10kV架空線路線夾螺栓帶電緊固方法研究

國網浙江省電力有限公司安吉縣供電公司 孫棟梁 李 亮 俞 斌

引言

因為高壓供電傳輸線路工作環境惡劣，外部環境包括履冰，輕風震動等都會產生導線震動，從而使耐張線夾導流板螺栓聯接發生松動，因為接觸不良而產生阻力增大，使導流板工作溫度迅速上升、接觸面單元氧化狀況下降，因此會造成出現導流板燃燒問題，產生安全事故，這對供電工作來說是非常不好的[1]。

帶電作業是電網常見的檢測方式，可以做到在不停用電的狀況下進行供電檢測，當前耐張線夾螺栓擰緊作業是在人工等電位狀態下進行的，很易于受帶電作業時間距離原因的直接負面影響，工人很難順利完成這一操作，無法滿足螺栓聯接緊固扭矩的有關規定，或者用扳手套筒無法套住螺栓聯接。而帶電的作業設備則可以解決這個問題，從而提高了耐張線夾導流板螺栓擰緊作業的可靠性。故在本研制中，提出了可以沿高壓交流輸電線上行走，并以雙作業臂攜帶固定螺栓的緊繃末端工具進行導流板螺栓擰緊及帶電作業設備檢修的新裝備[2]。

在本研發中，主要針對以高壓輸電用線導流板螺栓連接器為主要研發對象，并提供了可以沿高壓輸電線保護行使、并由雙作業手臂所佩帶的一種螺釘擰緊工具，進而完成了拿耐張線夾的導流板螺栓連接緊固帶電作業安裝，并提供了四臂上移動作業的螺釘連接固定裝置，即利用移動機器人雙臂上帶螺釘末梢的機械手和帶螺釘擰緊末梢機械手，探究了帶電作業安裝機械構造，并解析了帶有螺釘連接末梢與作業末端性能關系的動力學模型，并通過實際使用完成了帶電作業檢測，進而證明了該設計方案的準確性。

1 現狀分析

1.1 現場背景

在交流變壓器裝置內，設備線夾作為交流母線的引出下線與電器(如變壓器、斷路器、互感器、分離式開關電源、穿墻套管等)的出線端子相連。按照《國網集團輸變電建設工藝技術標準庫》對引下線和跳引線裝置有以下規定：電氣設備線夾對引線的握力不低于引線計算拉斷能力的百分之十；電氣設備線夾的直線電阻不得超過等長度引線的阻力，并允許電氣設備載流量溫升低于引線升溫。

1.2 問題提出

當電氣設備的線夾螺釘發生松動情況時，目前一般使用的消缺方式主要有：一是實施斷電檢修。停電檢修的方法不但會影響附近居民的正常生產生活，也導致了電能損失，同時還會給使用者造成麻煩；二是直接調用充能的作業檢查車實施充能作業檢查，但因為變電所內設施布置緊密且實際工作范圍受限，所以使用充能工具并不適用于變電所區域內的引下線和跳線部門之間的線夾檢測。同時，在對充能部門之間松動的螺釘實施擰緊的過程中，作業檢查員工還須與充能體、連接體之間保持足夠的安全可靠工作距離，所以這種利用普通工具直接對松散螺釘實施擰緊的工作方式風險很大[3]。

按照《國網企業能源安全工作規程變電部門》規定，在帶電作業中人體和充能體之間的最大安全間距10kV 為0.4m、35kV 為0.6m。故在35kV 及以下電壓等級使用時，離充能裝置的距離大于0.6m。所以，設計并研發出一個變壓器內的充能緊固螺栓連接用具就勢在必行。

1.3 解決方案

傳動結構選擇。帶電緊固螺釘與配合工具的使用原理，是將線夾螺釘二端夾緊于配合用具上，再利用傳動機構完成螺釘的擰緊。用作帶電固定螺栓組合工具，它所使用的場所也是多樣的，因此需要確保能在各種高度的線夾上都可以應用。因此使用了不同直徑的傳動機構。

