帶電更換500kV耐張串單片絕緣子的探討

白盛偉 楊富淇 武 劍

（國網(wǎng)重慶市電力公司檢修分公司，重慶 400039）

帶電更換500kV耐張串單片絕緣子的探討

白盛偉 楊富淇 武 劍

（國網(wǎng)重慶市電力公司檢修分公司，重慶 400039）

本文對(duì)帶電更換500kV耐張絕緣子的要點(diǎn)進(jìn)行了分析，介紹了閉式卡法和托瓶架法兩種經(jīng)典操作方法，同時(shí)結(jié)合重慶電網(wǎng)操作時(shí)間對(duì)兩種方法的操作效率進(jìn)行了分析，得出了通常優(yōu)先考慮閉式卡法，在絕緣子串劣化片數(shù)達(dá)到3片及以上時(shí)選擇采用托瓶架法的結(jié)論。

帶電作業(yè)；耐張串；閉式卡；托瓶架

0.引言

重慶地區(qū)地理環(huán)境特殊，集大城市、大農(nóng)村、大山區(qū)、大庫區(qū)于一體，高壓輸電線路在不同污穢程度、不同氣象條件、不同海拔環(huán)境下運(yùn)行，絕緣子劣化現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。近年來，隨著重慶電網(wǎng)500kV線路長度的不斷增加，其維護(hù)工作量顯著增加。同時(shí)，受重慶地區(qū)地理環(huán)境限制，輸電線路鐵塔多位于丘陵或深山之中，道路交通不便、作業(yè)現(xiàn)場狹窄，無法像平原地區(qū)一樣可攜帶較多、較全的工器具或使用重型機(jī)械裝置節(jié)省人力。因此，在更換絕緣子前選擇合適的作業(yè)方法、配置恰當(dāng)?shù)墓ぞ?，是提高施工效率的關(guān)鍵。

1.帶電更換500kV耐張絕緣子的要點(diǎn)

帶電作業(yè)需要滿足一些最基本的技術(shù)條件，帶電更換500kV絕緣子作業(yè)是比較大型的項(xiàng)目，使用的工具種類繁多、作業(yè)流程較為復(fù)雜，在確定作業(yè)方式時(shí)，通常要充分考慮安全距離判定和工器具選型兩個(gè)方面的要點(diǎn)。

1.1安全距離判定

保證足夠的安全距離是帶電作業(yè)的前提，直接決定了設(shè)備能否實(shí)施帶電作業(yè)及作業(yè)的方式，《安規(guī)》要求500kV電壓等級(jí)人體對(duì)帶電體最小安全距離3.4m（海拔500m～1000m，重慶地區(qū)按此海拔考慮），最小相間安全距離5m，最小組合間隙4m，最小有效絕緣長度3.7m（操作桿4m）。500kV耐張絕緣子串除孤立檔距外，一般結(jié)構(gòu)為雙串以上，因此進(jìn)入電場通常采用沿絕緣子串的方法進(jìn)入，在施工作業(yè)過程中，進(jìn)入電場和更換過程中等電位電工會(huì)短接部分絕緣子或空氣間隙，要隨時(shí)保持最小組合間隙的要求。作業(yè)前需要測(cè)算：

（1）良好絕緣子有效絕緣片數(shù)大于23片（按照結(jié)構(gòu)高度155mm考慮）。良好絕緣子有效絕緣片數(shù)=絕緣子總數(shù)量-作業(yè)時(shí)短接片數(shù)或進(jìn)入電場時(shí)短接片數(shù)-劣化絕緣子片數(shù)，需要特別注意的是有的絕緣子串導(dǎo)線側(cè)連有均壓環(huán)，在人體進(jìn)入等電位過程中，通常視為經(jīng)均壓環(huán)短接一至兩片絕緣子，需要扣除。

（2）導(dǎo)線對(duì)人的距離+人對(duì)橫擔(dān)距離的組合空氣間隙滿足《安規(guī)》的要求，這段組合間隙主要體現(xiàn)在進(jìn)入等電位的過程和用閉式卡更換時(shí)的操作過程，通常人體短接間隙按0.6m考慮，Sx=S1+S2≥4m。

