一種帶電更換耐張雙聯(lián)絕緣子串的通用型卡具研制

肖錳

摘要：近年來(lái)，隨著輸電線路不斷增加，在運(yùn)線路又地處山區(qū)及多雷區(qū)，所用絕緣子大多為玻璃和瓷質(zhì)絕緣子，雷擊率和自爆率相對(duì)較高，經(jīng)常需要開展帶電更換雙聯(lián)絕緣子串的工作。但由于加工制造工藝、施工質(zhì)量把關(guān)不嚴(yán)等原因，存在許多尺寸不規(guī)范金具安裝在線路上，造成與之配套的三角聯(lián)板型號(hào)各異，目前專用于帶電作業(yè)的耐張卡具大多具有一定的適用范圍，比如僅適用于聯(lián)板L- 1640、L- 2040、L- 3050等標(biāo)準(zhǔn)尺寸設(shè)計(jì)的耐張串，部分耐張雙聯(lián)絕緣子串無(wú)法進(jìn)行帶電更換或采用現(xiàn)有耐張卡具進(jìn)行勉強(qiáng)試作業(yè)，存在作業(yè)人員體力消耗大、工作效率低、作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)高等不利因素，從而影響輸電設(shè)備的帶電作業(yè)率及可靠性。本文主要闡述一種帶電更換雙聯(lián)耐張絕緣子串的通用卡具及作業(yè)方法，該通用卡具及作業(yè)方法有利于便捷、高效、安全地進(jìn)行帶電更換耐張雙聯(lián)絕緣子串。

關(guān)鍵詞：輸電線路；雙聯(lián)絕緣子串；帶電作業(yè)；通用耐張卡具

0引言

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，用電負(fù)荷日益增大，對(duì)供電可靠性的要求也越來(lái)越高，輸電線路是電網(wǎng)負(fù)荷的主要輸送通道，輸電線路絕緣子長(zhǎng)期暴露在野外，在雷電流、強(qiáng)電場(chǎng)及拉力作用下容易出現(xiàn)低零值，玻璃絕緣子會(huì)引發(fā)自爆。當(dāng)良好絕緣子片數(shù)達(dá)不到安全運(yùn)行規(guī)定時(shí)，將威脅到輸電線路的安全運(yùn)行，因此必須定期更換線路低零值絕緣子。一般可采用帶電作業(yè)方式或停電進(jìn)行消缺，然而對(duì)于一些單回主干線路或重要負(fù)荷線路，停電作業(yè)不僅影響用戶正常用電，同時(shí)也可能導(dǎo)致因停電作業(yè)對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行引發(fā)的安全風(fēng)險(xiǎn)，所有在工具匹配，帶電作業(yè)條件滿足要求的情況下，一般采用帶電方式進(jìn)行消缺。

1研究?jī)?nèi)容

本文主要闡述一種帶電更換耐張雙聯(lián)絕緣子串的通用卡具及作業(yè)方法，該通用卡具及作業(yè)方法有利于便捷、高效、安全地進(jìn)行帶電更換耐張雙聯(lián)絕緣子串。

1.1專用工具研制

一種帶電更換雙聯(lián)絕緣子串的通用卡具，包括耐張絲桿、可調(diào)絕緣拉棒以及耐張前、后卡，耐張前、后卡對(duì)向設(shè)于橫擔(dān)側(cè)和導(dǎo)線側(cè)，耐張前、后卡上不同位置均設(shè)有若干個(gè)連板孔，以連接不同型號(hào)的三角聯(lián)板，耐張絲桿包括絲桿和螺母座，絲桿下端與可調(diào)絕緣拉棒上端連接，螺母座連接耐張前卡，以帶動(dòng)其沿絲桿前后運(yùn)動(dòng)，可調(diào)絕緣拉棒下端與耐張后卡連接。

