一種降低進(jìn)出耐張單串絕緣子翻落率的裝置

洪行軍 姜勇 施宏宇 施文華

摘 ?要：輸電線路作為電網(wǎng)動脈，在數(shù)量、規(guī)模上都大幅度增加。為了保證輸電線路安全健康的運行，需要對線路定期開展巡視、檢測、登桿檢查、消缺以及修理等運行維護(hù)和檢修工作。采用徒手進(jìn)出耐張單串絕緣子容易發(fā)生人員翻落，采用短繩適用性差、工作效率低。通過該裝置的研制，可以實現(xiàn)各類型玻璃耐張單串絕緣子的進(jìn)出，安全性高、穩(wěn)定性好、不發(fā)生翻落，具有突出的安全效益，社會和經(jīng)濟(jì)效益，應(yīng)用前景廣泛。

關(guān)鍵詞：耐張單串絕緣子;翻落;裝置

中圖分類號： TM216 ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

引流板檢修是輸電線路檢修的質(zhì)量控制點。輸電線路部分桿塔采用耐張單串絕緣子，尤其是變電所構(gòu)架側(cè)，徒手攀爬單串絕緣子由于受力點單一，很難掌握平衡，經(jīng)常發(fā)生作業(yè)人員翻落的情況，使用短繩輔助進(jìn)出工作效率低。有必要針對以上問題，研發(fā)一種高效、輕便的進(jìn)出耐張單串絕緣子防翻落裝置[1]。

1 背景

檢修引流板工作需要進(jìn)出構(gòu)架側(cè)耐張單串絕緣子，由于單串絕緣子檔距水平張力小、松弛架設(shè)，導(dǎo)致絕緣子間摩擦力小，絕緣子容易轉(zhuǎn)動，作業(yè)人員徒手進(jìn)出單串絕緣子串時重心失衡，容易從絕緣子串上翻落，容易因為安全帶沖擊斷裂而導(dǎo)致高墜的危險，據(jù)不完全統(tǒng)計，每年發(fā)生的翻落率為2.26%，亟需對輸電進(jìn)出耐張單串絕緣子工具進(jìn)行改進(jìn)和創(chuàng)新研制。

2 現(xiàn)有技術(shù)研究

現(xiàn)有技術(shù)措施：使用短繩輔助進(jìn)出耐張單串絕緣子和徒手進(jìn)出耐張單串絕緣子。

使用短繩進(jìn)出耐張單串絕緣子的技術(shù)弊端是工作效率低，需要準(zhǔn)備短繩進(jìn)行拋掛;適用性差，大風(fēng)天氣短繩掛設(shè)困難，內(nèi)轉(zhuǎn)角側(cè)絕緣子與橫擔(dān)幾乎成一直線，存在捆綁、攀爬困難的情況。

徒手進(jìn)出耐張單串絕緣子的技術(shù)弊端是作業(yè)人員憑借經(jīng)驗攀爬，當(dāng)有強(qiáng)風(fēng)作用或者在攀爬中搖晃導(dǎo)致作用點偏移時，一旦絕緣子間提供的摩擦力矩小于作用點偏移產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)力矩時，絕緣子就會發(fā)生翻轉(zhuǎn)，導(dǎo)致作業(yè)人員失手從絕緣子上翻落。

3 總體技術(shù)路線及關(guān)鍵技術(shù)

設(shè)計一種與絕緣子表面貼合底座設(shè)計，使受力分布均勻。

增加接觸面積，提供足夠有效摩擦力。

增加絕緣子接觸數(shù)量，使翻轉(zhuǎn)力矩小于摩擦力矩。

原有攀爬時，該工作組攀爬的作用點是雙手，也就是2個作用面，作用面大小面積是手掌大小，約為0.01 m3。該工作組考慮增加接觸面數(shù)量和接觸面積，使受力的每片絕緣子翻轉(zhuǎn)力距減少，從而接近或小于轉(zhuǎn)動摩擦力距，這樣絕緣子就不會發(fā)生轉(zhuǎn)動。所以該工作組的設(shè)計方案是由原來一只手接觸一片絕緣子，使用設(shè)計后的工具變成可以接觸2片以上絕緣子。經(jīng)過試驗，接觸2片絕緣子的工具不會影響人員攀爬，接觸3片及以上絕緣子的工具反而會影響人員攀爬。

