一種進出電場絕緣梯的研制＊

程續濤，林財德，陳永平，莊濟源，吳立煒，趙凌杰

（國網福建省電力有限公司漳州供電公司，福建 漳州 363000）

隨著電網的快速發展，構建堅強的電網需要越來越多的檢修維護作業。帶電檢修作業中等電位作業方式最為直接有效，絕緣梯由于其便捷和舒適的特點在110～220 kV 輸電線路等電位作業中的應用最為普遍[1-2]。

然而，絕緣梯在使用過程中容易出現以下問題：①抗彎性能下降。為了增大作業中的組合間隙，必須增加絕緣梯的長度，然而長度的增加會導致絕緣梯抗彎性能嚴重下降，尤其是在絕緣梯中間位置，當進出電場人員行至此位置時，整副梯子彎曲似緊繃的弓形，該位置發生斷裂的概率也是最大的，隨著時間的推移，此位置疲勞損傷最為嚴重[3]。②梯身易磨損。梯身磨損位置一般出現在絕緣梯尾端部分，該部分與地端塔材通過絕緣繩綁扎固定[4]。等電位人員沿絕緣梯進出電場過程中絕緣梯會前后晃動，致使梯身與塔材接觸時摩擦受損，尤其是點與點之間摩擦產生的損傷最為嚴重，直接造成絕緣梯絕緣性能和梯身承力強度下降[5]。③梯頭鉤無自動閉鎖功能。架設好的絕緣梯梯首端是通過開口的梯頭鉤直接掛在導線或其他連接金具上，該連接部位為非可靠連接，存在因外力因素和操作不當致使梯頭鉤脫開連接的風險[6]。以上是絕緣梯在應用過程中出現的主要問題，這些問題的存在不僅使絕緣梯在檢修作業過程中埋下安全隱患，且絕緣梯的使用壽命也會大打折扣。

為改善絕緣梯在實際應用過程中的現狀，檢修作業人員也進行了許多嘗試。通過增加絕緣梯管材厚度及在梯身中間加裝絕緣繩提拉來增強絕緣梯的抗彎性能，但管材厚度的增加必然導致梯身自重的增加，無法顯著改善絕緣梯抗彎性能；而且在梯身中間加裝絕緣繩提拉的方法會造成絕緣梯段與段的連接部位頻繁的正反向彎曲，加劇連接部位疲勞損傷和磨損。通過在絕緣梯尾端纏繞布條和加裝護墊來減少梯身與塔材之間的摩擦，這種方法實施起來不但麻煩，而且所用的材料多為非絕緣材料并且易耗，在實際檢修作業過程中并未得到更多的采納和應用。因此，研制一種抗彎性能優良、耐磨損、帶自閉鎖功能的絕緣梯來提高作業安全性和增加工具使用壽命顯得尤為重要和迫切。

1 進出電場絕緣梯材質選型

絕緣梯本體材質的選擇應綜合考慮材質的絕緣耐壓、機械抗拉抗彎、單位體積所受到的重力及加工難易等性能，不能單純追求某一方面的性能。基于絕緣梯實際應用場景需要，其材質應選用硬質絕緣板材或管材，現有2 種主流絕緣材料，其性能參數如表1 所示。

本文選用增強型環氧玻璃鋼樹脂作為進出電場絕緣梯的材質，并且在加工生產工藝上采用蜂窩夾層的3 層結構設計，中間為蜂窩狀夾層，外面為高強度玻璃纖維布，最外層為增強型樹脂。蜂窩結構可以增強絕緣梯本體機械抗拉抗彎性能，一定程度上提高了絕緣梯自身的機械性能。

2 進出電場絕緣梯結構設計

絕緣梯的結構設計不僅關系到檢修作業中能否安全可靠耐用，還關系到運輸和保管過程中的便捷和空間的節省。為了達到實際應用中的要求，從整體結構優化、抗磨設計、抗彎維穩結構、梯頭鉤自動閉鎖功能4 個方面來改善和彌補現有絕緣梯的不足。

2.1 分段式結構設計

基于運輸和存放過程中便捷及檢修作業中絕緣梯長度可靈活多變的原則，絕緣梯整體結構采用三段式結構設計，如圖1 所示。絕緣梯整體長度為6 m，三段長度分別為2.5 m、2.5 m 和1 m，段與段之間縱向連接通過矩形鋁合金套管來實現，每個套管依靠4 個等間距橫向貫穿螺栓實現硬連接，為增加絕緣梯有效絕緣長度，矩形鋁合金套管長度設為25 cm。三段可組合使用，也可任兩段組合使用，這樣組合長度可以有3.5 m、 5 m 和6 m 這3 種不同長度，可根據不同電壓等級或不同塔型靈活選取相對應長度的絕緣梯，避免長度的冗余給架設絕緣梯帶來不便。