1.2作業(yè)方法研究

一種帶電更換耐張雙聯(lián)絕緣子串的等電位作業(yè)方法，包括以下步驟：

（1）地電位作業(yè)人員和等電位作業(yè)人員登塔并移位至雙聯(lián)絕緣子串兩側(cè)；

（2）兩側(cè)作業(yè)人員根據(jù)三角聯(lián)板型號(hào)及線距選擇不同連板孔，采用緊固件將耐張前、后卡與雙聯(lián)絕緣子串兩側(cè)的三角聯(lián)板固定連接；

（3）調(diào)節(jié)耐張前、后卡中的內(nèi)置調(diào)節(jié)模塊，使其與相應(yīng)的三角聯(lián)板斜面達(dá)最佳吻合度，并采用緊固件固定；

（4）兩側(cè)作業(yè)人員配合組裝好絕緣托瓶架，并調(diào)節(jié)絕緣托瓶架“三腳架”以保證絕緣托瓶架始終處于待更換絕緣子串的正下方；

（5）地電位作業(yè)人員收緊耐張絲桿，使絕緣子串松弛，從而實(shí)現(xiàn)地電位帶電更換耐張雙聯(lián)絕緣子串。

2主要技術(shù)原理

2.1工具設(shè)計(jì)依據(jù)

對(duì)三明供電公司所管轄的220kV線路耐張金具串圖紙調(diào)查統(tǒng)計(jì)分析得知，耐張三角聯(lián)板主要分40和50（cm）間距兩類，如表1所示。

2.2卡具設(shè)計(jì)載荷確定

統(tǒng)計(jì)分析220kV線路耐張塔，以線路最大張力確定金屬卡具設(shè)計(jì)載荷。查詢?cè)O(shè)計(jì)資料可知，三明公司220kV在運(yùn)線路使用導(dǎo)線最大型號(hào)為2- LGJ630/45。

導(dǎo)線：2- LGJ630/45，其計(jì)算斷面 Sx=666.55mm2

按導(dǎo)線運(yùn)行應(yīng)力σ=70N/mm2 計(jì)算，單根導(dǎo)線運(yùn)行張力為：

P=Sxσ=666.55×70=46.66kN≈50kN

本導(dǎo)線為雙串雙線，卡具工作載荷即為單根導(dǎo)線運(yùn)行張力，即：

卡具設(shè)計(jì)額定載荷為F=P=50kN。

2.3卡具破壞荷載確定

按安全系數(shù)K=3計(jì)算，則卡具的破壞荷載荷載：

P破=50*3=150kN

2.4結(jié)構(gòu)與材料選擇

2.4.1結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

整套卡具由前卡和后卡組成，設(shè)計(jì)采用：前后卡卡具均采用可調(diào)型彎板卡結(jié)構(gòu)，卡具從三角聯(lián)板的斜面?zhèn)炔迦耄{(diào)整卡具內(nèi)部模塊使卡具與聯(lián)板達(dá)到最佳吻合度并固定，彎板頂端由一件高強(qiáng)螺栓穿過(guò)聯(lián)板內(nèi)部的孔來(lái)固定卡具。前后卡通過(guò)絕緣拉棒和絲桿連接，連接方式如圖1。

2.4.2材料選擇

國(guó)內(nèi)現(xiàn)階段制造金屬卡具常用五種材料：45鋼、40Cr、Lyl2、LC4、TC4，五種材料的機(jī)械性能比較見表2。

由表2可知，40Cr、LC4、TC4三種材料的機(jī)械強(qiáng)度都較高，45鋼與Lyl2材料強(qiáng)度不高。

對(duì)于鋼材40Cr及鈦合金TC4，二者力學(xué)性能較為接近，40Cr的比重比TC4高1.8倍，材料較重，確定40Cr材料不可取。盡管鈦合金TC4比重比鋁合金LC4大1.6倍，但抗拉與屈服強(qiáng)度約為鋁合金的2倍。考慮到卡具的通用性和使用頻率高，而且需要滿足大截面導(dǎo)線運(yùn)行應(yīng)力的要求，相同強(qiáng)度要求下，鈦合金整體重量可比鋁合金卡具輕許多，并且由于外形尺寸的減小，使用時(shí)需要的安裝空間小，操作相對(duì)方便，故鋁合金LC4不作為本工具材料選用對(duì)象。因而選用鈦合金（TC4）材料，其力學(xué)性能在抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度方面足以滿足本次設(shè)計(jì)實(shí)際需要，適合為本工具制作材料。

