帶電作業(yè)絕緣繩索制動(dòng)控制裝置研究

夏增明，陳堅(jiān)平，向云，張樹(shù)，劉治國(guó)

(國(guó)網(wǎng)湖南帶電作業(yè)中心，湖南長(zhǎng)沙410100)

目前國(guó)內(nèi)開(kāi)展的帶電作業(yè)中，傳遞大型工器具、材料或絕緣子串常用的方法是人力控制繩索法或使用機(jī)動(dòng)絞磨輔助法〔1〕。因機(jī)動(dòng)絞磨及其配套的工具笨重，在一些地形復(fù)雜的作業(yè)點(diǎn)難以搬運(yùn)，勞動(dòng)強(qiáng)度大，故常用的方法是人力控制繩索傳遞法。但對(duì)于較重的大型工器具或絕緣子串，僅依靠人力是很難控制的，因此，在現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)中，時(shí)常采用傳遞繩纏繞在桿塔或其他牢固的構(gòu)件上，通過(guò)繩索與桿塔構(gòu)件產(chǎn)生的磨擦力來(lái)承受物件的重量或控制物件的傳遞速度，這種傳遞繩控制方法會(huì)對(duì)絕緣繩索造成一定程度的損壞，導(dǎo)致絕緣性能的降低。針對(duì)這種情況，從保護(hù)絕緣繩索及其絕緣性能、確保絕緣繩索正常使用壽命以及提高帶電作業(yè)效率角度出發(fā)，提出對(duì)絕緣繩索制動(dòng)控制裝置的研究。

1 帶電作業(yè)控制絕緣繩索常規(guī)方法存在的問(wèn)題

目前，帶電作業(yè)傳遞絕緣子串或較重型工器具、材料及控制等電位人員進(jìn)出強(qiáng)電場(chǎng)方法主要是依靠人力或在桿塔上、其他牢固的構(gòu)件上產(chǎn)生的磨擦力來(lái)承受物件的重量及控制物件的傳遞速度，但這種控制絕緣繩索的方法在作業(yè)中存在以下問(wèn)題及安全隱患:

1)傳遞效率低。僅依靠人力控制傳遞速度，勞動(dòng)強(qiáng)度大。

2)物件在傳遞過(guò)程中速度難以控制，容易造成擺動(dòng)，對(duì)安全距離小的作業(yè)項(xiàng)目存在安全隱患。

3)絕緣繩索受到一定程度的損傷及絕緣性能的降低，縮短繩索的使用壽命，加大帶電作業(yè)的安全風(fēng)險(xiǎn)。

文中提出的帶電作業(yè)絕緣繩索制動(dòng)控制裝置，可快速、穩(wěn)定地控制物件的傳遞速度，保護(hù)絕緣繩索不受損傷。絕緣繩索控制裝置可用于帶電、停電作業(yè)項(xiàng)目，安全、方便、可靠。

2 裝置的構(gòu)成及技術(shù)特點(diǎn)

2.1 裝置構(gòu)成

帶電作業(yè)繩索制動(dòng)控制裝置的實(shí)物圖見(jiàn)圖1，繩索纏繞在磨芯上，利用其接觸面積所產(chǎn)生足夠的磨擦力來(lái)控制傳遞速度，繩索在制動(dòng)控制裝置上的纏繞見(jiàn)圖2。

圖1 絕緣繩索制動(dòng)控制裝置實(shí)物圖

圖2 絕緣繩索制動(dòng)控制裝置鐵應(yīng)用圖

帶電作業(yè)絕緣繩索制動(dòng)控制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖3。圖中①為磨芯:利用繩索纏繞在磨芯的接觸面積所產(chǎn)生足夠的摩擦力控制傳遞速度;②為卡槽:用于卡住鐵塔支撐腳;③為制動(dòng)部分:當(dāng)絕緣繩索反向傳遞速度過(guò)快時(shí)，制動(dòng)部分自鎖來(lái)限制傳遞速度，保證安全;④為調(diào)節(jié)桿:調(diào)節(jié)高度;⑤為固定槽:利用調(diào)節(jié)桿調(diào)整高度，固定卡住鐵塔支撐腳的另外一面;⑥為寬度調(diào)節(jié)槽:調(diào)節(jié)繩索制動(dòng)控制裝置的寬度，適應(yīng)不同鐵塔支撐腳的寬度，通用性強(qiáng)，拆裝方便。

帶電作業(yè)絕緣繩索制動(dòng)控制裝置與鐵塔 (水泥桿)固定座、封門(mén)式固定磨芯及防繩索過(guò)速釋放的自鎖設(shè)備等相結(jié)合使用，各部件均選用質(zhì)量輕、強(qiáng)度高的材料制作〔2〕，適用于110～220 kV高壓輸電線(xiàn)路各種型號(hào)的鐵塔及水泥桿，操作簡(jiǎn)便。

