帶電更換鋼管桿玻璃絕緣子組合工具的研制

甄朝暉 李 穩(wěn) 梅文建 何龍飛 郭 昊

（國(guó)網(wǎng)湖南省電力公司帶電作業(yè)中心，長(zhǎng)沙 410007）

帶電更換鋼管桿玻璃絕緣子組合工具的研制

甄朝暉 李 穩(wěn) 梅文建 何龍飛 郭 昊

（國(guó)網(wǎng)湖南省電力公司帶電作業(yè)中心，長(zhǎng)沙 410007）

鋼管桿作為一種新型輸電桿塔，在城市電力建設(shè)中優(yōu)點(diǎn)突出，因而被廣泛應(yīng)用。鋼管桿輸電線路多采用同塔多回架設(shè)，其結(jié)構(gòu)尺寸緊湊，作業(yè)空間狹窄，難以開展絕緣子帶電更換。本文針對(duì)110～220kV同塔多回鋼管桿線路特點(diǎn)，通過對(duì)工器具的材料選擇、制作和試驗(yàn)，研制出了帶電更換玻璃絕緣子工具；同時(shí)，通過危險(xiǎn)率校核提出了滿足現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)要求的作業(yè)方法。研究結(jié)果可為鋼管桿帶電作業(yè)工器具的研制提供參考，對(duì)推動(dòng)鋼管桿帶電作業(yè)具有重要意義。

鋼管桿；110kV；220kV；帶電作業(yè)；絕緣子

鋼管桿由于其安裝快捷、占地面積小、造型美觀實(shí)用，廣泛應(yīng)用于市區(qū)電力建設(shè)的高壓架空輸電線路中［1］。然而其結(jié)構(gòu)緊湊，橫擔(dān)窄小，桿上檢修作業(yè)空間狹窄，給常規(guī)帶電作業(yè)方法帶來了較大的限制。為實(shí)現(xiàn)鋼管桿帶電作業(yè)的順利開展，有必要對(duì)其作業(yè)方法進(jìn)行深入、全面的分析和研究。

文獻(xiàn)［2］結(jié)合常規(guī)帶電作業(yè)方法特點(diǎn)，通過對(duì)鋼管桿結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行分析，提出了適用于輸電線路同塔多回直線鋼管桿的帶電作業(yè)方法，并對(duì)其進(jìn)行了理論分析和模擬試用，驗(yàn)證了其可行性。文獻(xiàn)［3］基于輸電線路同塔多回路鋼管桿的研究，針對(duì)提出的新方法研制了配套的作業(yè)工具，并對(duì)實(shí)際作業(yè)位置下的危險(xiǎn)率進(jìn)行了計(jì)算，證明方法的安全可行性。

本文結(jié)合國(guó)內(nèi)外 110～220kV交流輸電線路帶電作業(yè)研究經(jīng)驗(yàn)［4-5］，通過對(duì)同塔多回路鋼管桿絕緣子更換難的現(xiàn)狀進(jìn)行系統(tǒng)分析，提出了一種適用于現(xiàn)有鋼管桿絕緣子的帶電更換新方法，并研制了配套工具。

1 設(shè)計(jì)研制的原則和要求

以110kV同塔多回路鋼管桿為例:導(dǎo)線排列方式一般為垂直排列，上、中、下三相導(dǎo)線相距3500mm，每相絕緣子串組裝長(zhǎng)度最長(zhǎng)達(dá)2000mm，即上相導(dǎo)線與中間橫擔(dān)距離僅為 1500mm，扣除1.0m 作業(yè)安全距離［6］，作業(yè)人員實(shí)際活動(dòng)空間僅500mm；同時(shí)鋼管桿不受標(biāo)準(zhǔn)定型桿塔的限制，橫擔(dān)型式多樣、種類繁多，不利于工器具安裝。

因此，在滿足多回路鋼管桿帶電作業(yè)要求的基礎(chǔ)上，本文認(rèn)為工具的設(shè)計(jì)應(yīng)遵循以下原則:

1）工具選材優(yōu)良，絕緣材料不僅需要有足夠的耐受電壓水平和耐潮性能，還需具備足夠高的機(jī)械強(qiáng)度；金屬構(gòu)件需選用抗彎性能強(qiáng)、重量輕的合金材料。

