研制變電站內懸式絕緣子更換通用卡具

摘 要：目前500kV變電站內更換懸式絕緣子是一個專業(yè)交叉點，隨著該項工作日益增多，我們制作一種變電站內更換懸式絕緣子的專用工具，其尺寸和受力均應滿足站內需求。該卡具具有很強的通用性，其卡具尺寸可調節(jié)，可用于500kV變電站內所有型號懸式絕緣子的更換工作。使用該工器具后，可大幅縮減更換站內破損絕緣子人數(shù)和時間，提高更換工作效率及工作安全，減少高空作業(yè)人數(shù)，降低作業(yè)人員勞動強度，減小過牽引，提高設備和電網(wǎng)的安全穩(wěn)定性和可用率。

關鍵詞：超高壓；變電站；懸式絕緣子；更換；通用卡具

1 前言

截止2016年11月15日，河南省在運500kV超高壓變電站已達到40座，每座變電站使用的懸式絕緣子片數(shù)都是數(shù)以萬計，懸式絕緣子用量巨大。

懸式絕緣子會因為多種原因，引起絕緣子老化或缺陷。比如：絕緣子出廠質量問題、表面污穢引起延面電弧放電發(fā)熱、微風震動、雨雪、冰雹、暴曬等自然力量影響、長期處于機械電磁環(huán)境等。都可能會造成絕緣子內部應力不均衡，使懸式絕緣子低值、零值、破損等。目前，隨著各個變電站投運時間增加，變電站內懸式絕緣子缺陷日益增多，直接影響河南主網(wǎng)安全穩(wěn)定運行。

2 現(xiàn)狀

變電站內懸式絕緣子更換在電力系統(tǒng)內一直以來都是一個容易被忽視的問題，也是一個讓人頭疼的問題。為什么說讓人頭疼呢？因為在電力系統(tǒng)內，變電和線路是兩個不同的專業(yè)，其分界點一般是在變電站內的出線龍門架，龍門架以外的部位，屬于線路專業(yè)，龍門架以內的部位，屬于變電專業(yè)。變電站內的工作一般都由變電檢修人員負責。

因此，對于變電站內更換懸式絕緣子工作，按道理，應該由變電檢修人員負責，但變電檢修人員因缺乏相應的技術和技能，而無法開展。為了開展此項工作，保證河南電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行，目前，通常的做法是變電檢修人員任工作負責人，借用線路人員充當工作班成員來開展此項工作。

但是，新的問題又來了，對于線路專業(yè)來說，在線路上更換瓷瓶工作是一項常規(guī)工作，已開展多年，經(jīng)驗豐富，一般的工作方法都是通過不同的專用卡具進行更換。但是線路上更換絕緣子的卡具的噸位和尺寸一般都比較大，因絕緣子型號、結構不同而不能在站內使用（站內多為7噸、10噸、12噸、16噸的三傘絕緣子，片間間距較?。?。目前沒有適合于站內絕緣子的專用更換工具，造成更換站內絕緣子工作困難，只能使用最笨的作業(yè)方法，用手扳葫蘆打松瓷瓶，作業(yè)時間漫長、而且作業(yè)強度極高，作業(yè)難度大。而且容易產生過牽引，對龍門架造成損壞。

以500kV嘉和變更換破損絕緣子為例。2015年，嘉和變破損絕緣子十余片，讓變電中心與輸電中心配合處理。2015年4月22日，變電中心出一名工作負責人，我輸電中心出一個作業(yè)班10名工作班人員在500kV嘉和變更換500kV管母“V”形斜拉絕緣子串，因無專用更換工具，我們用了兩種作業(yè)方法開展更換工作，兩方法更換工作均用時4個多小時，而且作業(yè)強度、難度都很大。其作業(yè)方法為：①整串絕緣子放地面更換。使用手板葫蘆將絕緣子打松，然后用汽油機動絞磨將整串絕緣子從高空放下，地面人員在地面進行絕緣子更換，換好后再拉到掛點處，由高空人員再將絕緣子串安裝到位。②單片更換。高空作業(yè)人員將需更換處用手扳葫蘆打松，將絕緣子片取下更換。由于絕緣子片自身重力，打松后為防止整體下垂影響更換，需提前用鐵絲固定相鄰多片絕緣子。

3 卡具相關研究

以上兩種作業(yè)方法看似簡單，因高空作業(yè)人員都是懸在瓷瓶上作業(yè)，操作起來難度極高。究其原因，就是因為沒有站內絕緣子更換的專用工具。沒有人在這個專業(yè)交叉點做研究。因此，我們經(jīng)過了幾次作業(yè)后，決定研制500kV變電站內更換懸式絕緣子專用卡具。但是如果對每種型號的絕緣子都制作一種專用工具，不僅卡具種類繁多，生產周期長，而且花費較大，經(jīng)濟性差，造成浪費。因此我們需要研制一款具有通用性、適合更換500kV變電站內所有懸式絕緣子的專用卡具。在更換破損懸式絕緣子時，用專用卡具卡住需更換絕緣子兩端的絕緣子金具上，收緊卡具，完成破損懸式絕緣子更換工作，替代原有手板葫蘆起重的老方法。

考慮到不同型號的絕緣子鋼帽型號不一致，同一型號的絕緣子不同的生產廠家生產，鋼帽大小也不一致，所以站內更換懸式絕緣子的工具應具有通用性?？蛇m用于全省500kV變電站絕緣子串單片的更換工作。

