帶電更換±800 kV特高壓直流線路V型單串復(fù)合絕緣子的方法及其工器具研發(fā)

林政國，武 明，齊 東

（甘肅送變電工程公司，甘肅 蘭州 730070）

帶電更換±800 kV特高壓直流線路V型單串復(fù)合絕緣子的方法及其工器具研發(fā)

林政國，武 明，齊 東

（甘肅送變電工程公司，甘肅 蘭州 730070）

為滿足±800 kV特高壓直流輸電線路帶電作業(yè)發(fā)展的需要，根據(jù)海拔較高地區(qū)特高壓線路桿塔結(jié)構(gòu)尺寸、金具串型式等的特點(diǎn)，參考其他特高壓線路帶電作業(yè)思路,按照復(fù)合絕緣子組合安裝形式對(duì)帶電更換V型單串復(fù)合絕緣子的技術(shù)方法和工器具進(jìn)行了研究設(shè)計(jì)。該技術(shù)方法及其工器具的研制成功，為全面提升海拔較高地區(qū)±800 kV線路帶電作業(yè)水平打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

帶電作業(yè);特高壓;V型復(fù)合絕緣子

0 引言

帶電作業(yè)是輸電線路檢修工作的重要內(nèi)容，也是設(shè)備檢修的關(guān)鍵技術(shù)。甘肅地區(qū)的±800 kV特高壓直流輸電線路桿塔由于海拔高度、結(jié)構(gòu)尺寸、絕緣子串的組裝形式等方面與其他地區(qū)的特高壓直流輸電線路有較大不同，加上運(yùn)行電壓和絕緣配合原則的不同，在帶電作業(yè)的安全防護(hù)、操作方法和使用的工器具等方面與其他地區(qū)存在較大差異。要安全科學(xué)地進(jìn)行帶電作業(yè)，必須針對(duì)海拔較高地區(qū)特高壓直流輸電線路的技術(shù)參數(shù)、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)等進(jìn)行作業(yè)的絕緣配合、人員的安全防護(hù)、操作方法以及使用工器具的專門研究。

1 背景方法及其缺陷

±800 kV天中直流輸電線路全線采用雙極單回線路架設(shè)，左側(cè)為正極，右側(cè)為負(fù)極，電壓等級(jí)±800 kV，輸送容量8 000 MW，甘肅段線路長1 350.4 km，共有鐵塔2 644基，線路所經(jīng)地區(qū)大部分海拔高度在1 000～2 300 m之間。在海拔1 000 m及以下的地區(qū)，帶電更換±800 kV特高壓直流輸電線路V型單串復(fù)合絕緣子通常采用六線提線器、絕緣拉棒、液壓絲杠以及接頭等工器具，從橫擔(dān)前后側(cè)同時(shí)聯(lián)合提線的方式卸去絕緣子荷載，其方法及使用的工器具如圖1所示。

圖1 提線器法更換單V絕緣子示意圖Fig.1 A method for replacing the single V insulator diagram

以甘肅省在運(yùn)的±800 kV天中線某直線塔V型單串復(fù)合絕緣子為例，如圖2所示，其使用的復(fù)合絕緣子長9.6 m，金具串及復(fù)合絕緣子總長為11.805 m，最上層導(dǎo)線與橫擔(dān)施工孔的垂直距離為8.2 m。若采用提線器法帶電更換此直線塔V型單串復(fù)合絕緣子，2根絕緣拉棒的金屬部分長度為0.5 m（每根0.25 m），絲杠（0.6 m）及接頭的長度（0.2 m）為0.8 m，最后得出有效絕緣長度為6.9 m。根據(jù)《±800 kV直流線路帶電作業(yè)技術(shù)規(guī)范》（DL/T 1242—2013）的要求，海拔在1 000 m及以下地區(qū)絕緣工器具的最小有效絕緣長度為6.8 m，海拔在1 000～2 000 m地區(qū)絕緣工器具的最小有效絕緣長度為7.3 m。顯然，在低海拔地區(qū)采用提線器法帶電更換V型單串復(fù)合絕緣子是安全的，對(duì)于海拔高度大于1 000 m的地區(qū)，利用這種方法帶電更換V型單串復(fù)合絕緣子時(shí)6.9 m的有效絕緣長度遠(yuǎn)小于規(guī)范規(guī)定的7.3 m，是不安全的。