1.2工器具選型

更換耐張絕緣子串的卡具所能承受的荷重主要校驗(yàn)額定荷重能否滿足所要承受的最大張力。

懸掛點(diǎn)應(yīng)力簡化計(jì)算公式如下：

其中：fg為導(dǎo)線弧垂；σA為掛點(diǎn)應(yīng)力；F為掛點(diǎn)荷重；ld為代表檔距；f為代表檔距最大弧垂；l為檔距；σ0為代表檔距應(yīng)力；g1為導(dǎo)線自重比載；A為計(jì)算截面積。

對(duì)于雙串絕緣子，卡具的荷重必須大于掛點(diǎn)荷重的一半。另外，卡具額定荷重滿足要求后還要根據(jù)不同絕緣子的盤徑選擇卡具的尺寸，特別是涉及到更換首末兩片絕緣子時(shí)，需要使用端部卡具，注意掛點(diǎn)結(jié)構(gòu)，選擇合適端部卡。

2.兩種經(jīng)典操作方法分析

2.1閉式卡法

采用閉式卡法帶電更換500kV耐張串任意單片絕緣子，使用統(tǒng)稱為單片絕緣子卡具的工具，主要是閉式卡、端部卡（有時(shí)根據(jù)實(shí)際情況用大刀卡、翼型卡作為端部卡使用）和雙頭絲杠，主要材料由鋁合金構(gòu)成，具有良好的機(jī)械強(qiáng)度。更換單片絕緣子的最基本原理就是在劣化絕緣子兩側(cè)安裝好前后卡，再利用兩副雙頭絲杠將前后卡相連，形成一個(gè)整體，收緊絲杠把劣化絕緣子的應(yīng)力轉(zhuǎn)移到卡具上，絕緣子將會(huì)松動(dòng)，即可直接取出更換。當(dāng)涉及更換首末端絕緣子時(shí)，如果是雙串雙掛點(diǎn)結(jié)構(gòu)一般直接使用端部卡，對(duì)于雙串單掛點(diǎn)則使用大刀卡或翼型卡代替端部卡。必要時(shí)還需臨時(shí)拆除均壓環(huán)，利用均壓環(huán)的安裝孔洞進(jìn)行安裝。

閉式卡法主要用于帶電更換500kV耐張串單片絕緣子，因?yàn)?00kV絕緣子串的片數(shù)和距離足夠等電位人員短接必要的絕緣子和空氣間隙，對(duì)于220kV及以下的耐張絕緣子串則常出現(xiàn)安全距離不夠的問題。作業(yè)時(shí)，操作電工一般處于中間電位，偶爾根據(jù)作業(yè)的需要在更換橫擔(dān)側(cè)第一片絕緣子時(shí)可以在地電位操作，更換導(dǎo)線側(cè)第一片絕緣子時(shí)則需要進(jìn)入等電位。閉式卡法有工具輕便、操作簡單、勞動(dòng)力需求小、效率高的優(yōu)點(diǎn)，是重慶電網(wǎng)最常用的作業(yè)方法，但是閉式卡法也存在以下不足：

（1）在不涉及更換端部第一片絕緣子時(shí)，閉式卡法的操作流程、使用的工器具較為統(tǒng)一，但是當(dāng)更換第一片絕緣子時(shí)，情況則復(fù)雜、多變，不能簡單的使用一套閉式卡，需要根據(jù)絕緣子串不同的掛點(diǎn)結(jié)構(gòu)，配置相應(yīng)的端部卡，端部卡總類較多，掛點(diǎn)的結(jié)構(gòu)也各有不同，因此這種情況下作業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)化程度相對(duì)較低，在前期查勘時(shí)需要準(zhǔn)確地掌握桿塔掛點(diǎn)結(jié)構(gòu)及相應(yīng)參數(shù)，降低了消缺效率。

