500 kV 輸電線路Ⅰ型懸垂絕緣子串通用卡具研究

潘榮超，徐元超，韓正新，李冰冰，劉太東

（國網(wǎng)山東省電力公司檢修公司，山東 濟(jì)南 250118）

0 引言

絕緣子是架空線路的重要組成部分，既能使導(dǎo)線和桿塔在電氣上絕緣，又能使桿塔和導(dǎo)線在機(jī)械上連接［1］。對山東電網(wǎng)來說，絕大部分500 kV 輸電線路直線塔上使用的絕緣子為I 型懸垂復(fù)合絕緣子串。絕緣子在運(yùn)行中可能會(huì)因?yàn)橹圃熨|(zhì)量、運(yùn)行環(huán)境等因素導(dǎo)致絕緣子發(fā)熱、傘群破損、球頭斷裂等缺陷［2-3］，如不及時(shí)處理有可能導(dǎo)致絕緣子斷串或?qū)Ь€脫落。為確保輸電線路安全穩(wěn)定運(yùn)行，應(yīng)對有缺陷的絕緣子進(jìn)行更換，為確保可靠供電，一般采用帶電更換方式［4］。隨著500 kV 輸電線路的發(fā)展，電力線路設(shè)備不斷更新，大量新型桿塔得到應(yīng)用，許多帶電作業(yè)項(xiàng)目無法按照原有工作方法開展，給帶電作業(yè)帶來新的挑戰(zhàn)和難題［5］。在帶電更換懸垂直線絕緣子工作中，目前通用的帶電更換直線塔絕緣子專用卡頭均按背靠背角鋼端部連接設(shè)計(jì)，直線塔的橫擔(dān)端部一般由2 塊角鋼背靠背組合而成，2 塊角鋼的間距約為60～100 mm［6］，如圖1 所示。通過機(jī)械絲杠、絕緣吊桿與四線吊鉤的組合提升導(dǎo)線，完成復(fù)合絕緣子的更換工作。目前，許多線路的懸垂直線絕緣子掛點(diǎn)在設(shè)計(jì)中使用的塔材是無間隙的背靠背鐵，如圖2 所示。對于這種背靠背鐵無縫隙的橫擔(dān)，無法利用卡在背靠背鐵縫隙上的橫擔(dān)卡，給連接絕緣吊桿帶來不便。研究及查新發(fā)現(xiàn)，500 kV 輸電線路背靠背鐵無縫隙的桿塔通用更換絕緣子工具的相關(guān)研究較少，也沒有輕便高效的工具可以使用。

圖1 橫擔(dān)背靠背鐵有縫隙

圖2 橫擔(dān)背靠背鐵無縫隙

針對以上問題，本著“卡頭專用、絲桿通用”的設(shè)計(jì)理念，研究一種輕質(zhì)且具有一定機(jī)械強(qiáng)度的材料制成的卡具，設(shè)計(jì)了適用于上述塔型的專用卡頭，既能便捷地固定于橫擔(dān)，也能方便地連接絕緣拉桿。

1 工作原理

卡具分上下兩個(gè)部分，每個(gè)部分均為近三角形結(jié)構(gòu)，如圖3 所示。上三角部分通過加強(qiáng)筋與背靠背鐵接觸，下三角部分有一個(gè)施工孔，可以穿入U(xiǎn) 型環(huán)，從而連接絕緣拉桿。上下兩部分兩側(cè)均有多個(gè)施工孔，利用加強(qiáng)螺栓穿入左右對稱的連接板將上下兩個(gè)結(jié)構(gòu)連接。通過調(diào)節(jié)上下三角結(jié)構(gòu)，將螺栓穿入對應(yīng)尺寸的孔，從而使該工具使用在不同尺寸的背靠背鐵上。本裝置既能固定于橫擔(dān)，也能連接絕緣拉桿，具有很強(qiáng)的通用性。

圖3 卡具結(jié)構(gòu)

1）上三角部分。上三角部分為正三角形結(jié)構(gòu)，上面通過加強(qiáng)筋與背靠背鐵接觸，起支撐作用，兩側(cè)均有對稱分布的多個(gè)孔，可通過連接板以及加強(qiáng)螺栓與下三角結(jié)構(gòu)的孔連接。通過調(diào)節(jié)連接板，將螺栓穿入對應(yīng)尺寸的孔上，從而使該工具使用在不同尺寸的背靠背鐵上。

2）下三角部分。下三角部分為倒三角結(jié)構(gòu)，通過連接板以及加強(qiáng)螺栓與上三角結(jié)構(gòu)連接。兩側(cè)均有對稱分布的多個(gè)孔，通過調(diào)節(jié)連接板，將螺栓穿入對應(yīng)尺寸的孔，從而使該工具適用于不同提高尺寸的背靠背鐵。下三角結(jié)構(gòu)的施工孔可以穿入U(xiǎn) 型環(huán)，從而方便連接絕緣拉桿。

作業(yè)人員將該工具組裝在絕緣子掛點(diǎn)附件背靠背鐵上，通過掛孔或者轉(zhuǎn)換接頭將絕緣吊桿和該工具連接牢固，將絕緣吊桿另一端連接機(jī)械絲杠和四線吊鉤。收緊絲杠使導(dǎo)線受力，將金具線夾上的力轉(zhuǎn)化到工具線夾上，完成更換絕緣子。松絲杠，將工具線夾上的力轉(zhuǎn)化到導(dǎo)線上，從而拆除更換絕緣子整套工具。