圖2 天中線某直線塔單V串尺寸示意圖（單位：mm）Fig.2 Tianzhong line’s schematic diagram of single V string size of a linear tower

3 帶電作業(yè)方法設(shè)計(jì)

3.1 進(jìn)出等電位的方法

為了降低等電位作業(yè)人員進(jìn)出強(qiáng)電場(chǎng)時(shí)的安全風(fēng)險(xiǎn)，提高帶電作業(yè)的安全可靠性，在選擇進(jìn)入等電位的路徑時(shí)，一般選用從導(dǎo)線下方或由塔身側(cè)進(jìn)入等電位的方式。由于±800 kV線路直線塔高度普遍較高，因此，為了減輕作業(yè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，縮短工作時(shí)間，經(jīng)科學(xué)比較后決定以塔上吊籃擺入法進(jìn)入等電位：在塔上選定進(jìn)入電位的合適距離,等電位作業(yè)人員穿全套屏蔽服，佩戴防護(hù)面罩進(jìn)入吊籃，利用兩根軌跡繩控制2-2滑車組的動(dòng)滑車，地面人員控制2-2滑車組的速度，在重力作用下，通過吊籃將等電位作業(yè)人員送入等電位。塔上吊籃擺入法如圖3所示。

圖3 塔上吊籃擺入法Fig.3 The tower basket put into law

3.2 作業(yè)方法思路

為了解決海拔較高地區(qū)帶電更換±800 kV直流特高壓線路V型單串復(fù)合絕緣子時(shí)采用提線器法最小有效絕緣長度不夠的問題，必須另辟蹊徑，對(duì)作業(yè)方法及其工器具進(jìn)行新的研發(fā)。

±800 kV天中線單聯(lián)V型懸垂串組裝圖如圖4所示，由于復(fù)合絕緣子最短長度為9.6 m，如果沿著絕緣子串方向布置工器具，則絕緣長度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于規(guī)范規(guī)定的7.3 m的要求。

圖4 單聯(lián)V型懸垂串Fig.4 Single linked V type suspension string

由于天中線所使用的復(fù)合絕緣子上下連接都采用環(huán)狀結(jié)構(gòu)，因此，沿絕緣子串方向布置工器具時(shí)，下卡具不能安裝在U型掛環(huán)處，經(jīng)反復(fù)研究論證后，決定下卡具安裝于懸垂聯(lián)板施工孔的位置，上卡具安裝在直角掛板處，利用兩套絕緣拉棒及液壓絲杠構(gòu)成的收緊裝置卸去復(fù)合絕緣子荷載，卸載后損壞的復(fù)合絕緣子很容易被更換。

如圖5所示，由于絕緣拉棒的布置方向基本平行于絕緣子，絕緣子的最小長度為9.6 m，絕緣拉棒的長度大于絕緣子長度，所以最小有效絕緣長度遠(yuǎn)大于《±800 kV直流線路帶電作業(yè)技術(shù)規(guī)范》（DL/T 1242—2013）要求的7.3 m。

圖5 更換方法俯視圖Fig.5 Top view of replacement method

如圖6所示，等電位電工現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)時(shí)對(duì)橫擔(dān)的距離為7.9 m，對(duì)側(cè)面塔身構(gòu)架的距離為8.4 m，均大于規(guī)范規(guī)定的7.3 m安全距離。

