帶電更換ZM塔懸垂串絕緣子專用卡具的設(shè)計及應(yīng)用

周曉虎，汪建勤，吳寶貴，周 秧

（1.浙江省電力公司培訓(xùn)中心，浙江 建德 311600；2.金華電業(yè)局，浙江 金華 321017）

1 問題的提出

為保證電網(wǎng)的安全可靠穩(wěn)定運行，減少因停電消缺帶來的電量損失，帶電更換因雷擊、外力損壞的絕緣子串，是消除輸電線路缺陷的主要方法。帶電更換絕緣子時，需先將導(dǎo)線荷載轉(zhuǎn)移到承力工具上，使絕緣子串松弛，從而更換損壞絕緣子。緊線絲桿法[1]帶電更換懸垂串絕緣子具有操作方便、所用工具少、效率高、適應(yīng)性廣等優(yōu)點，因此在帶電作業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。

ZM1b，ZM2a，ZM5等ZM型塔是華東電力設(shè)計院和浙江省電力設(shè)計院基于華東電網(wǎng)和浙江電網(wǎng)的需求而特別設(shè)計的塔型（見圖1），具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、適用各種地形條件、節(jié)省線路走廊等顯著特點，在華東地區(qū)應(yīng)用廣泛。

圖1 ZM直線塔

為加強該類型桿塔邊相橫擔(dān)的受力穩(wěn)定性，其邊相橫擔(dān)由2塊槽鋼組合而成（如圖2所示），2塊槽鋼的間距僅為10 mm，該設(shè)計很好地改善了橫擔(dān)端部絕緣子串連接部位的受力狀況。

圖2 ZM直線塔邊相橫擔(dān)結(jié)構(gòu)

而其它直線型塔的橫擔(dān)端部一般由2塊角鋼背向背組合而成，2塊角鋼的間距約為60～100 mm。由于目前通用的帶電更換直線塔絕緣子專用卡頭均按背靠背角鋼端部連接設(shè)計（見圖3），因此不適用于ZM1b，ZM2a，ZM5等ZM型塔。

圖3 普通直線塔橫擔(dān)卡具安裝示意

2 解決方案

針對ZM型橫擔(dān)的特點，結(jié)合500 kV線路其它桿塔帶電更換直線塔絕緣子的綜合要求，本文提出了“卡具專用、絲桿通用”的設(shè)計思路，研制了ZM1b，ZM2a，ZM5等ZM塔型橫擔(dān)的專用卡頭[2]，見圖4。在不同類型桿塔上進行相應(yīng)的帶電作業(yè)時只需更換卡頭即可，從而一方面滿足了現(xiàn)場帶電作業(yè)的工作要求，同時又極大降低了絕緣工器具的制作成本[3]，提高了帶電作業(yè)工器具的通用性和使用效率[4]。

由于ZM塔邊相橫擔(dān)端部2塊組合槽鋼的間距只有10 mm，通用絲桿無法通過，經(jīng)過大量的綜合研究和方案對比后，決定在橫擔(dān)端部采用特制的鋁合金卡頭，將緊線絲桿安裝在導(dǎo)線端，由等電位作業(yè)人員負(fù)責(zé)緊固。該設(shè)計解決了在橫擔(dān)上操作時安全距離不夠的問題，基本不受ZM塔型尺寸變化的影響（即ZM1b，ZM2a，ZM5等塔型雖然塔頭端部有差別，但仍可通用），并且得到了實用性驗證。專用卡頭在橫擔(dān)側(cè)的安裝示意和裝有絲桿的四線鉤在導(dǎo)線側(cè)的安裝示意分別如圖5、圖6所示。

圖4 ZM1b，ZM2a，ZM5等塔型的橫擔(dān)專用卡頭

圖5 專用卡頭在ZM塔橫擔(dān)上的安裝示意

圖6 緊線絲桿在導(dǎo)線上的安裝示意

3 強度計算及試驗

3.1 計算實例

設(shè)ZM塔導(dǎo)線參數(shù)為4×LGJ-630/45鋼芯鋁絞線，正方形布置，分裂間距450 mm；設(shè)計最大風(fēng)速30 m/s，設(shè)計覆冰厚度10 mm；垂直檔距最大取800 m。

導(dǎo)線使用垂直荷載G按下式計算∶

式中：LV為垂直檔距；Q為導(dǎo)線單位長度的質(zhì)量；n為每相導(dǎo)線的根數(shù)；GJ為絕緣子、金具及間隔棒重量。

取Q為2497 kg/km，GJ為800 kg，按式（1）計算，G為87.9kN。

為提高安全性，考慮適當(dāng)裕度，取卡頭的工作荷載G為100 kN。

專用卡頭參數(shù)為：卡頭拉板寬3 cm、厚0.9 cm，卡頭頂端高度2 cm；所用材料為3A21鋁合金， 抗拉強度 σ≥530 MPa； 抗剪強度 τ≥300 MPa；安全系數(shù)k為4，沖擊系數(shù)k1為1.1。經(jīng)計算[5]，卡頭許用拉應(yīng)力[σ]為 120.5 MPa，許用剪切力[τ]為68.2 MPa，卡頭最大拉應(yīng)力 σ1為 37.0 MPa， 小于[σ]； 卡頭最大剪力 τ1為 8.3 MPa， 小于[τ]。

