550 kN瓷式絕緣子，絕緣子長達12.96 m，單聯絕緣子重1.269t，整個耐張串長17.0～17.6 m，整個耐張串重3.268t?？梢娔蛷埓哂写L、噸位大、機械強度高等特點，使作業人員在更換過程中面臨兩大問題：

（1）由于耐張串噸位大，受力較復雜，作業人員在進行耐張串更換的過程中，需要解決的最基本的問題便是如何方便、可靠、快捷地實現耐張串所承受荷載的轉移；

（2）由于耐張串串長，在實現荷載的轉移時，導線會產生比較大的過牽引，一般需要將導線過牽引300～500 mm才能順利進行更換，使得導線的張力增加很大，配置的工器具的承受荷載也相應增大，需要考慮導線產生如此大的過牽引時，工器具的強度是否能夠滿足要求。要實現荷載的轉移，就必須先分析耐張串上荷載的分布情況，即耐張串的受力情況。

2.2 耐張串的受力分析

更換耐張絕緣子時的作業工況應為：無風、無冰、氣溫為+15℃。在這種氣象條件下耐張串所受的荷載，應僅為導線產生的張力及耐張串自身的重力。耐張串受力如圖1所示。

圖11000kV耐張串受力分析

圖中F導線即為導線的張力，Fh1與Fh2分別為水平方向和豎直方向上的分力；G為耐張串的重力；F橫擔為耐張串所受橫擔的拉力；Fhn與Fvn分別為水平方向和豎直方向上的分力；φ為導線與水平線之間的夾角；n為第n片絕緣子。

架空線上任一點處的軸向應力σx的水平分量等于弧垂最低點處的軸向應力σ0，即架空線上軸向應力的水平分量處處相等，導線截面積為A，由耐張串受力平衡可知：

而導線的應力從弧垂最低點向兩側掛點靠近時逐漸增大，到懸掛點處應力最大?？刹榈脩覓禳c應力σ為：

式中：σ為懸掛點導線應力；σ0為導線的水平應力；γ為導線的比載；l為耐張塔至第1基直線塔之間的檔距；h為2基鐵塔之間的高差；Lh=0為等高懸點時的線長。

又因為導線的張力與導線的應力關系為：

聯解式（1）與（2）可得單根子導線的張力為：

則單相導線八根子導線產生的總張力為：

在1000kV特高壓線路中，由于耐張串為雙串，則單相導線8根子導線所產生的總張力可視為由雙聯絕緣子均分承受。那么對于耐張串中的任意1片絕緣子所受的力即為導線的張力加上該片絕緣子到導線端所有絕緣子的重力和在耐張串方向上的分力。

設待更換的絕緣子為耐張串中從導線側開始算起第j片，則該片絕緣子的受力為：

2.3 均壓屏蔽環及硬質跳線對施工的影響

由于1000kV特高壓線路中耐張絕緣子上均壓屏蔽環與絕緣子特殊的位置關系，導致在更換過程中無論是工器具的安裝還是耐張串的拆裝都受到它的影響，這樣大大增加了工作強度，降低了工作效率。另外，由于均壓屏蔽環與絕緣子距離相當近，而耐張串卻相當重，所以在更換過程中很難精細地控制耐張串與均壓屏蔽環的距離，這也就很容易因擦碰而對耐張絕緣子和均壓屏蔽環造成不必要的損傷。在對耐張串進行更換的過程中，為了防止損傷，可采用泡沫、橡膠或海綿等質地較軟的物質將耐張串包裹起來。

在目前的1000kV特高壓線路中，所使用的跳線主要有2種：預制式鋁管硬跳線和鼠籠式硬跳線（見圖2）。

圖21000kV特高壓線路中的硬跳線

如圖2所示，預制式鋁管硬跳線主要就是以2根水平排列的鋁管通過間隔棒相隔。兩端以四變一線夾、引流線、聯接金具等與導線相連。根據耐張塔結構及使用方式的不同，預制式鋁管硬跳線的結構型式也不同。而鼠籠式硬跳線是將8根軟導線編結成一種鼠籠形的結構，使之成為一剛性體。鼠籠式硬跳線比預制式鋁管硬跳線少2個中間接續環節，很顯然其過流特性優于預制式鋁管硬跳線。正是受到硬跳線的影響，使得耐張絕緣子串的更換工作受到了不小的制約。

另外，1000kV特高壓線路兩串平行的耐張串的導線側，由一塊整體聯板將其與導線相連，以共同承受導線的荷載。這將使得在更換過程中對其中任意一串的作業必將受到另一串的限制。

3 更換方案設計

3.1 引導跳線法

為排除硬質跳線的干擾，利用絕緣繩對跳線進行引導并固定，使其暫時不再處于耐張串的正下方，然后再對耐張串進行更換。該過程的施工示意見圖3。

圖3 引導法排除硬質跳線的干擾

作業方法：如圖3所示，由塔上作業人員將絕緣繩的一端固定在硬質跳線中間部位的間隔棒上，若為預制式鋁管硬跳線則可直接固定在鋁管上，由地面人員收緊絕緣繩使跳線稍微向鐵塔靠近。但跳線與鐵塔之間的距離有規定要求，在此過程中不能將絕緣繩收緊過多，只要使更換的耐張串能夠垂直升降即可，然后利用控制繩將耐張串緩緩降至地面。為了解決耐張串的串長、噸位大引起的平衡性問題，則可：

（1）在耐張串兩端和橫擔和整體聯板上分別安裝朝天滑輪，將絕緣繩穿過滑輪，一端固定在耐張串端部。

（2）可在地線橫擔上也安裝2個滑輪，并將絕緣繩穿過滑輪后一端固定在耐張串上，二組滑輪的另一端均由地面作業人員控制，負責耐張串的升降。

（3）將2根絕緣繩的2端直接固定在耐張串的中間部位，另一端由地面作業人員控制，負責耐張串的穩定，避免耐張串在升降過程中隨意晃動。該過程的施工示意見圖4。

3.2 主動牽引法

可采用絕緣繩索主動對松弛的耐張串進行牽引，使跳線不再處于耐張串的正下方，然后再升降耐張串，進行更換。

作業方法：塔上作業人員按引導跳線法聯接好各控制繩。地面工作人員收緊各控制繩，待橫擔側和導線側作業人員收緊高強度絕緣繩使耐張串充分松弛并拔下鎖緊銷后，先收緊控制繩3和9，使絕緣子串向橫擔側水平運動，以使耐張串導線側脫離均壓環。然后3，7，9控制繩配合放松，4，6控制繩配合收緊，使耐張串稍微下降以和高強度絕緣繩不處于同一水平面（如圖5a所示）。然后收緊控制繩4，使耐張串產生橫向移動（如圖5b所示），當耐張串不再處于跳線正上方時即可放松控制繩3，7，9，使耐張串平衡下降至地面。更換的新耐張串的上升過程剛好反之，其作業過程如圖5所示。

圖4 引導跳線法的耐張串吊裝

4 結語

對上述2種更換方案進行比較，不難看出，在實際的1000kV特高壓線路中硬質跳線因為長度短，加上可能受到跳線用絕緣子串的固定作用，在更換耐張絕緣子作業中引導跳線方案中的牽引動作比較難以實現，且即使能夠對跳線進行牽引以排除其對耐張串升降過程的影響，但在牽引之后和桿塔塔身距離較近，降低了線路運行的安全性。而主動牽引法是在引導跳線法的基礎上作了適當的改進，很好地解決了問題。

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圖5 主動牽引法的耐張串吊裝

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