3具體實(shí)施方式

本文闡述的一種帶電更換雙聯(lián)絕緣子串的通用卡具，如圖2- 7所示，包括加強(qiáng)型抗扭力耐張絲桿1、可調(diào)絕緣拉棒4以及通用型耐張前卡3和通用型耐張后卡2。

耐張前、后卡對(duì)向設(shè)于橫擔(dān)側(cè)和導(dǎo)線側(cè)，耐張前、后卡上不同位置均設(shè)有若干個(gè)連板孔，以連接不同型號(hào)的三角聯(lián)板8，耐張絲桿1包括絲桿和螺母座，絲桿下端與可調(diào)絕緣拉棒4上端連接，螺母座連接耐張前卡3，以帶動(dòng)其沿絲桿前后運(yùn)動(dòng)，所示螺母座外側(cè)與一金屬連桿連接，可調(diào)絕緣拉棒4下端與耐張后卡2連接。

在實(shí)際研制中，耐張前、后卡與三角聯(lián)板連接側(cè)為雙孔結(jié)構(gòu)，即其上設(shè)置兩個(gè)連板孔，兩孔間距100mm，分別針對(duì)線距為400mm和500mm的三角聯(lián)板。前卡設(shè)置有可遠(yuǎn)程操作的小環(huán)及裝鏡子的小孔，既可實(shí)現(xiàn)地電位方式作業(yè)，也能等電位進(jìn)行作業(yè)。耐張絲桿采用單程設(shè)計(jì)，滿足絲桿收放自如，行程裕度及強(qiáng)度滿足帶電更換耐張雙聯(lián)絕緣子串作業(yè)的要求。

耐張前、后卡分別包括卡具本體和內(nèi)置調(diào)節(jié)模塊6，如圖2所示，卡具本體采用彎板卡結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，取消傳統(tǒng)大刀卡設(shè)計(jì)，有效避免大刀前卡組裝和受力過(guò)程中變形脫出。卡具本體用于連接三角聯(lián)板的一側(cè)部為具有中層型腔的“匚”字形結(jié)構(gòu)，內(nèi)置調(diào)節(jié)模塊6設(shè)置于中層型腔中，內(nèi)置調(diào)節(jié)模塊6包括固定模塊和活動(dòng)模塊，固定模塊與卡具本體固定連接，如圖3所示，固定模塊的斜邊上設(shè)有第一鋸齒形連接部并開設(shè)有第一貫穿孔，如圖4所示，活動(dòng)模塊的斜邊上對(duì)應(yīng)設(shè)有第二鋸齒形連接部并對(duì)應(yīng)開設(shè)有第二貫穿孔，以通過(guò)第一鋸齒形連接部和第二鋸齒形連接部的配合調(diào)節(jié)固定模塊與活動(dòng)模塊的對(duì)接位置，使活動(dòng)模塊與插入中層型腔的三角聯(lián)板斜面達(dá)最佳吻合度，再通過(guò)高強(qiáng)度螺紋緊固件穿過(guò)第一貫穿孔和第二貫穿孔，將活動(dòng)模塊與固定模塊固定。

其中，“匚”字形結(jié)構(gòu)的兩側(cè)板上對(duì)應(yīng)開設(shè)有若干個(gè)連板孔，三角聯(lián)板上設(shè)有板上連接孔，以當(dāng)三角聯(lián)板插入中層型腔后，通過(guò)緊固件貫穿連板孔和板上連接孔，固定連接“匚”字形結(jié)構(gòu)的兩側(cè)板和三角聯(lián)板。固定模塊上的第一貫穿孔的橫截面為跑道形，以當(dāng)活動(dòng)模塊處于不同對(duì)接位置時(shí)都能與第二貫穿孔適配連接。

在實(shí)際研制中，耐張前、后卡采用高強(qiáng)度TC4鈦合金材料，以滿足卡具在受力時(shí)的強(qiáng)度要求。內(nèi)置調(diào)節(jié)模塊的可調(diào)節(jié)范圍達(dá)0～7cm。