（2）因?yàn)槔瞄]式卡更換單片絕緣子只有一名電工直接操作，所以更換的效率與電工的技能水平和體力直接相關(guān)，特別是對(duì)于荷重較大的檔距，絲杠收緊難度更大，而且為了保證安全系數(shù)，一般不推薦使用液壓絲杠。

（3）當(dāng)一串絕緣子劣化兩片及以上時(shí)，更換每一個(gè)單片都必須按照同樣的流程安裝、拆解卡具一次，重復(fù)勞動(dòng)過多，更換時(shí)間也將成倍增加。另外，當(dāng)出現(xiàn)兩片及以上劣化絕緣子處于連續(xù)位置的特殊情況時(shí)，安裝閉式卡將短接更大的空氣間隙，增大了安全風(fēng)險(xiǎn)。

2.2托瓶架法

托瓶架是帶電更換各類型絕緣子中最傳統(tǒng)的工具之一，托瓶架法帶電更換耐張串單片絕緣子既指使用機(jī)械絲桿或液壓緊拉絕緣拉桿收緊導(dǎo)線，將導(dǎo)線機(jī)械荷載轉(zhuǎn)移至絲杠、絕緣拉板（桿），再用絕緣托瓶架或吊瓶勾托吊絕緣子串，用絕緣繩索通過絕緣滑車組牽引己呈足夠松弛狀態(tài)的絕緣子串，然后脫離絕緣子串與導(dǎo)線之間的金具連接，由托瓶架和絕緣繩索承擔(dān)整個(gè)絕緣子串的重量，逐漸拉動(dòng)繩索使絕緣子串整串由導(dǎo)線脫出，轉(zhuǎn)移至地電位后（根據(jù)需要拉至橫擔(dān)或放至地面）即可更換任意絕緣子，更換完畢后再用同樣的方法將絕緣子串重新安裝至線路上。這種作業(yè)方法相較于閉式卡法最顯著的特點(diǎn)就是使用托瓶架托住整串絕緣子，在帶電作業(yè)中基本等同于整串絕緣子的更換。

托瓶架法帶電更換單片絕緣子通用性強(qiáng)，適用范圍廣，無需根據(jù)不同的塔型、不同掛點(diǎn)結(jié)構(gòu)進(jìn)行大的調(diào)整；其次，在一串絕緣子劣化片數(shù)較多的情況下，更換多片與更換單片相比，幾乎沒有較大變化，特別是當(dāng)達(dá)到3片時(shí)，時(shí)間上的優(yōu)勢(shì)更加明顯；最后，只要良好絕緣子片數(shù)能滿足23片以上，就可帶電更換，如果等電位電工無法通過絕緣子串安全進(jìn)入導(dǎo)線，可選擇從地線施放軟梯進(jìn)入電場等方法，不短接絕緣子。托瓶架法帶電更換單片絕緣子通常用于220kV及以下電壓等級(jí)，在500kV電壓等級(jí)下絕緣工器具、金屬工器具的絕緣強(qiáng)度、機(jī)械強(qiáng)度要求更大，存在以下不足：

（1）若使用絕緣托瓶架等工具，不僅絕緣工具龐大笨重，攜帶搬運(yùn)困難，且高空操作的難度和勞動(dòng)強(qiáng)度都很高，導(dǎo)致人員數(shù)量需求大，更換時(shí)間長，增加了帶電作業(yè)的不穩(wěn)定因素。

（2）使用絲杠收緊導(dǎo)線時(shí)，為保證被換絕緣子串達(dá)到能脫離金具連接的松弛狀態(tài)，需要一定的過牽引距離，較難控制。按照《110～500kV架空電力線路施工及驗(yàn)收規(guī)范》規(guī)定，在孤立檔收緊導(dǎo)線過牽引長度不得超過200mm。即使在連續(xù)檔耐張段中，導(dǎo)線收緊200mm以上，其水平張力也會(huì)大大增加，對(duì)于四分裂導(dǎo)線，會(huì)出現(xiàn)顯著的受力不平衡，容易導(dǎo)致間隔棒錯(cuò)位。