通過計算可知，所設(shè)計的專用卡頭完全滿足拉伸與剪切強度要求。

3.2 試驗及應(yīng)用情況

（1）出廠試驗：將該提線工具組裝在相應(yīng)額定荷重的ZM塔直線絕緣子串上，施加2.5倍允許工作負(fù)荷，持續(xù)5 min，工具無變形及損傷；施加1.5倍允許工作動負(fù)荷，操作3次，工具靈活，無卡澀現(xiàn)象[6]。

（2）檢驗試驗：2007年5月，金華送變電工程有限公司試驗中心對500 kV專用卡頭進行破壞性試驗，將其組裝成工作狀態(tài)，加100 kN拉力，耐受2.5 h，結(jié)果無異常，認(rèn)證該產(chǎn)品合格。

4 專用卡具的使用

作業(yè)開始前，作業(yè)人員應(yīng)首先對絕緣子串的長度進行安全距離校核。根據(jù)相關(guān)規(guī)程，500 kV線路最小安全距離應(yīng)不小于3.2（3.4）m，絕緣吊桿最小絕緣有效長度不小于3.7 m。若為瓷質(zhì)絕緣子，應(yīng)進行測零，保證良好絕緣子片數(shù)不少于23片，方可開始工作。地面電工用絕緣傳遞繩將卡具傳遞上塔，地電位電工在ZM塔橫擔(dān)鋼槽上安裝專用卡頭，并與絕緣吊桿相連接。等電位電工采用定長蕩入法或軟梯法進入等電位，配合地電位電工將裝有絲桿的四線鉤安裝在四分裂導(dǎo)線上，等電位電工收緊絲桿，使絕緣子串松弛。等電位電工摘除絕緣子串下端的螺絲，使絕緣子串脫離導(dǎo)線。地電位電工用傳遞繩系住絕緣子串，地面人員通過機動絞磨提升瓷瓶串，直到絕緣子串與橫擔(dān)連結(jié)處松弛。隨后地電位電工摘螺絲，使絕緣子串與橫擔(dān)脫離。最后松下絕緣子串并換上新絕緣子串。

自2007年4月以來，金華電業(yè)局已多次在500 kV寧雙線、龍王線等線路上帶電更換ZM塔懸垂串絕緣子，解決了以往ZM塔直線串不能帶電更換的難題，提高了供電可靠性，填補了技術(shù)空白，取得了較好的經(jīng)濟和社會效益。該技術(shù)已被多家電力公司采用，取得了良好的效果。

5 結(jié)論

廣泛應(yīng)用于華東電網(wǎng)和浙江電網(wǎng)的ZM1b，ZM2a，ZM5等ZM型鐵塔，因其獨特的橫擔(dān)槽鋼結(jié)構(gòu)而無法使用常規(guī)卡具帶電更換絕緣子串。本著“卡頭專用、絲桿通用”的設(shè)計理念，成功設(shè)計了適用于上述塔型的專用卡頭，從而使絲桿法帶電更換懸垂串絕緣子得以順利開展。出廠試驗及檢驗試驗證明，該卡頭完全滿足額定負(fù)荷更換絕緣子的需要，設(shè)計結(jié)構(gòu)簡單，適用性強，已應(yīng)用于數(shù)條500 kV線路，產(chǎn)生了較好的效益。

[1] 國家電網(wǎng)公司組編.帶電作業(yè)操作方法第1分冊，輸電線路[M].北京：中國電力出版社，2009.

[2] GB/T 15632-2008帶電作業(yè)用提線工具通用技術(shù)條件[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2010.

[3] DL/T 463-2006帶電作業(yè)用絕緣子卡具[S].北京：中國電力出版社，2006.

[4] 郝旭東，紀(jì)建民，智潤倉.帶電更換500 kV直線轉(zhuǎn)角塔絕緣子串通用工具的研制[J].華北電力技術(shù)，2008（2）∶8-9.

[5] 劉鴻文.材料力學(xué)（第4版）[M].北京：高等教育出版社，2004.

[6] 電力安全工作規(guī)程（線路部分）[M].北京：中國電力出版社，2009.

[7] DL/T 966-2005送電線路帶電作業(yè)技術(shù)導(dǎo)則[S].北京：中國電力出版社，2006.