通用卡具還配設(shè)有絕緣托瓶架。托瓶架采用異型絕緣管設(shè)計(jì)，采用大盤徑結(jié)構(gòu)，起到水平承載待更換任意型號(hào)絕緣子串自重量的作用，且托瓶架中間部分的彎曲度小，最大量減少絲桿收緊的行程。如圖5所示，托瓶架與后卡連接的“三腳架”設(shè)計(jì)具有可左右調(diào)節(jié)部位功能，滿足作業(yè)過(guò)程中托瓶架始終處于待更換絕緣子串的正下方，有效保證托瓶架的受力處于均衡狀態(tài)，避免絕緣子串松弛后托瓶架發(fā)生側(cè)翻而發(fā)生絕緣子掉串的危險(xiǎn)。

可調(diào)絕緣拉棒4后段沿長(zhǎng)度方向設(shè)有若干個(gè)等距的定位孔，耐張后卡上對(duì)應(yīng)設(shè)有與其連接的連棒孔，當(dāng)絕緣拉棒調(diào)節(jié)到所需長(zhǎng)度時(shí)，通過(guò)螺紋緊固件連接對(duì)應(yīng)的定位孔和連棒孔，實(shí)現(xiàn)絕緣拉棒的長(zhǎng)度調(diào)節(jié)及定位。在本實(shí)施例中，可調(diào)絕緣拉棒為多孔洞設(shè)計(jì)，采用防潮填充管材料，具有機(jī)械強(qiáng)度高（#32，20噸）抗拉、抗扭和可調(diào)節(jié)長(zhǎng)度等特性，絕緣性能足以滿足帶電作業(yè)的要求。

具體實(shí)施步驟如下：

（1）地電位作業(yè)人員和等電位作業(yè)人員登塔并移位至雙聯(lián)絕緣子串9兩側(cè)；

（2）兩側(cè)作業(yè)人員根據(jù)三角聯(lián)板型號(hào)及線距選擇不同連板孔，采用緊固件將耐張前卡3、耐張后卡2與雙聯(lián)絕緣子串9兩側(cè)的三角聯(lián)板8固定連接；

（3）調(diào)節(jié)耐張前、后卡中的內(nèi)置調(diào)節(jié)模塊6，使其與相應(yīng)的三角聯(lián)板8斜面達(dá)最佳吻合度，并采用緊固件固定；

（4）兩側(cè)作業(yè)人員配合組裝好絕緣托瓶架5，并調(diào)節(jié)絕緣托瓶架“三腳架”7，以保證絕緣托瓶架始終處于待更換絕緣子串的正下方；

（5）地電位作業(yè)人員收緊耐張絲桿1，使絕緣子串松弛，從而實(shí)現(xiàn)地電位帶電更換耐張雙聯(lián)絕緣子串。

3.1附圖說(shuō)明

圖2是本發(fā)明實(shí)施例的通用卡具的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本發(fā)明實(shí)施例中卡具本體的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是本發(fā)明實(shí)施例中固定模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5是本發(fā)明實(shí)施例中滑動(dòng)模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6是本發(fā)明實(shí)施例中托瓶架“三腳架”的結(jié)構(gòu)示意圖

圖7是本發(fā)明實(shí)施例的通用卡具的模擬現(xiàn)場(chǎng)工作狀態(tài)示意圖。

圖中，1-耐張絲桿，2-耐張后卡，3-耐張前卡，4-可調(diào)絕緣拉棒，5-絕緣托瓶架，6-內(nèi)置調(diào)節(jié)模塊，7-托瓶架“三腳架”，8-三角聯(lián)板，9-雙聯(lián)絕緣子串。

4主要技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

本文主要闡述一種帶電更換雙聯(lián)絕緣子串的通用卡具及作業(yè)方法，在現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)用中的優(yōu)點(diǎn)在于：

