帶電更換550kN大噸位耐張絕緣子卡具研究

黃 麟

（云南電網有限責任公司帶電作業分公司，云南昆明 650000）

隨著社會的飛速發展，我國的用電量大大增加，必然要求輸電技術向更高的層次發展。近年來建設以超高壓、特高壓電網為骨干網架的堅強智能電網，推動能源的高效開發和利用。超高壓、特高壓輸電線路通常采用大噸位的玻璃絕緣子作為耐張絕緣子來承受大截面導線的張力。2016年7月云南電網迎來了首條±500kV永富直流超高壓輸電線路，此線路按照±800kV進行設計，耐張絕緣子采用了550kN大噸位玻璃絕緣子。因高海拔地區環境氣候復雜、晝夜溫差大，該線路玻璃絕緣子自爆率高，因現階段國內對帶電更換大噸位單片絕緣子未進行深入技術研究，檢修工作面臨巨大困難。

利用停電技術進行單片更換，作業過程中，超高壓、特高壓輸電線路面臨停電，且作業時間過長，嚴重影響了供電可靠性，給企業造成巨大的經濟損失，同時大容量的輸電線路停電會對整個電網架構造成震蕩，嚴重影響整個電力系統的穩定性。

通過帶電技術更換整串絕緣子，由于整串絕緣子長度較長、重量較大、更換整串絕緣子作業方法復雜并且操作困難，工作中需要10名以上作業人員使用復雜工器具配合更換，整個作業完成需要數小時或更長時間，這些都將導致作業風險大大增加，同時在作業過程中還可能造成整串絕緣子的脫落，造成絕緣子串裂解、斷線以及停電事故，對整個電網造成沖擊，導致大面積的用戶停電。

1 目前作業現狀

超高壓、特高壓輸電線路的等級越高，一旦發生停電事故，所造成的的損失也就越大。因此，為在最大限度上降低因停電而發生的損失，在對超高壓、特高壓的輸電線路進行檢測維護的過程中，其主要業務都是通過帶電作業的，為了進一步的提高超高壓、特高壓輸電線路運行的穩定性、安全性及可靠性，應加快對帶電作業技術研究的步伐，以便為其實踐提高更高的技術支持。

傳統更換耐張單片絕緣子采用閉式卡，利用閉式卡的前、后卡卡在絕緣子的鋼帽上，通過收緊絲桿將絕緣子串的張力轉移到卡具絲桿上，使被更換的絕緣子松弛，達到更換的目的。但是前卡是通過卡具前沿的“爪”與鋼帽凸緣接觸，傳遞力有限，受力較復雜，既有彎矩，又有剪切力和擠壓力，后卡是通過卡具內腔壁與整個鋼帽外壁接觸傳遞力，接觸面大，基本上是彎矩。

大噸位的絕緣子承受導線張力較大，利用傳統的閉式卡進行更換，對絕緣子的工藝要求較高，前卡所接觸鋼帽的凸緣必須規則統一且受力良好。對工藝差的絕緣子則不能完成更換，但絕緣子鋼帽都是通過鋼材澆注而成，鋼帽凸緣很難規則統一，受力良好。

現階段國內對帶電更換大噸位單片絕緣子研究主要針對工藝高的進口大噸位絕緣子，鋼帽凸緣規則統一，研制的工器具也只能完成單一廠家的特定規格型號的大噸位絕緣子帶電單片更換，而對于工藝一般的國內大多數大噸位絕緣子只能進行停電更換單片或者采用帶電更換整串后對損壞單片進行替換。

本項目根據絕緣子的結構情況，在絕緣子選定合適的受力點，采用合理的受力方式，設計新型可靠卡具結構，通用統一規格型號不同廠家的大噸位絕緣子，通過破壞性試驗，檢驗受力方式及受力點情況。突破大噸位絕緣子卡具采用新型結構可承受絕緣子大張力技術瓶頸，從而完成大噸位絕緣子帶電更換單片工作。