在進(jìn)行設(shè)計該工作組借鑒更換絕緣子卡具的工作原理。這一原理主要增加了工器具的受力穩(wěn)定性，初期考慮將受力點鎖定在鋼帽上，但是在實驗中發(fā)現(xiàn)瓷裙的受力面要比在鋼帽的受力面大，能更好地使受力控制在軸線中，減少左右側(cè)應(yīng)受力偏移發(fā)生的翻轉(zhuǎn)力矩，所以該工作組將受力點鎖定在絕緣子瓷裙上。

4 受力分析研究

運用通過圓心的力不會使物體發(fā)生旋轉(zhuǎn)（翻轉(zhuǎn)）。

原有技術(shù)力矩計算：人在徒手進(jìn)出時的單手（單片絕緣子）受力，人在進(jìn)出過程中下壓力F的方向是改變的，角度范圍一般為：0～α（朝向圓心為0°），當(dāng)著力點不在絕緣子正上方時，即發(fā)生偏移， M徒手 =F×sinα×r。

該工作組研制的工具作用面是2個，單片絕緣子受力為徒手時的一半，即1/2F。同理作用在工具上面的方向是可以改變的，角度范圍一般為：0～α（朝向圓心為0°），當(dāng)M工具max=1/2F×sinα×d（d為工具卡在瓷裙后與圓心的距離）。為此在設(shè)計時d盡可能做的小，接近鋼帽位置，d=r。當(dāng)人體體重77 kg約等于750 N時，α=30°，r=0.06 m，代入上式，M工具=11.25 N·m ，M徒手=22.5 N·m。

5 絕緣子間摩擦力及摩擦力矩檢測

110 kV變電所構(gòu)架張力5 kN/相，220 kV變電所構(gòu)架張力10 kN/相本工作組在施加0.5 T張力時，試驗測得絕緣子（FC70P和PC16P 2種經(jīng)常使用的型號）間最大能提供的摩擦力矩M在15.36 N·m～23.84 N·m，中間值為19.6 N·m。

M工具=11.25 N·m

6 裝置簡介

該裝置主要由3個部分組成：定位座、支撐桿和手柄。主要材質(zhì)為高強(qiáng)度鋁合金。該裝置使用定位座設(shè)計，形狀為C型開口，定位在絕緣子瓷裙上，受力面積增大，表面有橡膠圈增大摩擦力，具有良好的穩(wěn)定性;C型開口端部有支撐桿構(gòu)造，2個定位座分別定位在前后相鄰的2片絕緣子上;2個支撐桿件使用一個手柄進(jìn)行連接（焊接而成），手柄方便作業(yè)人員握手支撐。

該裝置是為進(jìn)出耐張單串絕緣子而專門設(shè)計的，采用一體式設(shè)計，C型開口端為定位座，在攀爬絕緣子時卡在耐張絕緣子上，手柄是作業(yè)人員攀爬絕緣子時手握的部位。作業(yè)人員到達(dá)耐張桿塔橫擔(dān)處，將一組C型定位座（2只為一組）卡在絕緣子上，作業(yè)人員通過該裝置從一片單串絕緣子轉(zhuǎn)移到另一片單串絕緣子上，然后將耐張爬瓶器卡在前進(jìn)方向的另一片絕緣子上，作業(yè)人員通過該裝置支撐絕緣子轉(zhuǎn)移位置，重復(fù)此過程完成在耐張單串絕緣子上的位置移動。

輸電線路進(jìn)出耐張單串絕緣子降低翻落率的裝置，裝置輕巧，攜帶方便，該工具利用C型定位座作用在絕緣子瓷裙上，減少絕緣子的翻轉(zhuǎn)力矩，解決了進(jìn)出耐張單串絕緣子作業(yè)時人員翻落問題。

7 現(xiàn)場使用情況及應(yīng)用前景

耐張單串作業(yè)攀爬裝置設(shè)計新穎、使用輕便，極大地提升了進(jìn)出耐張單串絕緣子的工作效率和作業(yè)安全性，徹底解決了作業(yè)人員徒手進(jìn)出耐張單串絕緣子易翻落，采用短繩進(jìn)行拋掛，操作煩瑣，準(zhǔn)備工作持續(xù)時間長，拋掛短繩成功率低，大風(fēng)等惡劣天氣時拋掛短繩困難，人員攀爬費時費力等問題[2]。

