35—220 kV架空輸電線路地線提升器研制與應用

王 鵬，王利亭，紀 磊

(國網浙江省電力公司嘉興供電公司，浙江 嘉興 314000)

0 引言

隨著運行年限的增加，在長期不平衡張力作用和環境污染、霧霾、雷雨等不良工況的影響下，架空輸電線路地線會發生銹蝕、斷股，其配套金具會銹蝕、損壞，絕緣子會劣化，嚴重時會導致斷線事故發生。及時檢查更換架空地線及其配套的金具、絕緣子，成為輸電線路可靠運行的重要保證。

現階段輸電線路檢修工藝中，對35—220 kV地線頂架進行檢修時，容易受到工器具、塔頭結構、作業空間等多方面限制，提升架空地線較困難且安全風險大，因此急需研制一種方便實用的架空地線專用提升器。

1 常規架空地線提升方法分析

35—220 kV架空輸電線路地線連接金具組合長度一般為20—40 cm，在常規檢修中，提升地線主要采用鋼絲繩套繞絞或2人協作用肩膀扛起架空地線的方法，如圖1，2所示。其他如使用鏈條葫蘆、轉向滑車等工具的作業方法，由于工具繁多、操作復雜，安全風險較大；加之作業空間狹小，作業人員擁擠，使用這些方法會導致作業人員的安全風險較大，浪費時間且工作效率低，同時對于懸垂線夾的安裝工藝也有影響，因此一般不采用。于架空地線提升困難，導致了安裝過線滑車、更換地線線夾工作難度增加。對在常用35—220 kV塔型地線頂架上更換地線線夾的作業時間進行統計，發現平均作業時間為70 min，具體如表1所示。

圖1 鋼絲繩套繞絞作業實景

圖2 兩人協作用肩膀扛作業實景

表1 不同結構地線頂架作業時間

2 專用地線提升器的研制

為了避免在架空地線檢修作業中采用常規提升方法所引發的安全風險，提高作業效率，現研制了一種適用于常規塔型地線頂架結構、由單人即可操作的專用提升器。

35—220 kV架空線路直線桿塔常規塔型的地線頂架結構基本分為4類，且這4類地線橫擔作業空間都相對狹小，如圖3所示。

根據4類地線頂架結構特點及常規地線連接金具的實際情況，針對不同厚度、寬度的角鋼，研制了一種地線提升器，如圖4所示。該工具由高強度鋁合金材料制成，分為固定部件、可調地線鉤和提升絲杠3部分，可拆卸組裝，適用于多種懸掛方式下的地線提升作業。

圖3 常規塔形地線頂架結構

圖4 專用地線提升器結構

3 專用地線提升器的結構分析

3.1 固定部件

由于固定部件與地線頂架直接接觸，部件結構及安裝位置直接關系到地線頂架塔材及工具的受力，經過對35—220 kV地線頂架結構的統計分析及垂直荷載計算，采用了卡頭式固定部件。安裝固定的卡頭分為主卡和副卡(見圖4)，主卡起主要固定作用；副卡為適應不同地線頂架的角鋼結構和角鋼寬度，可調節固定。卡頭的大小綜合考慮了各種直線塔的地線頂架結構、塔材尺寸。為防止提升作業過程中卡槽滑出，在卡槽處還增加了固定螺桿，用作卡具提升受力時的保險裝置。

3.2 可調地線鉤

可調地線鉤采用地線掛鉤與調整板組合連接的方式。架空地線一般有直接與懸垂線夾或聯板等金具連接和通過絕緣子與聯板等金具絕緣連接2種方式，導致架空地線與地線頂架間的距離不等。從通用性上考慮，為滿足不同電壓等級、不同間距下地線提升時的可操作性，在提升器上設計了調整板，并在調整板上加工多個調節孔距，可根據現場距離隨意調整。

由于地線鉤與地線直接接觸，參考現有導線鉤、雙鉤緊線器等掛鉤形式，為防止提升時損傷地線，地線鉤內側設計成圓弧形。同時為確保提升器的通用性及安全性，在確定鉤口尺寸時，綜合考慮了35—220 kV架空輸電線路地線各種型號、OPGW光纜及考慮護線條后的直徑尺寸。

3.3 提升絲杠

從優化作業方式、簡化作業流程方面考慮，參考雙鉤緊線器，設計將絲桿作為提升工具。該工具由單人即可完成操作。地線提升器絲桿將搖桿的回轉運動轉化為絲桿的直線提升運動，絲桿只受很小的摩擦阻力，能夠極大減輕操作人員的工作量，操作簡便。