2 方法研究

2.1 作業方法

±500kV永富直流線絕緣子串型為2×U550BP/240DHC，絕緣子片數為36片，串長為8640 mm。

2.2 帶電更換±500kV永富直流耐張中間任意單片絕緣子

閉式卡前后卡適用于宜賓環球電瓷廠U550BP/240HDC玻璃絕緣子，可更換中間串任意絕緣子，如圖1所示。

由于550kN大噸位絕緣子的鋼帽處前沿部分小，采用2個前卡和1個后卡，2個前卡和后卡配合使用（采用拉力傳感器適時監測2個前卡具受力分布情況，以利采取措施確保前卡間張力均衡）的作業方式。

圖1 中間任意單片絕緣子作業示意圖

2.3 帶電更換±500kV永富直流耐張橫擔側單片絕緣子

橫擔端牽引板卡適用金具為聯板QY-64S與閉式卡前卡相配更換橫擔端第一片絕緣子，如圖2所示。

2.4 帶電更換±500kV永富直流耐張導線側單片絕緣子

導線端翻板卡適用金具為聯板LS-1287055S與閉式卡后卡相配更換導線端第一片絕緣子，如圖3所示。

圖2 橫擔側單片絕緣子作業示意圖

圖3 導線側單片絕緣子作業示意圖

2.5 卡具負荷確定

關于卡具的額定設計荷重，我國最近新頒發的DL/T463—2006《帶電作業用絕緣子卡具》規定取絕緣子級別（破壞負荷）的百分數加固定的常數，即

式中：P0為適用的絕緣子或金具級別，kN。

按此式，±500kV線路耐張和直線使用的最大絕緣子為550kN級的絕緣子，則卡具的額定設計荷重為150kN。

2.6 卡具材質選擇

卡具型式及工作負荷確定后，需要確定的就是卡具主體的材質。可供選擇的卡具主體材質及機械性能：40Cr、LC4、TC4 3種材料的機械強度都較高，如選用鋁合金（LC4）材料，雖然材料比重較小，但力學性能[бb]及[бs]較鋼材40Cr及鈦合金TC4小的多，差了一倍左右，對于大噸位卡具，做成的卡具外形尺寸較大，整體重量反而較大，使用時需要較大的安裝空間。

對于鋼材40Cr及鈦合金TC4，二者機械性能[бb]及[бs]很接近，40Cr的比重比TC4高1.8倍，因此40Cr材料不可取。

鈦合金TC4比重比鋁合金LC4大1.6倍，但力學強度均為鋁合金的2倍多，做成的卡具除長度尺寸外，其他外形尺寸均比鋁合金卡具小一半，對于大噸位卡具，整體重量反比鋁合金卡具輕，另外由于外形尺寸小，使用時需要的安裝空間小，操作也相對方便的多。

對于纖維增強復合材料，盡管其材質輕、強度高，尤其比強度高于鋼但其機械性能各向異性，材質是非均勻的，其斷裂伸長較小，橫向強度及層間剪切強度低，在大載荷應用場合尚不如鋼，且目前還沒有現成的材料可選用，新開發成本很高。

經過對比研究，最終確定用鈦合金（TC4）來加工550KN絕緣子卡具主體。

2.7 加工工藝

由于鈦合金本身的力學、化學、物理性能間的綜合，表現有自身的切削加工特點，選用線切割的方法進行加工。采用線切割的方法進行加工。

3 結束語

該項目的開展，解決了550kN大噸位絕緣子帶電更換技術難題，同時減少了超高壓線路的停電時間，降低了作業中人力、物力的投入，降低作業風險，提高了供電可靠性，為企業帶來了巨大的經濟效益和社會效益，填補了大噸位絕緣子帶電更換單片的技術空白，為今后超高壓、特高壓更大噸位的絕緣子帶電更換技術奠定基礎。