特高壓交直流輸電線路光纜金具更換支架研制

高 嵩 陶留海 楊朝鋒 張建輝 王美蘭

（1．國(guó)網(wǎng)河南省電力公司檢修公司，河南 鄭州 450052； 2．河南電力博大科技有限公司，河南 鄭州 450051）

電力工業(yè)是關(guān)系國(guó)計(jì)民生的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，國(guó)家電網(wǎng)公司在認(rèn)真分析我國(guó)電力工業(yè)和電網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)的基礎(chǔ)上，提出了加快建設(shè)由百萬伏級(jí)交流和800kV級(jí)直流系統(tǒng)構(gòu)成的特高壓電網(wǎng)的發(fā)展目標(biāo)。超、特高壓輸電線路具備超遠(yuǎn)距離、超大容量、低損耗的送電能力，能夠提高資源的開發(fā)和利用效率，緩解環(huán)保壓力，節(jié)約寶貴的土地資源，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

目前河南省境內(nèi)有1000kV特高壓交流線路2條和±800kV特高壓直流線路1條，分別是2009年1月建成的1000kV長(zhǎng)南I線、南荊I線和2014年1月投入運(yùn)行的±800kV天中線，河南省境內(nèi)合計(jì)特高壓里程330.787公里。

在輸電線路上架設(shè)OPGW復(fù)合光纜具有兩個(gè)功能：一是作為電線路的屏蔽線和防雷地線，對(duì)輸電線路導(dǎo)線抗雷閃放電提供保護(hù)，在輸電線路發(fā)生短路時(shí)，起鎧裝層和屏蔽作用，使短路電流對(duì)電網(wǎng)和通信線、鐵路、輸送管道的干擾降到最小。二是通過符合在地線中的光纖，作為傳送光信號(hào)的介質(zhì)，可傳播音頻、視頻、數(shù)據(jù)和各種控制信號(hào)，進(jìn)行多路寬帶通信。

光纜直線線夾是安裝在光纜外層，將光纜固定在桿塔地線支架上的連接金具，光纜直線線夾護(hù)線條對(duì)光纜起到保護(hù)作用。但是護(hù)線條在電力線路導(dǎo)線電場(chǎng)的作用下，會(huì)發(fā)生干帶電弧放電，引起護(hù)線條的電腐蝕。在直擊雷和感應(yīng)雷的作用下，與雷電直接接觸的金屬因高溫而融化的可能性很大，造成光纜直線線夾和護(hù)線條損傷。

因此，研制一種更換地線光纜金具的專用工具，對(duì)確保特高壓電網(wǎng)安全、穩(wěn)定、可靠運(yùn)行和保證作業(yè)人員作業(yè)安全和人身健康、提高運(yùn)行檢修工作的質(zhì)量和提高效率具有重要意義。

1 工作負(fù)荷計(jì)算

1.1 光纜相關(guān)參數(shù)選取

經(jīng)查閱河南省所運(yùn)維的特高壓交流長(zhǎng)南I線、南荊I線和特高壓直流天中線的資料專檔，確定取最大的OPGW-175型光纜為本次研制設(shè)計(jì)基準(zhǔn)，見表1。

表1

表2 三個(gè)作業(yè)小組所用時(shí)間統(tǒng)計(jì)對(duì)比

1.2 垂直檔距選取

經(jīng)查閱我省目前運(yùn)維的特高壓交、直流輸電線路資料專檔，垂直檔距在800m以下的占96.73%，因此確定選用垂直檔距800m為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)。

1.3 工作負(fù)荷確定

OPGW-175型光纜（單位重量1183kg/km、纜徑17.5mm、全面積為176.47mm2），垂直檔距SL垂直和水平檔距SL水平均取800m，考慮最大風(fēng)速10m/s。

體型系數(shù)K為1.1，風(fēng)速不均勻系數(shù)aF為1.0，受風(fēng)面的投影面積

F=1×d×10-3=17.5×10-3（mm2）

可以求出風(fēng)壓比載g4

求垂直荷載P

P=g1×SL垂直=6.5×

10-2×176.47×800=9176N

求水平荷載Q

Q=g4SL水平=1.2×10-5×176.47×800=1.7N可求出導(dǎo)線的總荷載G

因此，取10kN為該工具額定工作負(fù)荷。

1.4 安全系數(shù)的選取

根據(jù)DL/T 875-2004《輸電線路施工機(jī)具設(shè)計(jì)、試驗(yàn)基本要求》,確定3.0倍安全系數(shù)，因此該支架破壞負(fù)荷不得小于3.0kN。

2 工器具設(shè)計(jì)

2.1 整體結(jié)構(gòu)

根據(jù)輸電線路施工搖臂抱桿的工作原理，構(gòu)想了一種適用于更換特高壓光纜金具的工具。如圖1所示。

2.2 支架生根方式

光纜金具更換提升支架在桿塔光纜地線支架上的安裝關(guān)系到本項(xiàng)目的實(shí)際運(yùn)用及推廣，采取具有通用性的生根方式，是本課題必須解決的問題。

為此我們查閱了除大跨越外所有的直線塔光纜地線支架組裝圖，并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)勘查，取其共性，確定采用在支架底部采用“十”字開口形式與地?fù)?dān)支架連接，配合螺栓緊固的方式固定。

2.3 材質(zhì)的選擇

7A04 Al-Zn-Mg-Cu系超高強(qiáng)度鋁合金，亦稱超硬鋁，是超硬鋁中相對(duì)成熟、使用較久和較廣的一個(gè)合金，常用于加工帶電作業(yè)金屬工器具。具有以下特點(diǎn)：

