帶電更換高壓輸電線路耐張塔絕緣子智能方法研究

廣東電網有限責任公司潮州供電局 黃遠峰

1 耐張塔絕緣子簡析

1.1 耐張塔絕緣子概念

耐張塔絕緣子作為輸電線路重要組成部分，主要包括陶瓷耐張塔絕緣子、復合耐張塔絕緣子與玻璃耐張塔絕緣子等類型。其作用在于在每根導線位置不變的基礎上，對帶電導線與地面進行有效隔離，達到高壓電瓷絕緣效果，提升輸電線路環境的安全。

1.2 耐張塔絕緣子用途

耐張塔絕緣子與懸式絕緣子相比，不僅需要承受線路的重力，還需要承受架空線路的張力，因此，耐張塔絕緣子主要用于線路末端和線路需要拐彎的鐵塔上，即終端塔、轉角塔和耐張塔。

2 帶電更換高壓輸電線路耐張塔絕緣子方式分析

2.1 更換效益提升

目前高壓輸電線路上帶電作業方法主要分為兩類，分別是地電位作業和等電位作業。等電位作業法一般在變電站及配電線路上進行，而本文中著重分析地電位作業法。即人體處于地（零）電位狀態下，使用絕緣工具間接接觸帶電設備，達到檢修或者更換零件的方法。這種方式能夠靈活應對各種搭建尺寸的高壓線線路，根據送受端各省用電需求、電源結構和布局優化思路，統籌輸電走廊和路徑。經計算，2020年，東中部12個省份受入電力最優規模為3.5 億kW，與2011～2020年10年間的工作效率相比較，新增電力流2.88 億kW，較好地解決了大氣污染治理新增的電力流需求。

目前，為了加快2020年后的電力運輸建設，東中部跨省跨區輸電能力大約9000 萬kW，包括在建、取得路條跨區輸電工程以及國家大氣污染防治行動計劃提出的國家電網公司、南方電網公司經營區，達到11個輸電通道。在節省煤炭作為動力資源的清潔計劃下，預計跨省跨區輸電能力達約1.92 億kW，但特高壓電網建設仍然有較大發展空間。

2.2 更換技術現狀

在帶電更換高壓輸電線路耐張塔絕緣子工作中，用一根鋼筋替換整排絕緣子或封閉式端子是比較常見的更換方式。在實際更換時，不僅需要考慮安全系數因素，還需要考慮影響系數。當前最新電壓絕緣體型號最大負載力是435.6kN。如果設備計算機超過規定損壞負荷載狀態下，常規操作下的絕緣子更換會使得端子類型超出規定值。

現階段設備基礎不能滿足技術參數和要求，設備厚度和尺寸需要進行對應增加，考慮螺釘、螺栓等部位固定操作因素的影響，當電壓出現增大情況時，不僅會增加安裝難度，還會增加作業人員勞動強度，導致帶電作業中安全隱患增加，影響工人帶電更換作業中的安全性。

2.3 傳統更換運力中卡具受力分析

在傳統耐張塔絕緣子帶電更換方法中，卡具受力情況可以分為三種情況，包括雙絞線絕緣子替換一系列絕緣子的雙棒、刀架取代整個系列絕緣子和整體式絕緣子更換。其中整個絕緣層由雙拉桿代替，緊雙絞線絕緣子替換一系列絕緣子的雙棒如圖1所示。絕緣體電壓分別由絕緣體和導體構成，一般可以提供20%的牽引力。

圖1 緊雙絞線絕緣子替換一系列絕緣子的雙棒

隔離裝置由雙拉桿代替，并且兩個拉桿代表力不平衡，當線張力為T時，裝置最大拉力為：

刀架取代整個系列絕緣子方式，最大拉力為：

整體式絕緣子更換方式時候，受力情況需要考慮雙絕緣和雙螺桿不平衡因素，最大拉力為：

對帶電更換高壓輸電線路耐張塔絕緣子中存在危險點分析。

一是環境因素危險點。耐張塔絕緣子帶電更換由于所處環境和實際操作因素影響，本身就帶有一定危險性。當作業地點海拔過高時，需要對實際空間間隙、絕緣工具安全距離與長度、絕緣子片數等內容進行詳細計算。經工程師批準后執行，確保帶電更換作業的安全性。在實際作業時，還需要考慮極端天氣因素的影響，不僅需要在空氣濕度小于80%的天氣情況下進行，還需要避免在雷雨天氣和極端風力條件下進行帶電更換作業，確保玻璃絕緣子帶電更換作業的安全性[1]。

二是帶電更換作業前準備危險點。在耐張絕緣帶電更換時，作業前準確因素也是影響作業安全性的關鍵。主要是圍繞相關安全規定，在作業前絕緣子串進行帶電檢測，并對桿塔作業人員和帶電體之間安全距離與絕緣受力工具有效安全長度進行規劃設計，確保帶電更換作業安全性。

三是帶電更換作業操作因素危險點。主要是在耐張塔絕緣子帶電更換作業中，對作業人員操作進行規范，如導線絕緣子串未摘開前，嚴禁作業人員徒手進行絕緣子串聯接，避免出現電擊等安全隱患問題。

3 帶電更換高壓輸電線路耐張塔絕緣子智能方法研究

在帶電更換高壓輸電線路耐張塔絕緣子作業過程中，為提升作業效果和安全性，針對目前耐張塔絕緣子帶電更換作業特點和實際危險點，依托智能化思路進行優化，在不影響作業效果的同時，一定程度上降低了人工參與，推動帶電更換高壓輸電線路耐張塔絕緣子作業的安全穩定。