2）通用性能好，一套工具可更換不同桿型、串長(zhǎng)的絕緣子串，減少工具配量。

3）適用于遠(yuǎn)端操作，且操作方便、靈活、省力，功能齊全。

4）運(yùn)輸方便，工具大部件設(shè)計(jì)成易裝拆型。

2 工器具的設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目研制了鋼管桿玻璃絕緣子更換裝置，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 鋼管桿玻璃絕緣子更換裝置結(jié)構(gòu)圖

該裝置由固定架和連接其上的兩F型夾具、滑車部分、蝸輪蝸桿等其他裝置組成。

固定架包括兩根平行的邊梁和連接于其兩端之間的左連接梁和右連接梁；左連接梁位于邊梁的桿身端，其上沿長(zhǎng)度方向開設(shè)有長(zhǎng)圓孔，長(zhǎng)圓孔內(nèi)有兩根沿豎直方向的調(diào)節(jié)絲桿穿過，調(diào)節(jié)絲桿的下端連接有用于夾住橫擔(dān)底邊的夾塊，調(diào)節(jié)絲桿通過其上的螺母與左連接梁的頂面和底面定位；右連接梁位于邊梁的導(dǎo)線端，其長(zhǎng)度方向兩端均連接有F型夾具，F(xiàn)型夾具的U型開口夾住右連接梁，其U型開口的對(duì)側(cè)上端和下端均外延伸出形成兩平行板，上平行板上連接有沿豎直方向的副調(diào)節(jié)絲桿，其上端通過螺母與該平行板固定、下端連接有夾臂桿，夾臂桿可滑動(dòng)的穿過下平行板，其末端連接有夾板；邊梁為空心環(huán)氧玻璃纖維管，其導(dǎo)線端外端面通過支座連接有共軸的雙滑輪、其管內(nèi)的桿身端通過滑輪軸連接有單滑輪，它們的滑槽均沿邊梁的寬度方向，管內(nèi)滑輪對(duì)應(yīng)的管壁上開設(shè)有位于其上側(cè)的缺口。

兩 F型夾具夾住右連接梁側(cè)的頂面均有連接塊，兩連接塊之間通過橫向的主調(diào)節(jié)螺桿連接為一個(gè)整體，連接塊上有相應(yīng)的螺紋孔；所述右連接梁上對(duì)應(yīng)F型夾具的外側(cè)有固定塊，主調(diào)節(jié)螺桿穿過固定塊后通過螺母固定。

滑車包括矩形卡板、吊桿和滑輪組，吊桿有四根，它們分立于矩形卡板的四個(gè)角上，每根吊桿的上端均連接有滑輪組，滑輪組的上、下兩個(gè)滑輪通過C型架固定，矩形卡板長(zhǎng)度方向同側(cè)滑輪組的下滑輪軸之間通過連桿連接為一個(gè)整體。滑輪組的上、下滑輪分別位于所述邊梁的頂面和底面，所述C型架的開口尺寸與邊梁的高度尺寸匹配。

蝸輪蝸桿裝置的蝸桿兩端對(duì)應(yīng)邊梁位置處分別連接有單滑輪，蝸桿通過位于單滑輪兩側(cè)的連接板與邊梁連接。蝸桿兩端的滑輪分別與相應(yīng)側(cè)邊梁導(dǎo)線端外雙滑輪中的一個(gè)滑輪之間有同一根滑動(dòng)絕緣繩繞過，滑動(dòng)絕緣繩的兩端分別固定于所述滑車同側(cè)的內(nèi)外C型固定架上。

邊梁內(nèi)桿身端的單滑輪和該邊梁導(dǎo)線端外雙滑輪中的另一個(gè)滑輪之間有同一根提升絕緣繩繞過，提升絕緣繩的一端固定于所述滑車靠導(dǎo)線側(cè)的吊桿上，另一端依次從邊梁導(dǎo)線端外滑輪的上側(cè)和桿身端內(nèi)單滑輪的下側(cè)繞過后從該處的缺口中導(dǎo)出。邊梁的長(zhǎng)度方向外側(cè)對(duì)應(yīng)所述右連接梁處通過支架連接有滑輪，該滑輪的滑槽沿邊梁的長(zhǎng)度方向，滑輪上連接有絕緣繩，該絕緣繩的下端連接有掛鉤。