圖6 安全距離示意圖（單位：mm）Fig.6 Schematic diagram of safety distance

3.3 受力分析

在確保各種安全距離符合規(guī)范要求后，必須對(duì)承力工具進(jìn)行機(jī)械受力分析，以受力分析為基礎(chǔ)選擇合適噸位的承力工具。

3.3.1 直線塔垂直檔距的計(jì)算

直線塔所承受的重力即絕緣子所承受的重力，計(jì)算其必須對(duì)直線塔的垂直檔距先進(jìn)行計(jì)算。

式中：LV為桿塔的垂直檔距；L1V、L2V分別為桿塔兩側(cè)的垂直檔距；L1、L2為分別為桿塔兩側(cè)的檔距；LH為桿塔的水平檔距；σ0為水平應(yīng)力；gV為電線的垂直比載；h1、h2分別為桿塔兩側(cè)懸掛點(diǎn)高差，當(dāng)鄰塔懸掛點(diǎn)低時(shí)取正號(hào)，反之取負(fù)號(hào)。

±800 kV天中線直線塔V型單串復(fù)合絕緣子使用于懸掛點(diǎn)較小的地區(qū)，懸掛點(diǎn)高差可以忽略不計(jì)，其垂直檔距約等于水平檔距，即

±800 kV天中線單V復(fù)合絕緣子直線塔兩側(cè)的最大檔距為551 m和516 m，代入式（4）,計(jì)算得到其垂直檔距為

如圖7所示。

圖7 垂直檔距計(jì)算圖Fig.7 Calculation of vertical span

3.3.2 絕緣子所承受的重力計(jì)算

使用的導(dǎo)線型號(hào)為JL/G2A-1000/80，其自重比載34.11 N/m。風(fēng)速大于10 m/s時(shí)不宜進(jìn)行帶電作業(yè)，而風(fēng)速為10 m/s的風(fēng)對(duì)導(dǎo)線造成的垂直荷載

可忽略不計(jì)，因此，直線塔單V復(fù)合絕緣子所承載的重力就是導(dǎo)線、金具、防振錘、間隔棒等的重力，即

式中：G為復(fù)合絕緣子承受的重力；LV為垂直檔距；q為電線單位長度的重力；G1、G2為金具、防振錘、間隔棒等的重力；n為每相導(dǎo)線的根數(shù)。

經(jīng)查該塔金具組裝圖以及間隔棒、防振錘重量，得到金具、防振錘、間隔棒的總重力約8 000 N。

G=117 288 N≈120kN，此即為直線塔單V復(fù)合絕緣子所承受的總重力。

3.3.3 單個(gè)絕緣子受力分析

如圖8所示，±800 kV天中線V型單串復(fù)合絕緣子串夾角在85°～105°之間，按最大角度105°計(jì)算，兩個(gè)絕緣子承受的最大負(fù)荷共計(jì)為120 kN,根據(jù)力的閉合三角形法則計(jì)算得到單個(gè)絕緣子的最大負(fù)荷為98.6 kN。

圖8 V型單串復(fù)合絕緣子受力分析圖Fig.8 Stress analysis diagram of V single string composite insulator

3.3.4 工具額定負(fù)荷選擇

不平衡系數(shù)取1.2，則卡具的額定負(fù)荷不得小于98.6 kN×1.2=118.3 kN，上、下卡具的額定負(fù)荷定為150 kN（工器具制造時(shí)安全系數(shù)按2.5考慮）。

由兩付絕緣拉棒承擔(dān)卸荷，不平衡系數(shù)取1.2，則絕緣拉棒的額定負(fù)荷不得小于118.3 kN/2×1.2=71 kN，絕緣拉棒、液壓絲杠的額定負(fù)荷定為80 kN（工器具制造時(shí)安全系數(shù)按2.5考慮）。