該裝置已在浙江省內(nèi)輸電線路檢修工程、湖南省輸電線路檢修工程、四川省輸電線路檢修工程上推廣應(yīng)用，截至2019年12月，使用該裝置已進(jìn)出超過1 000多串耐張單串絕緣子，未發(fā)生翻落情況。經(jīng)過現(xiàn)場實際使用證明，該工具安全可靠，適用性強(qiáng)，充分滿足輸電線路耐張單串工作需要。全國輸電線路情況基本一致，主要采用徒手進(jìn)出耐張單串絕緣子作業(yè)，存在作業(yè)人員進(jìn)出耐張單串絕緣子容易翻落的普遍問題，作業(yè)安全可靠性低，使用該裝置能徹底解決上述問題，所以該裝置可以推廣至全國電力行業(yè)輸電檢修作業(yè)（包括基建施工）領(lǐng)域，推廣應(yīng)用前景廣泛[3]。

8 裝置檢測

整套裝置穩(wěn)定性檢測：C1-適用盤徑280 mm（如FC100P/146U 、FC160/155 等），整套裝置傾斜角20°時，施加50 kg垂直力在整套裝置時，持續(xù)3 min后，底座不發(fā)生位移，各絕緣子不發(fā)生轉(zhuǎn)動為合格。

整套裝置承重性能檢測：承受質(zhì)量100 kg重物，持續(xù)3 min，裝置無明顯變形，無損壞、無裂紋。

裝置的性能經(jīng)CNAS檢測符合要求，裝置安全可靠，使用該裝置能有效杜絕進(jìn)出耐張單串絕緣子翻落情況[4]。

9 裝置創(chuàng)新點

裝置創(chuàng)新點有3個。1）改善力矩布置，提高攀爬穩(wěn)定性。傳統(tǒng)徒手攀爬作業(yè)接觸面少（2個面），該裝置提供4個接觸面，使單片絕緣子所受翻轉(zhuǎn)力矩減少為傳統(tǒng)方式的1/2，最大提供摩擦力矩遠(yuǎn)大于翻轉(zhuǎn)力矩，避免人員翻落，提高作業(yè)穩(wěn)定性。理論計算中，使用該裝置單片絕緣子所受的翻轉(zhuǎn)力矩M工具=11.25 N·m，徒手進(jìn)出單片絕緣子所受的翻轉(zhuǎn)力矩M徒手=22.5 N·m，使用該裝置由于翻轉(zhuǎn)力矩小于摩擦力矩不會發(fā)生轉(zhuǎn)動，經(jīng)過理論計算和現(xiàn)場實際使用證明該結(jié)構(gòu)設(shè)計是行之有效的，已經(jīng)徹底解決了作業(yè)人員進(jìn)出耐張單串絕緣子翻落的問題。2）優(yōu)化作業(yè)接觸面，提高重心可控度。傳統(tǒng)攀爬作業(yè)接觸面積為0.01 m2，采用該裝置可以有效增大接觸面，與此同時接觸寬度由80 mm增加至274 mm，使作業(yè)重心更可控。徒手接觸時單只手的接觸面約為0.01 m2，設(shè)計后的工具單個接觸面面積0.0147 m2，面積增加47%。受力面積增加能使作業(yè)人員更容易控制重心和提供更多的摩擦力矩[5]。3）設(shè)計C型定位座，均勻分布受力點。定位盤內(nèi)側(cè)腰形通孔邊緣環(huán)繞橡膠帶，使定位座與絕緣子緊密貼合，增加摩擦力，并將受力點均勻分布于絕緣子瓷裙表面。

10 結(jié)語

使用本裝置后作業(yè)人員進(jìn)出耐張單串絕緣子時穩(wěn)定性大幅度提高，提高安全作業(yè)可靠性，減少因事故而產(chǎn)生的人員傷亡損失，作業(yè)人員安全得到有效保障，已經(jīng)徹底解決了作業(yè)人員進(jìn)出耐張單串絕緣子翻落問題[6]。

參考文獻(xiàn)

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[6]舒印彪，胡毅，李雪.特高壓交流輸電線路的運行維護(hù)與帶電作業(yè)[J].高電壓技術(shù)，2007（6）：1-5.