圖3 絕緣繩索制動(dòng)控制裝置結(jié)構(gòu)圖

絕緣繩索制動(dòng)控制裝置在水泥桿使用見(jiàn)圖4，圖中:①為絕緣子串;②為固定在水泥桿上的絕緣繩索制動(dòng)控制裝置;③為水泥桿塔;④為滑車(chē)，絕緣繩索制動(dòng)控制裝置安裝在水泥桿固定座上即可配合滑車(chē)使用。

圖4 絕緣繩索制動(dòng)控制裝置在水泥桿使用示意圖

絕緣繩索制動(dòng)控制裝置在鐵塔使用情況見(jiàn)圖5，圖中①為絕緣子串;②為滑車(chē);③為轉(zhuǎn)角滑車(chē);④為固定在鐵塔一個(gè)角的絕緣繩索制動(dòng)控制裝置;⑤為架空鐵塔，絕緣繩索制動(dòng)裝置通過(guò)鐵塔固定座固定在鐵塔一個(gè)支撐腳上，通過(guò)轉(zhuǎn)角滑車(chē)的配合來(lái)起吊重物。

圖5 絕緣繩索制動(dòng)控制裝置在鐵塔的使用示意圖

2.2 裝置的技術(shù)特點(diǎn)

1)通用性強(qiáng)。配塔材固定座 (適用于塔材規(guī)格最大值為寬205 mm，厚22 mm)和水泥桿固定座，適合各種型號(hào)的鐵塔 (110～220 kV線(xiàn)路的耐張塔及終端塔塔腿主材常用規(guī)格為寬200 mm，厚20 mm)及Φ300～400 mm水泥桿，利用桿塔本身的牢固構(gòu)件承受較輕的材料重量。

2)工具選用質(zhì)量輕、強(qiáng)度高的材料制作，組裝簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便。

3)磨芯與絕緣繩索直接接觸，采用尼龍材質(zhì)的磨芯中間凹兩頭凸，防止絕緣繩索滑移出槽，且磨芯直徑大于平常使用繩索直徑的15倍，確保機(jī)械強(qiáng)度。

4)磨芯進(jìn)口前側(cè)安裝防止繩索跑線(xiàn)自鎖裝置，雙重保險(xiǎn)設(shè)計(jì)，安全可靠。

3 各部件材料選擇及極限受力計(jì)算

3.1 各部件試驗(yàn)負(fù)荷的確定

在帶電作業(yè)中，傳遞大型工器具、材料或絕緣子串及控制等電位人員進(jìn)入、退出強(qiáng)電場(chǎng)，選最大荷重絕緣子串 (220 kV線(xiàn)路XWP-160型絕緣子，串重130 kg)，考慮安全系數(shù)，取200 kg為最大試驗(yàn)負(fù)荷，則傳遞繩索所受拉力為1 960 N。使用Φ16 mm的蠶絲絕緣繩，最大使用拉力為6 666.67 N(可傳遞680 kg物件)，滿(mǎn)足使用條件〔3〕，各負(fù)荷值見(jiàn)表1。

表1 負(fù)荷計(jì)算 kN

3.2 部件材料選擇及其力學(xué)性能

對(duì)絕緣繩索制動(dòng)控制裝置的桿塔固定座、軸棒、磨芯、緊固螺母的材料選擇及力學(xué)性能計(jì)算〔4〕如下:

1)桿塔固定座

選用LC4材料，其力學(xué)性能為:

抗拉強(qiáng)度 σb=490 MPa，取安全系數(shù) R=3，則

許用拉伸應(yīng)力 ［σ］=σb/K=490/3=163.3(MPa)

(查文獻(xiàn) 〔3〕， ［σjy］=0.9～1.5［σ ］，取 ［σjy］=1.0［σ ］)，則

許用擠壓應(yīng)力 ［σjy］=1.0［σ］=163.3(MPa)

(查文獻(xiàn)〔3〕，［τq］=0.6～0.8［σ］，?。郐觪］=0.7［σ ］)，則

許用剪切應(yīng)力 ［τq］=0.7［σ］=0.7×163.3=114.3(MPa)

2)軸棒

選用40Cr材料，調(diào)質(zhì)處理，其力學(xué)性能為:

抗拉強(qiáng)度σb=750 MPa，取安全系數(shù)K=3，則許用拉伸應(yīng)力 ［σ］=σb/K=750/3=250(MPa)

查文獻(xiàn)〔3〕， ［τq］=0.6～0.8［σ］，?。郐觪］=0.7［σ ］)，則

許用剪切應(yīng)力 ［τq］=0.7［σ］=0.7×250=175 MPa

3)磨芯

選用尼龍P6材料，其力學(xué)性能為:

抗拉強(qiáng)度 σb=60 MPa，取安全系數(shù)為 K=3，則

許用拉伸應(yīng)力 ［σ］=σb/K =60/3=20(MPa)