工具材質選用。帶電固定螺栓及配合用具的材質選用，大致分二部門：傳動組織和機械部門的材質選用。帶電緊固螺栓配合用具的機械傳動部分，必須完成配合用具的緊固件連接并確保安全絕緣。而玻璃鋼復合材料則因其硬度大、絕緣性能較好且抗腐蝕性能優異，成為工具傳動機構的主要材質。而用于帶電緊固螺栓配合用具機械安裝部門，則必須完成螺釘的緊固件聯接，其硬度要求較高且容易加工，所以采用了鋼制材質[4]。

套筒聯接方式設計。緊固螺釘的直接連接部分，套筒采用可改變的結構：通過改變相應規格的節套，可以擰緊相應規格的螺釘聯接，以確保各端面節套在使用結束后沒有滑落到設備上，同時采用帶自鎖功能的方頭。下端可以使用電子扳手進行螺釘聯接的快速擰緊，有很強的可擴展性，整個螺釘聯接擰緊流程能夠單人獨立進行。

組合工具尺寸設計。為使得組合工具設計可以同時滿足各種型號的螺栓以及各種高度的設備線夾螺栓，通過研究了常用節套方頭規格、變電站設備線夾寬度和常用螺釘直徑，從而決定了配合工具設計的主要規格。其機械部分及各組成部分規格設計見圖1。

圖1 帶電緊固螺栓組合工具機械部分結構圖

線夾螺釘的直徑通常為30～50mm，為適合于各種直徑的螺釘，一般選用較長螺釘連接作為距離計算并預留一定的冗余度量，因此套筒間距S2＞70mm，而彈簧的可壓縮直徑一般為彈簧自身直徑的40%，所以彈簧直徑m＞175mm，最常用的套筒扳手直徑L 通常為6～10mm，所以N＞L1+L2+S2+m，并預留有一定裕度，N 通常為250mm，但考慮到的線夾長度通常為100mm，R取100mm 即可。

確定組合工具除傳動機構之外的尺寸后。為提高工具本身有較強的適應性，選擇使用比較廣泛的二分之一方頭。為滿足各種高度的設備線夾，該傳動機構可按照具體情況選擇適當直徑的桿安裝成緊固螺栓需要的尺寸。因為該傳動機構是帶電作業確定安全距離的關鍵，所以為靈活調整尺寸并符合安全規定，該傳動機構之外的合適尺寸必須也是滿足安全距離大于0.6米的要求，其抗壓值應該滿安全標準的條件，結合設備線夾高度和人身高，選擇最短的傳動桿為一米左右，續接尺寸從0.6至1米左右不同的運動桿，使得各種身高人、各種高度線夾均能進行安全方便作業。

一體式帶電緊固螺栓組合工具整體的設計方案如下。傳動機構選擇：可變長度型，傳動桿長度1.0m、0.6m，上套筒機構長度N 為250mm，彈簧自然長度M 為180mm，套筒選擇半徑R 為100mm，套筒方頭型號為1/2；工具材料選擇：傳動機構材料選擇玻璃纖維復合材料，機械部分材料選擇鋼，套筒連接方式選擇可變換式。

2 效果檢測分析

適用范圍檢測表。將該配合式開發工具對14mm、17mm、19mm 三種螺釘各經過了數次夾持測試，最終結果證實已設定長度的配合式開發工具一次均可以順利夾緊這三種螺釘，且長度設計均滿足要求。

絕緣達標檢測。經過絕緣耐壓測試證明：若絕緣特性符合此標準，則在10kV 的額定電流下其工頻耐壓值達到95kV/min 為宜。該復合工具的熱絕緣隔離特性符合帶電作業安全規定，且裝設過程中也出現在傳動機構上還裝有雨裙以提高爬電距離，但這種并不危害運行速度且比較安全。