圖1 特高壓交直流輸電線路光纜金具更換支架設(shè)計(jì)圖

圖2 單、雙懸垂線夾安裝圖

圖3 吊鉤主體簡(jiǎn)圖

重量輕，比重為2.85g/cm3，約為鋼材比重的1/3；

條件屈服強(qiáng)度高， σ0.2 （MPa）：≥400；

抗拉強(qiáng)度高，σb （MPa）：≥530，

切削性好，易加工。

2.4 臂展的確定

查閱我國(guó)第一條1000kV長(zhǎng)南線和±800kV哈鄭線光纜組裝圖進(jìn)行初步選擇，并進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)勘察和尺寸量取，確定支架臂展長(zhǎng)度不得小于2400mm，避免吊鉤安裝位置影響懸垂線夾內(nèi)層護(hù)線條的拆裝。吊鉤需適用于OPGW-175及以下光纜金具如圖2所示。

2.5 對(duì)更換支架各關(guān)鍵部件材質(zhì)進(jìn)行強(qiáng)度校核如圖3所示。

（1） 吊鉤強(qiáng)度校核

計(jì)算步驟略，吊鉤A-A截面剪切強(qiáng)度滿足。

（2） 校核結(jié)論

通過對(duì)地線光纜金具更換支架強(qiáng)度計(jì)算校核，其強(qiáng)度均滿足設(shè)計(jì)要求，故地線光纜金具更換支架在額定負(fù)荷下使用安全可靠如圖4所示。

3 現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證

為檢驗(yàn)特高壓交、直流輸電線路光纜金具更換提升支架結(jié)構(gòu)性能，進(jìn)行了出廠試驗(yàn)，并采用現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的方式進(jìn)行驗(yàn)證。

某省檢修公司帶電作業(yè)班分三組，在所轄±800kV天中線進(jìn)行了更換光纜懸垂線夾的試驗(yàn)，通過試驗(yàn)結(jié)果見表2所示：

由表2可知，使用該工具后，比不用該工具前的作業(yè)時(shí)間減少了72.99%，從而減少了高空作業(yè)所用時(shí)間，可有效降低高空作業(yè)事故率，保障了特高壓輸電線路高空作業(yè)的安全，對(duì)特高壓檢修技術(shù)發(fā)展有利。

使用光纜金具更換提升支架更換光纜懸垂線夾所用時(shí)間與傳統(tǒng)方法作業(yè)時(shí)間相差較大，采用該工具每次作業(yè)減少停電時(shí)間，增加效益52.8萬元，加上節(jié)約人工成本0.02萬元，扣除QC成果研制費(fèi)用,經(jīng)濟(jì)效益約為52.8＋0.02－12=40.82萬元。

現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證結(jié)果表明：在完成該項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)要求的全部安全技術(shù)措施后，多個(gè)作業(yè)小組運(yùn)用該工具在較短時(shí)間內(nèi)均完成了更換特高壓輸電線路光纜金具的工作并取得了良好效果；也比采用傳統(tǒng)工具作業(yè)更加節(jié)省時(shí)間，此項(xiàng)工具研發(fā)成功產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益十分明顯。研制的“特高壓交、直流輸電線路光纜金具更換提升支架”安全和性能指標(biāo)完全滿足設(shè)計(jì)功能要求。

4 結(jié)論

（1）提出一種特高壓交、直流輸電線路更換光纜連接金具的專用工具結(jié)構(gòu)，由兩根搖臂、立柱、斜拉桿、底座、鋁合金雙鉤、鋼絲繩和吊鉤幾部分組成。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，各部件受力分配合理，安裝方便、操作簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)性好。

圖4 特高壓交直流輸電線路光纜金具更換提升支架實(shí)物圖

（2） 按目前特高壓交、直流輸電線路采用的最大型號(hào)光纜OPGW-175型、光纜懸垂線夾預(yù)絞絲長(zhǎng)度2300mm、使用負(fù)荷為10kN等關(guān)鍵參數(shù)綜合，確定了該工具適用于特高壓輸電線路垂直檔距在800m以下，提升負(fù)荷小于10kN的特高壓輸電線路直線塔更換光纜金具作業(yè)，96.73%的特高壓輸電線路直線塔符合使用條件。

（3） 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果驗(yàn)證了使用該工具可安全、高效開展特高壓輸電線路光纜金具更換作業(yè)。不僅顯著減少停電時(shí)間，也有效降低了高空作業(yè)時(shí)間，有利于提高社會(huì)及經(jīng)濟(jì)效益，既保障了電網(wǎng)穩(wěn)定，又同時(shí)推動(dòng)了該項(xiàng)目技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展。

[1] 國(guó)家電網(wǎng)公司，電力安全工作規(guī)程（線路部分）[S]．

[2] DL/T 875-2004，輸電線路施工機(jī)具設(shè)計(jì)、試驗(yàn)基本要求[S]．

[3] GB/T 3190-1996，變形鋁及鋁合金化學(xué)成分[S]．

[4] 劉振亞．特高壓直流輸電線路[Z]．

[5] 劉振亞．特高壓交流輸電線路維護(hù)與檢測(cè)[Z]．

[6] 胡毅，等．超/特高壓交直流輸電線線路帶電作業(yè)[Z]．

[7] 李如虎．帶電作業(yè)實(shí)用力學(xué)[Z]．