2 卡具的功能特點(diǎn)

該卡具質(zhì)量小、強(qiáng)度高，上、下三角部分及連接板均由高強(qiáng)度鋁合金制作，連接螺栓材質(zhì)為40 Cr 鋼，規(guī)格為M14，單邊能承受6 t 的剪切力。既能便捷地固定于橫擔(dān)，也能方便地連接絕緣拉桿，安裝方法如圖4 所示。通過調(diào)節(jié)工具上下三角結(jié)構(gòu)，將螺栓穿入對應(yīng)尺寸的孔，從而將該卡具使用在不同尺寸的背靠背鐵上，徹底解決橫擔(dān)結(jié)構(gòu)及尺寸的差異給帶電更換Ⅰ型懸垂絕緣子串帶來的困難，具有很強(qiáng)的通用性。

圖4 500 kV 輸電線路導(dǎo)線懸垂串線夾更換工具安裝

3 在500 kV 輸電線路帶電作業(yè)中的應(yīng)用

3.1 裝置受力計(jì)算與分析

根據(jù)帶電作業(yè)更換直線絕緣子串的卡具規(guī)格及技術(shù)參數(shù)［7］，經(jīng)機(jī)械試驗(yàn)，該卡具額定荷載為6 t。

以500 kV 聊韶Ⅱ線為例進(jìn)行計(jì)算與分析，該線路導(dǎo)線選用應(yīng)用比較廣泛的LGJ-400／35 的導(dǎo)線，分裂數(shù)為四分裂，導(dǎo)線排列方式為方形四角布置，復(fù)合絕緣子采用雙串，型號(hào)為FXBW-500／210／4550，地形為平原。導(dǎo)線的機(jī)械參數(shù)見表1。500 kV 聊韶Ⅱ線工作地段耐張段內(nèi)鐵塔情況如表2 所示。

表1 LGJ-400／35 導(dǎo)線部分技術(shù)參數(shù)

一般在天氣良好時(shí)進(jìn)行在直線塔上更換復(fù)合絕緣子的工作，Ⅰ串復(fù)合絕緣子更換工具承受的力主要來自導(dǎo)線的自重，因此，導(dǎo)線線夾上承受的荷載僅考慮導(dǎo)線、金具的本身質(zhì)量。

表2 500 kV 聊韶Ⅱ線工作地段耐張段內(nèi)鐵塔

每相子導(dǎo)線上的垂直荷載為

式中：m0為導(dǎo)線的單位質(zhì)量，kg／m；G 為絕緣子串上的垂直荷載，kg；Lv為垂直檔距，m；W 為金具和作業(yè)人員的質(zhì)量，kg。

根據(jù)表2，選取SZ412-36 塔型，水平檔距為467 m，垂直檔距為454.3 m 的導(dǎo)線進(jìn)行計(jì)算，估計(jì)作業(yè)人員和金具的質(zhì)量分別為60 kg 和10 kg，則G=4m0Lv+W=4×1.35×454.3+60+10=2.523 22（t）。

每相導(dǎo)線的垂直檔距荷載為2.523 22t，對于更換雙絕緣子串其中一串工作，取不平衡系數(shù)為1.2，絲杠受力為2.523 22×1.2÷2=1.52（t）。

根據(jù)計(jì)算，此次帶電作業(yè)需要工具的額定荷載為1.52t＜6t，足夠滿足作業(yè)要求。

3.2 在500 kV 輸電線路帶電作業(yè)中的應(yīng)用

利用500 kV 輸電線路懸垂串線夾更換工具可以進(jìn)行帶電更換背靠背鐵無縫隙絕緣子工作。在等電位更換絕緣子過程中只需要1 名等電位電工，1～2名塔上電工，3 名地面電工。

2019 年3 月對該工具在500 kV 聊韶Ⅱ線297號(hào)塔上進(jìn)行現(xiàn)場驗(yàn)證，進(jìn)電場采用軟梯法，卡具固定在背靠背鐵上，通過轉(zhuǎn)換接頭與絕緣吊桿上端連接，絕緣吊桿下端與帶機(jī)械絲杠的四線吊鉤連接，如圖5 所示。

圖5 作業(yè)人員利用工具更換復(fù)合絕緣子

2019 年8 月，該工具在多條500 kV 輸電線路上得到了應(yīng)用，通過現(xiàn)場驗(yàn)證證明該工具使用輕便、節(jié)省時(shí)間、可靠、能夠順利進(jìn)行500 kV 輸電線路桿塔背靠背鐵無縫隙絕緣子的更換。

4 結(jié)語

新研制的橫擔(dān)卡在帶電更換背靠背鐵無縫隙的懸垂復(fù)合絕緣子工作中，有極大的生產(chǎn)施工優(yōu)勢，能夠在特殊地理位置（如山頂和大跨越）以及電力負(fù)荷需求較大地區(qū)使用，節(jié)省人力物力成本，具有較大的經(jīng)濟(jì)效益。