可靠緊固分析。若要進行可靠擰緊，施加到螺釘上的最大扭矩應該不小于24.5N。經過扭力扳手的扭力測試后，該配合工具對目前變電站廠內各種規格的14mm（扭力分別為25.0、24.7、24.9N·m）、17mm（扭力分別為27.5、26.0、26.2N·m）和19mm（扭力分別為25.6、27.4、26.1N·m）等各種規格的設備線夾螺釘均可以正確擰緊。

操作時間檢測。經過對14mm、17mm、19mm這三種線夾固定螺栓各經過數次的固定實驗，確定了單次固定螺栓連接的平均值費時依次為1分51秒、1分47秒、1分45秒，且工作耗時均低于二分的期望數值。

工藝達標檢測。試驗結果表明，帶電擰緊螺釘接頭能使螺栓的螺桿和螺母牢牢卡緊、迅速擰緊，省時省力、拆裝方便、標準規范、工序優美、構造簡潔、總體重較輕，充分適應了安全距離和單機迅速擰緊螺釘的要求。該組合工具順利解答了因變壓器要求斷電處理螺釘松動的繁雜提問，并大幅減少了檢測技術人員作業時間，從而有效地減少了電能消耗。

3 效益對比分析

作業流程對比分析：使用此工具地電位作業方法與等電位作業方法相對較，能夠省去了設置絕緣軟梯或進出地電場技術的時間，進而減少了整個高空作業時間。使用此工具地電位作業方法與傳統停電的處理方法相對比，縮短了設置接電線、人員進出等復合懸式絕緣子串的工作過程，因而減少了整體作業時間。

安全風險對比分析：等電位作業方式由于需要出入強電荷，因此存在當作業技術人員進入、退出強電荷時，因屏蔽服接地松脫或屏蔽服電阻過高，而引起觸電以及作業技術人員進入、退出強電荷時對相鄰電線的最小間距不夠，而引起觸電等危險性；斷電處理方法由于必須裝、拆除接電線，因此會有作業技術人員裝設接電線時誤掛帶電線路，導致接觸電勢及作業技術人員在裝、拆除接電線時因感應電觸電等危險性。

成本對比分析：等電位的作業方法進行處理，由于作業人員多，對工作器材投資大、機械強度大，也因此提高了生產成本；使用此工具以地電位作業方式進行處理，由于操作人數較小、對工作器材投資較小，且勞動強度少，也因此減少了生產成本；使用此工具完成的處理過程克服了單回耐張塔(桿)的耐張線夾過熱非直接作業和同塔多回垂直布置方法的架空輸電線路耐張線夾過熱缺陷帶電管理。

直接效益分析：首先，供電設施可以相互備份，增加了輸變電設施的利用度，減少了供電的風險程度；其次是供水公司多供水、多售電，增加了公司的效益。

社會效益分析：改善了輸電線路的安全性，使生產廠家的經營效益和當地財政收入提高，并增長了當地GDP；其次電網不間斷地供應，大大增強了電力安全性，從而減少了由于忽然斷電所帶來的社會、民眾不滿等不良政治因素，為社會穩定、治安良好提供了保證作用，從而方便民眾日常生活諸多方面。

知識產權保護及成果轉化：該套組合工具已申報國家實用新型專利2項(已經獲得授權)，申請發明專利1項(實審階段)，現已在企業內部及各供電公司進行了實際運用。

4 推廣應用建議

綜上所述，本技術的研發與使用，對應于單回耐張塔(桿)的抗張線夾加熱間接作業，以及同塔多回垂直布置方法的架空輸電線路中抗張線夾加熱問題的帶電解決，具有非常突出的優越性。使用此工具可以完成帶電的耐張線夾發熱缺陷處理過程，從而大大降低了對工程作業人力和工作器材的投資，大大減少了工程作業技術人員的勞作力度和工程作業危險性、提升了效率，大大降低了生產成本，并且大大提高了電源的可靠性度，從而大大減少了斷電頻次，因此推薦在各輸變電設備的運維單元推廣應用。