（1）通用型耐張前后卡內(nèi)部設(shè)計(jì)成可拆卸、可調(diào)節(jié)的模塊結(jié)構(gòu)來(lái)匹配與三角聯(lián)板的吻合度，從而增大卡具與三角聯(lián)板的受力面積，整套工具受力更加穩(wěn)固可靠，卡具的使用不再受三角聯(lián)板型號(hào)的限制。

（2）通用型耐張前卡采用可調(diào)彎板卡結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，取消傳統(tǒng)大刀卡設(shè)計(jì)，有效避免大刀前卡組裝和受力過(guò)程中變形脫出，前卡設(shè)計(jì)有可遠(yuǎn)程操作的小環(huán)和安裝鏡子的小孔，即可實(shí)現(xiàn)地電位方式作業(yè)，也能等電位進(jìn)行作業(yè)。

（3）托瓶架與后卡連接的“三腳架”設(shè)計(jì)具有可左右調(diào)節(jié)部位的功能，滿足作業(yè)過(guò)程中托瓶架始終處于待更換絕緣子串的正下方，保證托瓶架受力均衡，有效避免絕緣子串松弛后托瓶架發(fā)生側(cè)翻而發(fā)生絕緣子掉串的危險(xiǎn)。

（4）該成果有效解決輸電線路部分耐張雙聯(lián)絕緣子串無(wú)法帶電更換或需攜帶多套專用耐張卡具進(jìn)行試作業(yè)且安全系數(shù)低的問(wèn)題。

5應(yīng)用效果

自2020年3月起，本單位輸電帶電班應(yīng)用新研制的工器具多次在實(shí)際運(yùn)行線路進(jìn)行帶電更換耐張雙聯(lián)絕緣子串的作業(yè)。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用，作業(yè)人員普遍反映所研制的工具，整體結(jié)構(gòu)合理、重量適中、安裝方便靈活，使用效果良好，所編寫的作業(yè)指導(dǎo)書符合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，可操作性強(qiáng)，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)符合帶電作業(yè)相關(guān)規(guī)范要求。該套工具及作業(yè)方法的應(yīng)用基本解決了輸電線路部分耐張雙聯(lián)絕緣子串無(wú)法進(jìn)行帶電更換或需攜帶多套專用耐張卡具進(jìn)行試作業(yè)且安全系數(shù)低的問(wèn)題的問(wèn)題，從而有效提高輸電線路的安全運(yùn)行和可靠性，具有很強(qiáng)的實(shí)用性，達(dá)到了項(xiàng)目預(yù)期的目標(biāo)。

新研制的通用型耐張卡具，通過(guò)在耐張卡具內(nèi)部設(shè)置可調(diào)節(jié)模塊，作業(yè)時(shí)通過(guò)調(diào)節(jié)模塊使卡具與金屬聯(lián)板達(dá)到最佳吻合度，卡具的使用不再受三角聯(lián)板型號(hào)的限制，并且后卡與托瓶架連接的“三腳架”設(shè)計(jì)有左右調(diào)節(jié)的功能，在耐張雙聯(lián)絕緣子串帶電更換作業(yè)中可以保持托瓶架始終處于待更換絕緣子串的正下方，使作業(yè)更加安全，承力工具受力更加穩(wěn)定，增加了工作的安全系數(shù)，同時(shí)降低了作業(yè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，具有較強(qiáng)的通用型。

6結(jié)束語(yǔ)

本文闡述的一種帶電更換雙聯(lián)絕緣子串的通用卡具及作業(yè)方法，有效解決輸電線路部分耐張雙聯(lián)絕緣子串無(wú)法帶電更換或需攜帶多套專用耐張卡具進(jìn)行試作業(yè)且安全系數(shù)低的問(wèn)題，提高等電位或地電位帶電更換耐張雙聯(lián)絕緣子串作業(yè)的工作效率和安全系數(shù)，降低作業(yè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，在公司系統(tǒng)內(nèi)具有很高的應(yīng)用價(jià)值和推廣前景。但遇到：1、輸電線路橫檔側(cè)是雙掛點(diǎn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；2、導(dǎo)線側(cè)聯(lián)板為方形聯(lián)板（L- LF）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。這套工具將無(wú)法匹配。

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