4)緊固螺母

選用材質(zhì)1008K，其力學(xué)性能為:

屈服強(qiáng)度σb=320 MPa

以上各項(xiàng)力學(xué)性能數(shù)據(jù)歸納為表2所示。

表2 部件材料選擇及其力學(xué)性能 MPa

各部件受力情況見(jiàn)表3〔5〕:

表3 各部件受力情況 MPa

4 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)及結(jié)果

4.1 試驗(yàn)步驟

為了檢驗(yàn)絕緣繩索制動(dòng)控制裝置的現(xiàn)場(chǎng)使用情況，在塔型SZ43直線(xiàn)塔，進(jìn)行模擬吊籃法進(jìn)入等電位場(chǎng)更換220 kV直線(xiàn)塔玻璃絕緣子〔6〕。

控制等電位人員安全進(jìn)出強(qiáng)電場(chǎng)步驟如下:

1)塔上作業(yè)人員穿戴全套合格的屏蔽服，地電位人員攜絕緣傳遞繩攀爬桿塔至合適位置，系好安全帶，掛好等電位軌跡繩;等電位人員攀爬桿塔至與導(dǎo)線(xiàn)平行處，系好安全帶，并系好人身后保繩;

2)地面人員與地電位人員相互配合將絕緣吊籃下放到等電位人員位置處，等電位人員對(duì)吊籃進(jìn)行沖擊試驗(yàn);

3)地面人員將絕緣繩索制動(dòng)控制裝置牢固安裝在鐵塔塔腳主材上，通過(guò)塔腳轉(zhuǎn)角滑車(chē)將控制等電位人員進(jìn)電場(chǎng)的絕緣繩索纏繞在固定磨芯上，并關(guān)上封門(mén);

4)地面人員控制尾繩將等電位人員勻速穩(wěn)定地送入強(qiáng)電場(chǎng);

5)更換完玻璃絕緣子串后，退出強(qiáng)電場(chǎng);

6)在絕緣繩索上綁好一定負(fù)重的重物，地面人員嘗試將絕緣繩索松開(kāi)，測(cè)試絕緣繩索制動(dòng)控制裝置的制動(dòng)情況。

4.2 試驗(yàn)結(jié)果

通過(guò)3次現(xiàn)場(chǎng)使用絕緣繩索制動(dòng)控制裝置的試驗(yàn)，證明使用該裝置可快速、勻速、穩(wěn)定地控制等電位人員進(jìn)出強(qiáng)電場(chǎng)，減輕作業(yè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高作業(yè)人員的安全，且絕緣繩索未受到磨損，保護(hù)了絕緣繩索的絕緣性能，詳細(xì)試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。

5 結(jié)論

1)實(shí)用性

該絕緣繩索制動(dòng)控制裝置在國(guó)網(wǎng)湖南省電力公司推廣應(yīng)用以來(lái)，解決了以往帶電作業(yè)使用絕緣繩索傳遞絕緣子串、工具、材料及控制等電位人員進(jìn)出強(qiáng)電場(chǎng)時(shí)，僅僅依靠人力或在桿塔上或其他牢固的構(gòu)件上產(chǎn)生的磨擦力來(lái)承受物件的重量或控制物件的傳遞速度，從而導(dǎo)致絕緣繩索損壞和絕緣性能降低的難題。目前已在公司各個(gè)帶電作業(yè)點(diǎn)推廣應(yīng)用，具有一定的推廣價(jià)值和經(jīng)濟(jì)效應(yīng)。

2)安全性

作業(yè)過(guò)程中能快速穩(wěn)定地控制絕緣子串及較重的大型工器具、材料的傳遞及等電位人員進(jìn)出強(qiáng)電場(chǎng)，避免了物件因擺動(dòng)或等電位人員因晃動(dòng)幅度過(guò)大造成安全距離不足，保障了帶電作業(yè)的高效性及安全性，降低了地面作業(yè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，避免地面作業(yè)人員因體力下降引發(fā)的安全事故。

〔1〕成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)〔M〕.化學(xué)工業(yè)出版社 第三版，1999.

〔2〕中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).GB/T 6892—2006一般工業(yè)用鋁及鋁合金擠壓型材〔S〕.北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2006.

〔3〕中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).GB/T 18037—2000帶電作業(yè)工具技術(shù)要求與設(shè)計(jì)導(dǎo)則〔S〕.北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2000.

〔4〕孫訓(xùn)方.材料力學(xué)〔M〕.北京:高等教育出版社，2009.

〔5〕胡毅.帶電作業(yè)關(guān)鍵技術(shù)研究進(jìn)展與趨勢(shì)〔J〕.高電壓技術(shù)，2014(07):1 921-1 931.

〔6〕葛超.帶電作業(yè)工具及其預(yù)防性試驗(yàn)〔J〕.電力安全技術(shù)，2014(08):54-56.