3.1 更換方法智能化改進

為了降低高壓輸電線路的危險性，在實際工作中對圍繞替代整體絕緣子智能化思路進行改進。改進后，不僅降低了作業人員的勞動強度，而且提升了作業人員的工作效率和安全性。

帶電更換原理主要是通過將耐張塔絕緣子和機械螺釘相結合，對兩端絕緣子進行替代后拆下螺釘，以此完成耐張塔絕緣子整體替換。

在實際的更換步驟中，對于平原地區輸電任務較重的1000kV 絕緣子和一些比較大的電壓而言，可以引入一種替代整體絕緣子的方法，做到智能化管理，進而更換整個系列的絕緣子。為了提高工作效率，采用1000kV 以上的高壓輸電線路作為主要運輸材料時，高壓輸電線路的負載要遠大于500kV，而電力在運輸過程中難免出現損耗，所以500kV 的高壓輸電線路單芯片隔離比其他的單芯片大得多，傳輸負載存在困難。在準備好作業所需要的專業工具后，運用將耐張塔絕緣子與機械螺釘相結合的方法，通過拆下螺釘，整體絕緣子在大卡具的作用力模式下，電壓通過線夾的運輸能夠降低電力運輸的15%，通過絕緣拉桿進行傳遞。

在更換絕緣體時，線夾由閉合夾具和全夾具共同起作用，按照T463-2006絕緣體的應用方法計算器件的最大負載，當出現（240+315）kN=555kN的形式時，滿足在kN>組合最大負載的模式下的運行內容，即提高了設備的功率要求。

3.2 自走式帶電更換高壓輸電線路耐張塔絕緣子工具應用

在進行帶電更換高壓輸電線路耐張塔絕緣子智能方法研究時，除了更換方法的智能化改進以外，還需要強化對更換工具的研發和應用。實際分析時，以整串耐張塔絕緣子帶電更換作業模式為基礎，高壓輸電線路化工技術導線與金具串軸向扭轉如圖2所示，通過基于行走電機和槽輪作用，實現帶電更換高壓輸電線路耐張絕緣自走工具智能化改進，以此推動帶電更換高壓輸電線路耐張塔絕緣子優化與安全性能提升。

圖2 高壓輸電線路化工技術導線與金具串軸向扭轉

工具主要由殼體、殼體內腔、緩沖桿、行走電機、行走槽輪和移動座等部分組成，殼體內部安裝移驅動電機，移動座上安裝擺臂轉動裝置和擺臂。在實際應用時，利用吊機把自走式帶電更換絕緣子工具懸掛到架空線路上，吊裝時要注意不能與線路發生纏繞，并對跨越轉軸位置進行對齊，實際操作更換時，基于設備攝像頭中顯示圖像，通過遙控對控制箱進行控制，實現自走式更換工具在架空線路的移動，結合擺臂控制，以此完成整串或單片耐張塔絕緣子串帶電更換，從而有效增強帶電更換高壓輸電線路耐張塔絕緣子中的安全性。

3.3 智能帶電更換高壓輸電線路耐張塔絕緣子機器人

耐張塔絕緣子作為連接高壓輸電線路桿塔與輸電線絕緣體，不僅需要具備良好機械特性，還需要具備良好的絕緣性能。但由于受到耐張塔絕緣子運行環境影響，在長期電壓作用和露天環境因素影響下，耐張塔絕緣子故障與更換頻繁問題依然嚴峻。因此，為確保帶電更換高壓輸電線路耐張塔絕緣子作業效果，提升供電穩定性能。針對傳統狀態下帶電更換高壓輸電線路耐張塔絕緣子危險點，基于智能化思路進行優化，在強化帶電更換作業效果的同時，有效提升作業安全性。

耐張絕緣體檢測機器人的研究主要針對傳統坐騎式耐張絕緣體檢測，由于絕緣子外表防污閃涂料比較薄，容易出現破壞和失效問題，人工絕緣桿測試雖然可以避免對涂料破壞，但是檢測的效率比較低，所以自動化、智能化可帶電測試檢測儀器的研發尤為關鍵。實際研發時，通過基于主動驅動功能、沿耐張塔雙串自動爬行、自動檢測能力和逐片移動檢測等功能內容進行研發，其核心部件包括智能控制中樞、絕緣子檢測子系統、驅動行走子系統、視頻圖形采集子系統等內容，實現無人化耐張塔絕緣子阻值檢測，為后續帶電更換作業提供基礎。運行時，機器人利用攜帶智能絕緣子檢測儀，根據既定程序與絕緣子實際間隔距離進行行動規劃，即越過一片后停止移動開展下一片檢測，并通過傳感器把檢測結果錄入到系統之中。

檢測機器人增添絕緣子更換功能，主要通過增設新、舊耐張塔絕緣子攜帶倉、機械手臂等構件模塊，并在智能控制中樞中規劃損壞絕緣子拆卸、損壞絕緣子入倉、新絕緣子出倉抓取、絕緣子安裝等功能與程序。基于原有絕緣子檢測基礎，根據檢測情況反饋控制中樞，經過控制中樞比對，自主下達更換程序，完成對高壓輸電線耐張塔絕緣子帶電更換，在提升帶電更換作業規范性和操作效率的同時，增強了帶電更換作業安全性。

4 結語

帶電更換高壓輸電線路耐張塔絕緣子作為實現供電不間斷維修提升供電穩定性的關鍵，其智能化方向研究不僅能夠有效提升操作的效率與效果，還可以弱化帶電更換作業中安全隱患。同時，可以提高電網的安全可靠性，延長供電和電網運維周期，減少企業的維修成本、縮短停電時間，保證電網的供電有效性。