3.4 工器具材料選擇

因?yàn)樘馗邏褐绷鬏旊娋€路直線塔絕緣子串所承受的拉力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于超高壓線路，所以選擇強(qiáng)度高、質(zhì)量輕、工作安全可靠的工器具材料是確保現(xiàn)場(chǎng)可以實(shí)際操作的關(guān)鍵。綜合比較鈦合金、鋁合金、合金鋼等材料，機(jī)械性能如表1所示。

表1 幾種材料機(jī)械性能比較Tab.1 Comparison of mechanical properties of several materials

從表1中可以看出：優(yōu)質(zhì)合金鋼、鋁合金、鈦合金等三種材料的機(jī)械強(qiáng)度都較高，鋁合金材質(zhì)較輕，但力學(xué)性能較差，制作的卡具必然尺寸較大，使用時(shí)要有足夠大的作業(yè)空間，這與帶電作業(yè)狹小的間隙形成了矛盾。優(yōu)質(zhì)合金鋼的比重是鈦合金的1.8倍，質(zhì)量太重的工器具會(huì)造成作業(yè)人員勞動(dòng)強(qiáng)度太大。鈦合金的比重是鋁合金的1.6倍，但強(qiáng)度卻是鋁合金的2倍，做成的卡具尺寸及質(zhì)量較鋁合金要小。

經(jīng)過比較，由于鈦合金具有強(qiáng)度高和質(zhì)量輕的特點(diǎn)，考慮高空作業(yè)的難度，選取鈦合金材料作為制作卡具的材料，工器具質(zhì)量輕，承載能力強(qiáng)，安全裕度大，安裝空間小，操作方便，具有很強(qiáng)的實(shí)際操作性。

4 研究成果

4.1 作業(yè)技術(shù)方法

利用懸垂聯(lián)板上方中間施工孔安裝V型單串專用下卡具，利用金具串上的直角掛板安裝V型單串專用上卡具，上、下卡具通過兩套高強(qiáng)度絕緣拉棒、液壓絲杠連接成一體,基本平行于絕緣子串，組成絕緣子串的機(jī)械荷載轉(zhuǎn)移系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)絕緣子更換工作，其工器具安裝如圖9所示。

圖9 工器具安裝圖Fig.9 Installation drawing of tools and equipment

4.2 主要工器具

V型單串上卡安裝在直角掛板上，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖10所示。

圖10 V單上卡具結(jié)構(gòu)Fig.10 V type single structure of upper part

V型單串下卡安裝在懸垂聯(lián)板上方的施工孔上，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖11所示。

圖11 V單下卡具結(jié)構(gòu)Fig.11 V type single structure of lower part

5 結(jié)語

通過本論文研制開發(fā)的技術(shù)方法及其工器具，經(jīng)±800 kV天中線停電期間模擬帶電更換V型單串復(fù)合絕緣子，取得了良好的效果：一是能夠滿足規(guī)范規(guī)定的各種安全距離，從而確保帶電作業(yè)人員的安全；二是使用鈦合金材料加工的工器具重量輕、承載能力強(qiáng)，能夠有效降低帶電作業(yè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度；三是操作方法簡單，工器具承載的機(jī)械負(fù)荷較小，能夠有效縮短工作時(shí)間。

該方法及其工器具的研制成功，為全面提升±800 kV線特高壓直流線路帶電作業(yè)水平打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，是帶電作業(yè)應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域的重大突破。

（References）

[1]胡毅,劉凱.超/特高壓交直流輸電線路帶電作業(yè)[M].北京:中國電力出版社,2011.

Hu Yi,Liu Kai.Live Working technology on EHV/UHV Transmission Line[M].Beijing:China Electric Power Press,2011.

[2]國家電網(wǎng)公司.輸電線路帶電作業(yè)操作方法［M］.北京：中國電力出版社，2004．

Hu Yi.Live working technology on transmission lines and substations[M].Beijing:China Electric Power Press,2004.