該裝置使用時(shí)的配合工具有絕緣操作桿、取銷器、托瓶器等。

本裝置工作原理如下:將固定架置于桿身橫擔(dān)上，使邊梁位于橫擔(dān)的兩側(cè)，桿身端通過調(diào)節(jié)絲桿及其下端的夾塊與橫擔(dān)固定，導(dǎo)線端通過F型夾具、調(diào)節(jié)螺桿及絲桿和夾板組件與橫擔(dān)固定。蝸輪蝸桿裝置通過絕緣繩及滑輪帶動(dòng)滑車沿邊梁移動(dòng)。通過提升從邊梁桿身端內(nèi)滑輪處導(dǎo)出的絕緣繩使滑車的外端往上傾斜。通過邊梁導(dǎo)線端外側(cè)的滑輪及絕緣繩和掛鉤將導(dǎo)線提升，使絕緣子串上的載荷轉(zhuǎn)移。

3 帶電更換鋼管桿絕緣子串方法

由于多回路鋼管桿輸電線路橫擔(dān)間距和相間凈空距離小，導(dǎo)線布置相對(duì)復(fù)雜，采用絕緣平梯進(jìn)出電場(chǎng)安裝工器具無法滿足帶電作業(yè)安全距離；鑒于此，新工具安裝時(shí)采用間接操作的方式。

3.1 帶電更換鋼管桿絕緣子操作步驟

采用新工具更換鋼管桿絕緣子時(shí)，主要分為以下幾個(gè)步驟:

1）地面作業(yè)人員將本裝置的滑車單獨(dú)組裝好、固定架與其他部件及各絕緣繩組裝好。

2）桿身作業(yè)人員將固定架放置于橫擔(dān)上平面的合適位置，使固定架的邊梁位于橫擔(dān)的長(zhǎng)度方向兩側(cè)，通過操縱桿調(diào)節(jié)固定架導(dǎo)線端兩F型夾具之間連接的主調(diào)節(jié)絲桿及縱向的副調(diào)節(jié)絲桿，使F型夾具及副調(diào)節(jié)絲桿下端的夾板夾住該端橫擔(dān)的兩側(cè)及底邊。

3）通過操作桿調(diào)節(jié)固定架桿身端的調(diào)節(jié)絲桿，使其下端的夾塊夾住橫擔(dān)寬度方向底邊兩側(cè)。

4）將滑車上端的 C型架掛接于固定架的邊梁上。

5）過操縱桿將提升絕緣繩的下端固定于滑車近導(dǎo)線端的吊桿上、滑動(dòng)絕緣繩的兩端分別固定于滑車上端同一側(cè)的C型架上。

6）通過操縱桿將固定架導(dǎo)線端的兩掛鉤分別鉤住導(dǎo)線，同時(shí)收緊絕緣繩使導(dǎo)線荷載轉(zhuǎn)移至固定架上，通過操縱桿將絕緣子串下端的W銷和碗頭掛板脫離。

7）啟動(dòng)蝸輪蝸桿裝置通過滑動(dòng)絕緣繩帶動(dòng)滑車靠近絕緣子串。

8）地面作業(yè)人員將提升絕緣繩收緊，使滑車的U型卡板卡在第二片和第三片絕緣子之間，并將絕緣子串向上提起。

9）桿身作業(yè)人員通過操縱桿拔出絕緣子串上端的W銷和球頭。

10）地面作業(yè)人員松放提升絕緣繩，使滑車的U型卡板回位。

11）桿身作業(yè)人員啟動(dòng)蝸輪蝸桿裝置，牽引滑車拖住絕緣子串移動(dòng)至桿身側(cè)。

12）通過懸掛在桿塔上的無極繩將絕緣子串取下移至地面。

13）將新的絕緣子串通過滑車運(yùn)至合適位置安裝。

3.2 新方法安全性分析

新工具在110kV線路進(jìn)行帶電更換鋼管桿絕緣子的作業(yè)點(diǎn)分布如圖 1所示。桿塔結(jié)構(gòu)參數(shù)如圖 2所示。

圖2 110kV鋼管桿絕緣子更換作業(yè)示意圖

考慮到上、中、下三相橫擔(dān)間距均為3500mm，若作業(yè)人員對(duì)中相絕緣子進(jìn)行更換，由于新工器具的使用，作業(yè)人員僅需在如圖所示的橫擔(dān)位置操作，對(duì)任一相絕緣子進(jìn)行更換都只需考慮與作業(yè)位置處橫擔(dān)上、下導(dǎo)線間的安全距離，假設(shè)作業(yè)人員活動(dòng)范圍為500mm，此時(shí)作業(yè)人員與帶電體的安全距離和危險(xiǎn)率見表1。