圖1 絕緣梯整體結構圖

2.2 抗磨損結構設計

有數據統計，70%以上的絕緣梯的損壞或報廢是由絕緣梯磨損引起的，因此減少或避免絕緣梯磨損是延長其使用壽命和降低成本的有效手段。設計了一款彈性耐磨絕緣橡膠護套來保護絕緣梯（如圖2 所示），該護套結構上為開口矩形護套，內徑略大于絕緣梯梯身主材的外徑，護套開口邊緣為連續排列的半圓凹口設計，凹口直徑等于梯結直徑。掰開護套可以緊密貼合套在絕緣梯矩形管材上，凹口扣在絕緣梯梯結上，可防止護套的前后移動。護套高彈性可保障護套的反復掰合后自身形態的恢復，經久使用不會因變形而失去緊密貼合的抱箍能力，耐磨性應確保護套墊在絕緣梯與塔材之間擠壓摩擦而不易破損，絕緣性可以保持絕緣梯的有效絕緣長度。這種彈性耐磨絕緣橡膠護套拆裝方便、位置可調，極大地節省了額外實施絕緣梯磨損保護的工序，實現絕緣梯可靠的抗磨防護。

圖2 絕緣橡膠護套結構圖

2.3 抗彎維穩結構設計

增強材質本身抗彎性能和加強絕緣梯段與段的硬性連接都不能很好地改善絕緣梯的抗彎性能，因此提出了絕緣梯三角形抗彎維穩結構設計，如圖3 所示。這種設計利用三角形的穩定性原理，在絕緣梯段的連接位置，即在承受人員負荷時絕緣梯彎曲的最低點兩端連接絕緣拉桿，與鋁合金套管加裝的支撐金具進行連接，形成了絕緣拉桿、絕緣梯與支撐金具三邊連接的三角結構。

圖3 三角形抗彎維穩結構

三角抗彎維穩結構可以把縱向垂直與絕緣梯的負荷橫向分散至絕緣梯本身，從而減弱縱向垂直負荷下絕緣梯產生的彎曲。該結構雖然改變了絕緣梯的外形結構，檢修作業過程中也可能帶來妨礙架設的影響，但一定程度上加強了梯段之間的連接，增加了絕緣梯的安全系數，而且抗彎效果還十分顯著。

2.4 梯頭鉤自動閉鎖結構設計

梯頭鉤自動閉鎖設計采用旋轉式循環擺桿原理（如圖4 所示），在梯頭鉤入口位置增加四擺桿共軸旋轉結構，擺桿之間相互間隔90°，擺桿長度以從軸點至梯頭開口剛好能封閉為準。擺桿621、622、623 和624 可圍繞軸承旋轉，該軸承具備正轉逆止和反轉正止2 種旋轉模式，且2 種模式可人工切換。當導線進入梯頭鉤內時，采用正轉逆止模式，即擺桿621 到達擺桿623 的位置，擺桿624 到達擺桿622 的位置，此時擺桿624 實現開口部61 的封閉，即導線無法從梯頭鉤中脫出，實現梯頭鉤的閉鎖；當導線從梯頭鉤內脫出時，采用反轉正止模式，即擺桿624 引導導線，擺桿624回到擺桿622 的位置，擺桿623 回到擺桿621 的位置，擺桿622 對開口部61 進行封閉，以阻止導線在此進入梯頭鉤內。正向與反向模式的切換可通過絕緣操作桿間接操作，也可由等電位人員退出電場前切換模式。

圖4 自動閉鎖原理結構

3 進出電場絕緣梯耐壓及抗彎性能測試

進出電場絕緣梯經過材質和結構方面的優化設計后，必須進行相應的電氣性能和機械抗彎性能測試后才能進入實際現場應用。電氣性能測試主要是測試耐受電壓等級，能夠在110～220 kV 電壓等級下保障等電位作業人員安全；機械抗彎性能測試主要是測試在絕緣梯水平架設時，受到縱向垂直負荷時梯身的抗彎曲能力。

3.1 耐壓性能測試

按照絕緣工具預防性試驗標準，對220 kV 絕緣工具進行耐壓測試，測試了干燥狀態下絕緣梯的電氣性能，如表2 所示。

表2 電氣性能測試

由表2 可知，改進后的絕緣梯在材料選型上能夠承受不小于220 kV 的電壓等級，耐壓試驗能夠通過，其絕緣性能滿足110～220 kV 電壓等級進出電場環境的要求。

3.2 抗彎性能測試

抗彎性能測試采用絕緣梯最長長度（全長6 m），水平架設，按作業人員體重80 kg 進行絕緣梯機械承力抗彎測試，并與普通絕緣梯進行抗彎性能對比，如表3所示。

表3 抗彎性能測試

通過表3 的對比分析，本文所述的改進后的絕緣梯采用了三角抗彎維穩結構，與普通的絕緣梯（三段式全長6 m）相比，在相同試驗荷重2 400 N 下，絕緣梯的最大撓度降低了48 cm，其抗彎性能提升了80%。抗彎性能的大幅提升不僅保障了進出電場作業人員的安全，也降低了大撓度下絕緣梯的疲勞損傷，提高了絕緣梯的使用壽命。

4 結束語

本文通過對進出電場絕緣梯的材質選型及加工工藝進行改進，提高了絕緣梯的耐壓性能和機械剛度。所提出的三角抗彎維穩結構設計，使絕緣梯的抗彎性能提高了80%，增強了絕緣梯的安全性能；耐磨損結構設計避免了絕緣梯的摩擦損耗，大大延長了工具使用壽命；梯頭鉤自動閉鎖結構的設計簡單可靠、靈活便捷，極大地提升了作業過程中人員的安全。本文所研制的進出電場絕緣梯彌補了現有絕緣梯抗彎性能差、梯身易磨損和安全系數低的不足，具有極大的推廣應用價值。