為使站內更換懸式絕緣子的卡具具有通用性，其卡具直徑應可調整。我們收集變電站內所有的懸式絕緣子型號，查找相關絕緣子型號圖紙，獲得鋼帽尺寸范圍以及瓷瓶組裝好后的片間距。站內絕緣子幾個代表型號主要為：XWP3-160，XWP3-120，XWP3-100，WXP3-70等，以此為基礎，確定卡具直徑可調節(jié)范圍，以適用于不同型號絕緣子，以滿足其通用性。

為達到其受力要求，及安全性要求。我們收集變電站內所有檔距接引線的施工圖紙，查找圖紙獲得最大張力，通過計算，其懸式絕緣子選型的安全系數(shù)遠高于線路，因此，我們以絕緣子噸位來確定卡具噸位，完全可滿足其受力要求。目前現(xiàn)有的鋼、高強度鋁合金類、鈦合金高強度抗拉金屬，即可滿足其受力的情況，而且工具可做的小巧、輕便，適應于變電站內較為復雜的作業(yè)環(huán)境。

4 主要技術難點

4.1 卡具的調節(jié)方式及材料的加工工藝

為了確定卡具的調節(jié)方式，我們對比了幾種不同形式的調節(jié)方式，主要有更換卡模的方式和可調螺絲線性調節(jié)方式，考慮了實用性、可操作性、安全性、經(jīng)濟性等多方面因素，通過各種不同形式的調節(jié)方式實驗及研究，確定卡具的調節(jié)方式為線性調節(jié)。

對于卡具材料選擇，我們翻閱了各種標準：卡具主體宜采用LC4鋁合金材料，材料應符合GB/T3191的有關規(guī)定。絲杠與其他受力零件，宜采用40Cr材料或性能更好的合金鋼材料，材料應符合GB/T3077的有關規(guī)定。

為使卡具盡量輕便，小巧，并且受力滿足要求，我們按照標準最終選用鈦合金材料，滿足各項受力要求。

4.2 數(shù)顯壓力計的安裝

在前面我們提到，在孤立檔緊線時，每收緊一點，拉力都會以幾何倍數(shù)增長，為防止過牽引對構架、卡具等設備造成損害，我們計劃將壓力計安裝在卡具上，在站內高空操作時，工作人員可通過數(shù)顯壓力計直接可觀看到實際使用的噸位大小，可實時監(jiān)控拉力值，有效避免過牽引，更換過程安全可控。

4.3 通過型式試驗

由絕緣子型號可以看出，我們研制的卡具實際上就是卡具直徑可調節(jié)的閉式卡，其最大受力滿足16噸的絕緣子即可。對于新設計生產的工具來說，在應用于生產前，產品必須通過型式試驗。為滿足型式試驗要求，需準備三套產品樣件進行試驗，以證明產品符合設計性能要求。型式試驗前，需進行外觀檢驗和主要尺寸檢驗，合格后，依次進行動荷重試驗、靜荷重試驗、破壞性試驗。對于DBK45-160卡具來說（適用于160kN金具的閉式卡），其額定荷重為45kN，動態(tài)試驗荷重為67.5kN，靜態(tài)試驗荷重為112.5kN，破壞荷重為135kN，適用絕緣子級別為160kN?？ň呷缒軡M足160kN等級的試驗，也完全可滿足120kN，100kN，70kN的情況，即可應用于生產。

該卡具于2016年在國網(wǎng)電力科學研究院（原武漢高壓研究所）通過了型式試驗。

5 效益與推廣

使用該卡具后，產生的經(jīng)濟效益和社會效益：

（1）提高更換工作效率及工作安全；

（2）減少高空作業(yè)人數(shù)，降低了人員、車輛等費用；

（3）降低作業(yè)人員勞動強度，更換作業(yè)更加輕松、安全；

（4）有效減小過牽引，杜絕了對龍門架等構架的損壞程度，提高了安全性；

（5）減少停電時間，減少了供電損失，提高設備和電網(wǎng)的安全穩(wěn)定性和可用率，對電網(wǎng)可靠運行有重要意義。

（6）通過本次研發(fā)過程，擴大線路專業(yè)人員知識面，促進線路專業(yè)與變電一次專業(yè)某些領域的融合，促進交流。

之后，我們在省內500kV變電站進行現(xiàn)場使用，確定作業(yè)人員，作業(yè)時間等各參數(shù)，編制標準化作業(yè)指導書，使用說明書等，形成體系，準備在河南省內進行推廣運用。

6 結論

使用站內絕緣子的專用更換工器具后，摒棄了傳統(tǒng)的使用手板葫蘆起吊的方法，避免了工作時間長，工作強度高，容易產生過牽引等難題。

使用該工器具后，可真正起到了小工具、大作用的效果，可大幅縮減更換站內破損絕緣子人數(shù)和時間，高空作業(yè)人數(shù)可由之前三人縮減至一人，作業(yè)時間可由四小時縮短至半小時，提高更換工作效率及工作安全，減少高空作業(yè)人數(shù)，降低作業(yè)人員勞動強度，減小過牽引，提高設備和電網(wǎng)的安全穩(wěn)定性和可用率。

參考文獻

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[2]董吉諤.電力金具手冊（第二版）[M].水利電力出版社，2001.

[3]胡毅.帶電作業(yè)工具及安全工具試驗方法[M].中國電力出版社，2003.

（作者單位：國網(wǎng)河南省電力公司檢修公司）