3.實(shí)踐操作效率分析

在帶電更換500kV耐張串單片絕緣子的實(shí)踐操作中，國網(wǎng)重慶檢修分公司對(duì)實(shí)際工作效率情況進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，如圖1和圖2所示。

可以看出，閉式卡法隨著更換片數(shù)的增加，作業(yè)耗時(shí)增長明顯，而托瓶架法在不同情況下用時(shí)幾乎不變，證明“重復(fù)勞動(dòng)”的問題會(huì)導(dǎo)致閉式卡法在更換效率上存在較大波動(dòng)。但上述統(tǒng)計(jì)所反映出的效率未考慮人工、材料、運(yùn)輸及作業(yè)環(huán)境等因素，而實(shí)際工作中這些因素必須著重考慮。

4.直線閉式卡更換耐張絕緣子

國網(wǎng)重慶檢修分公司為解決部分直線塔橫擔(dān)側(cè)不適合安裝絲杠的問題發(fā)明了直線閉式卡，在用于耐張塔托瓶架法更換絕緣子時(shí)也有減少短接間隙、增大安全距離的作用。

閉式卡是更換單片絕緣子的核心工具，其自身結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是利用芯具結(jié)構(gòu)錨定絕緣子鋼帽，主要用于耐張單片絕緣子的更換。直線閉式卡顧名思義是用于直線絕緣子串的閉式卡（常規(guī)閉式卡也可用于直線絕緣子串，但使用條件和安裝都較為不便），相較于常規(guī)閉式卡，結(jié)構(gòu)上最大的不同之處在于兩翼旋轉(zhuǎn)了90°，用于連接雙頭絲杠的螺栓孔改為了上大下小的碗形孔槽，絲杠從中穿過，利用導(dǎo)線的荷重固定于碗形孔中，操作時(shí)的傳動(dòng)桿位于絕緣子之上，因此有效縮小了短接距離，增大了安全系數(shù)，主要用于直線整串更換，有效解決了某些直線塔掛點(diǎn)處橫擔(dān)位斜材結(jié)構(gòu)，不適合絲杠直接錨定的問題，同時(shí)也可用于耐張塔托瓶架法更換絕緣子。

結(jié)論

根據(jù)上述分析，我們得出了以下結(jié)論：

（1）在帶電更換500kV耐張串單片絕緣子工作中，閉式卡法更換效率普遍高于閉式卡法，但是隨著更換片數(shù)的增加，閉式卡法效率降低，托瓶架法幾乎不變，因此絕緣子劣化片數(shù)不同，應(yīng)適當(dāng)考慮作業(yè)方式的選擇。

（2）托瓶架法會(huì)耗費(fèi)大量的勞動(dòng)力，因此通常優(yōu)先考慮閉式卡法。而在絕緣子串劣化片數(shù)達(dá)到3片及以上時(shí)，應(yīng)盡量選擇采用托瓶架法，以保證安全。

（3）工器具的研發(fā)對(duì)于一項(xiàng)帶電作業(yè)的完成具有決定性作用，尤其是更換端部絕緣子對(duì)于在工器具的要求較高。利用國網(wǎng)重慶檢修分公司研制的直線閉式卡，可以在托瓶架法中有效增加安全距離。

雖然帶電更換絕緣子的方法已經(jīng)發(fā)展得非常成熟，施工作業(yè)的安全性、可靠性也有較高的保障，但是，不管檢修技術(shù)發(fā)展得如何純熟、高效，也不能把保障電網(wǎng)安全運(yùn)行的希望完全寄托在設(shè)備的維護(hù)之上。設(shè)備本身運(yùn)行的穩(wěn)定性、可靠性才是電網(wǎng)安全的根本，可靠性越高越好、檢修消缺次數(shù)越少越好，只有不斷研究開發(fā)新材料，提升絕緣子性能，才是保證電網(wǎng)安全運(yùn)行，提升經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益的長治久安之策。

［1］馮俊武.帶電更換500kV耐張串單片絕緣子的探討［J］.低碳世界，2014（18）：98-99.

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