4 專用地線提升器的強度校驗及試驗

4.1 強度校驗

根據地線提升器結構，可將提升器分為固定部件和提升桿2部分進行受力分析，其結構尺寸及受力模型如圖5所示。

圖5 提升器結構尺寸及受力模型

在圖5(b)中，G地為地線垂直荷載；T地為地線張力，方向與提升器長度方向垂直；H地為地線橫向荷載(主要為風荷載，提升桿風荷載此處可忽略不計)。

采用JLB40-150型地線，單位長度重量0．697 kg/m，直徑D為15．75 mm。地線覆冰厚d冰為10 mm，最大風速30 m/s，垂直檔距Lv最大取650 m。提升器固定部分采用3A21型鋁合金，抗拉強度σ為160 MPa，抗剪強度τ為120 MPa。

在極限使用情況下，各項荷載計算如下。

(1) 地線垂直荷載G地。

式中：g1為自重荷載；g2為承重荷載。

(2) 地線水平風荷載H地。

其中：α為風壓不均勻系數，取0．75；Wo為基準風壓標準值；μZ為風壓高度變化系數，取1．67；μSC為導、地線體形系數，取 1．2；LP為桿塔水平檔距，取400 m；β為覆冰時風荷載增大系數，取1．1；θ為風向與地線方向來角，取90°；V為基準高度為10 m的風速，取29 m/s。

根據以上公式，計算出H地=1 478 N。

(3) 地線張力差T地。本計算中考慮桿塔地線張力差極限使用情況，即一側地線為最大使用張力；另一側地線斷線，張力為0。JLB40-150地線拉斷力為906 20 N，取地線設計安全系數為4．5，則地線最大使用張力：

（4） 固定部件受力計算。提升器固定部件可視為簡支梁模型，如圖5所示。故斷線情況下，構件最大彎矩Mmax=682 N·m。構件最大剪力Fmax=G地/2=4 537 N。最大拉應力σmax=Mmax/Wz=90．93 MPa＜σ。最大切應力τmax=3×Fmax/(2 A)=4．54 MPa＜τ。

（5） 提升桿計算。提升桿主要受地線垂直荷載引起的拉力及由地線風荷載和地線張力差引起的合成彎矩影響。提升桿直徑為Φ25，長度為500 mm。將其視為軸心受拉構件，桿體所受的拉應力計算如下：σ拉=G地/S=18．49 MPa＜σ。

其中：S為提升桿截面積。

綜上，所設計的地線提升器可滿足一般工況下的強度要求。

4.2 相關試驗

4．2．1 出廠試驗

在安全工器具性能試驗機上進行拉力試驗，加20 kN試驗拉力，持續10 min。檢測結果：工具使用靈活、無變形及損傷，符合電力工器具出廠試驗要求。

4．2．2 機械試驗

進行預防性機械試驗時，在將該提升器組裝成工作狀態后，加18．42 kN試驗拉力，持續10 min，該提升器未出現任何變形等異常情況，產品合格。

5 實際應用

地線提升器試驗通過后，分別在35—220 kV線路共12基桿塔不同結構地線頂架上進行更換地線線夾、聯板等作業，其通用性、安全性、高效性得到了很好的驗證。

地線提升器通過副卡調節，可以充分滿足在各種塔型上的作業需求。同時，在設計地線掛鉤時，充分考慮了包括OPGW光纜、鋁合金地線、鋼絞線、護線條等的各種不同尺寸，具有很好的通用性。

地線提升器可以由單人在桿塔上操作，固定卡件受力穩定，絲桿操作簡便省力，檢修作業時間平均僅需25 min，較無專用工具時平均時間縮短近2/3，效率提升顯著。作業人員的減少及作業時間的縮短，也大大降低了塔上作業的風險，凸顯出該工具的安全性和高效性。

6 結論

地線提升器具有通用、安全、高效等特點，使用方便、優勢顯著，在架空輸電線路地線常規工作及搶修工作中得到了廣泛應用。目前該工具已申請實用新型專利。

1 國家能源局．DL 741—2010架空輸電線路運行規程[S]．北京：中國電力出版社，2010．

2 國家電力公司東北電力設計院．電力工程高壓送電線路設計手冊[M]．北京：中國電力出版社，2003．

3 中華人民共和國住房和城鄉建設部，中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局．GB 50545—2010 110—750 kV架空輸電線路設計規范[S]．北京：中國計劃出版社，2010．

4 中華人民共和國建設部，中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局．GB 50233—2005 110—500 kV架空送電線路施工及驗收規范[S]．北京：中國電力出版社，2005．

5 單輝祖．材料力學(第四版)[M]．北京：高等教育出版社，2004．

6 高 濤．輸電線路架線施工不停電跨越技術探討[J]．電力安全技術，2013，15(2)：12-16．

7 曾國忠．新型專用緊線成套工具的研制與應用[J]．電力安全技術，2014，16(10)：66-67．