表1 110kV線路中相作業(yè)時(shí)安全距離和危險(xiǎn)率

同時(shí)，該新工器具適用于220kV鋼管桿線路絕緣子更換，更換作業(yè)人員位置同圖 2，區(qū)別僅在于220kV線路上、中、下三相橫擔(dān)間距均為5900mm，上、中、下相橫擔(dān)長(zhǎng)分為 3500mm、5300mm和3600mm，絕緣子串長(zhǎng)3047mm。對(duì)中相導(dǎo)線進(jìn)行作業(yè)時(shí)，設(shè)人員活動(dòng)范圍為500mm，作業(yè)人員安全系數(shù)見表2。

表2 220kV線路中相作業(yè)時(shí)安全距離和危險(xiǎn)率

由表1和表2可知，對(duì)中相絕緣子進(jìn)行帶電作業(yè)時(shí)，安全距離滿足《安規(guī)》規(guī)定，危險(xiǎn)率小于1.0×10-5，滿足GB/T 18035《帶電作業(yè)工具基本技術(shù)要求及設(shè)計(jì)導(dǎo)則》標(biāo)準(zhǔn)要求，該作業(yè)方法是安全的。

4 結(jié)論

利用該裝置更換同塔多回路鋼管桿直線單串絕緣子，通過桿身作業(yè)人員和地面作業(yè)人員的相互配合，作業(yè)人員均采取地電位間接操作更換絕緣子，使得絕緣子串的更換操作均在桿身端，遠(yuǎn)離絕緣子串，實(shí)現(xiàn)了安全、高效的目的:

1）通過對(duì)工器具的設(shè)計(jì)制造和作業(yè)方法的改進(jìn)，在保證作業(yè)人員人身安全的前提下，有效地解決了 110～220kV同塔多回路鋼管桿玻璃絕緣子更換困難的難題。

2）研制的工具輕便、安全，作業(yè)效率高，能夠有效地減少線路停電時(shí)間，保障可靠有效供電。

3）作業(yè)人員不需進(jìn)入鋼管桿橫擔(dān)，降低了人員墜落風(fēng)險(xiǎn)。

4）全部采用間接作業(yè)，消除了人員觸電危險(xiǎn)，減少了強(qiáng)電場(chǎng)對(duì)作業(yè)人員的傷害。

5）橫擔(dān)卡具可滿足110～220kV電壓等級(jí)不同型號(hào)鋼管桿橫擔(dān)的需要，通用性強(qiáng)。

［1］郭日彩，許子智，李喜來，等.110～500kV輸電線路典型設(shè)計(jì)［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2007，31（1）：56-64.

［2］肖榮華.帶電更換 220kV雙回直線鋼管桿絕緣子方法研究［J］.中國(guó)電業(yè)，2012（11）：248-254.

［3］周秀冬，蔣正龍，李波，等.220kV多回路鋼管桿帶電作業(yè)新方法研究［J］.湖南電力，2013，33（6）：7-10.

［4］陳國(guó)信.110kV電力線路鋼管桿懸垂絕緣子串帶電更換研究［J］.供用電，2012，29（1）：73-77.

［5］羅玉鶴.110kV窄基鋼管塔的研究設(shè)計(jì)［J］.電力建設(shè)，2010，31（8）：25-28.

［6］Q/GDW 1799.2—2013.國(guó)家電網(wǎng)公司電力安全工程規(guī)程線路部分［S］.

Development of a Composite Tool for Replacing the Glass Insulator with the Electric Charge

Zhen Zhaohui Li Wen Mei Wenjian He Longfei Guo Hao
（State Grid Hu'nan Electric Power Company Live Working Center，Changsha 410007）

As a new type of transmission tower，Steel rod has many outstanding advantages in the power construction，because of that it has been widely used in city.Most of the transmission line of the steel pipe is adopt more back using the same tower erection.Due to its structure is compact and the operation space is narrow，it is difficult to replacement of insulators with the electric charge.In this paper，according to the characteristics of the 110～220kV same tower and multi back pipe line，we Developed a live replacement glass insulator tool through the material selection，production and testing of the apparatus.As the same time.The operation method which meeting the requirement of the field operation be proposed through the dangerous rate.The results can provide a reference for the development of steel rods for live working tools and instruments，and is important to promote the steel pole for live working.

steel tubular tower； 110kV； 220kV； live-working； insulator

甄朝暉（1978-），男，湖南省岳陽(yáng)市人，本科，高級(jí)技師，主要從事輸電線路帶電作業(yè)工作。