[3]DL/T 1242—2013±800 kV直流線路帶電作業(yè)技術(shù)規(guī)范[S]．北京：中國電力出版社，2013．

DL/T 1242—2013 Technical specification for live working on±800 kV DC Transmission line［S］.Beijing: China Electric Power Press,2013.

[4]魯永生，康宇斌，張?jiān)葡瑁?00 kV特高壓錦蘇線檢修關(guān)鍵工器具的研制[J]．江蘇電機(jī)工程，2014，33(2)：22-25.

Lu Yongsheng,Kang Yubin,Zhang Yunxiang.Develop?ment of Key Live Working Tools for±800 kV DC Jin-Su Transmission Line[J].Jiangsu Electrical En?gineering,2014,33(2):22-25.

[5]胡川，向文祥，沈曉龍，等．±800 kV特高壓直流輸電線路帶電作業(yè)工器具研制及應(yīng)用[J]．湖北電力，2010，34 (5)：1-3．

Hu Chuan,Xiang Wenxiang,Shen Xiaolong,et al. Development and Application of Live Working Tools and Instruments for±800 kV UHV DC Transmission Line[J].Hubei Electric Power,2010,34(5):1-3．

[6]李如虎，吳正樹，陸文叁．帶電更換±800kV楚穗線絕緣子力的計(jì)算及工具選擇[J]．廣西電力，2014，37(4)：57-59．

Li Ruhu,Wu Zhengshu,Lu Wensan.Force Calculation and Tool Choice in the live-line Replacement of Insulators in±800 kV Chu-sui Transmission Line[J].Guangxi Electric Power,2014,37(4):57-59．

[7]吳正樹，李昌甫，陸文叁，等．帶電更換±800 kV直流輸電線路直線塔V串合成絕緣子方法研究[J]．廣西電力，2012，35(1)：27-29．

Wu Zhengshu,Li Changfu,Lu Wensan,et al.Study on Power on Change Method of V Type Composite In?sulator on Straight Line Tower of±800 kV DC Transmission Line[J].Electric Power,2012,35(1): 27-29．

[8]張海兵，景文炳，胡應(yīng)華，等．特高壓直流線路帶電更換絕緣子卡具的設(shè)計(jì)[J]．西華大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2013，32(6)：73-78．

Zhang Haibing,Jing Wenbing,Hu Yinghua,et al.Study on Live Working Tools for UHV DC Transmission Line[J].Journal of Xihua University:Natural Science, 2013,32(6):73-78．

[9]王明，楊瑩，林月峰，等．帶電更換±800 kV直線塔雙聯(lián)“V”串合成絕緣子現(xiàn)場(chǎng)操作方法研究[J]．湖北電力，2015，39(4)：40-44．

Wang Ming,Yang Ying,Lin Yuefeng,et al.Field Op?eration Method Research on Duplex V-String Com?posite Insulators Live Replacement for±800 kV Tangent Tower[J].Hubei Electric Power,2015,39(4): 40-44．

The Research and Development of V Single Composite Insulator in the Charged Replacement of±800 kV UHV DC Transmission Line

LIN Zhengguo,WU Ming,QI Dong
(Gansu Electric Transmission&Transformer Company,Lanzhou Gansu 730070,China)

To catch up with the development of live working on the±800 kV UHV DC transmis?sion lines,in accordance with the composite insulator installation forms,with reference to the thoughts of other UHV lines in live working,the technical methods of V Single Composite Insula?tor String in the charged replacement of±800 kV UHV DC transmission lines are explored and in?struments are designed according to the UHV line tower structure sizes and other hardware string types in higher elevations.The successful development of the technology methods and instruments have laid a solid foundation of the hot-line work on±800 kV lines in high area,and is a major breakthrough in the field of applied technology.

live workin;ultra-high voltage;V type composite insulator

TM84

B

1006-3986(2016)04-0036-06

10.19308/j.hep.2016.04.009

2016-03-05

林政國（1977），男，甘肅靖遠(yuǎn)人，工程師。