500 kV 輸電線(xiàn)路Ⅰ型懸垂絕緣子串通用卡具研究

潘榮超，徐元超，韓正新，李冰冰，劉太東

（國(guó)網(wǎng)山東省電力公司檢修公司，山東 濟(jì)南 250118）

0 引言

絕緣子是架空線(xiàn)路的重要組成部分，既能使導(dǎo)線(xiàn)和桿塔在電氣上絕緣，又能使桿塔和導(dǎo)線(xiàn)在機(jī)械上連接［1］。對(duì)山東電網(wǎng)來(lái)說(shuō)，絕大部分500 kV 輸電線(xiàn)路直線(xiàn)塔上使用的絕緣子為I 型懸垂復(fù)合絕緣子串。絕緣子在運(yùn)行中可能會(huì)因?yàn)橹圃熨|(zhì)量、運(yùn)行環(huán)境等因素導(dǎo)致絕緣子發(fā)熱、傘群破損、球頭斷裂等缺陷［2-3］，如不及時(shí)處理有可能導(dǎo)致絕緣子斷串或?qū)Ь€(xiàn)脫落。為確保輸電線(xiàn)路安全穩(wěn)定運(yùn)行，應(yīng)對(duì)有缺陷的絕緣子進(jìn)行更換，為確?？煽抗╇?，一般采用帶電更換方式［4］。隨著500 kV 輸電線(xiàn)路的發(fā)展，電力線(xiàn)路設(shè)備不斷更新，大量新型桿塔得到應(yīng)用，許多帶電作業(yè)項(xiàng)目無(wú)法按照原有工作方法開(kāi)展，給帶電作業(yè)帶來(lái)新的挑戰(zhàn)和難題［5］。在帶電更換懸垂直線(xiàn)絕緣子工作中，目前通用的帶電更換直線(xiàn)塔絕緣子專(zhuān)用卡頭均按背靠背角鋼端部連接設(shè)計(jì)，直線(xiàn)塔的橫擔(dān)端部一般由2 塊角鋼背靠背組合而成，2 塊角鋼的間距約為60～100 mm［6］，如圖1 所示。通過(guò)機(jī)械絲杠、絕緣吊桿與四線(xiàn)吊鉤的組合提升導(dǎo)線(xiàn)，完成復(fù)合絕緣子的更換工作。目前，許多線(xiàn)路的懸垂直線(xiàn)絕緣子掛點(diǎn)在設(shè)計(jì)中使用的塔材是無(wú)間隙的背靠背鐵，如圖2 所示。對(duì)于這種背靠背鐵無(wú)縫隙的橫擔(dān)，無(wú)法利用卡在背靠背鐵縫隙上的橫擔(dān)卡，給連接絕緣吊桿帶來(lái)不便。研究及查新發(fā)現(xiàn)，500 kV 輸電線(xiàn)路背靠背鐵無(wú)縫隙的桿塔通用更換絕緣子工具的相關(guān)研究較少，也沒(méi)有輕便高效的工具可以使用。

圖1 橫擔(dān)背靠背鐵有縫隙

圖2 橫擔(dān)背靠背鐵無(wú)縫隙

針對(duì)以上問(wèn)題，本著“卡頭專(zhuān)用、絲桿通用”的設(shè)計(jì)理念，研究一種輕質(zhì)且具有一定機(jī)械強(qiáng)度的材料制成的卡具，設(shè)計(jì)了適用于上述塔型的專(zhuān)用卡頭，既能便捷地固定于橫擔(dān)，也能方便地連接絕緣拉桿。

1 工作原理

卡具分上下兩個(gè)部分，每個(gè)部分均為近三角形結(jié)構(gòu)，如圖3 所示。上三角部分通過(guò)加強(qiáng)筋與背靠背鐵接觸，下三角部分有一個(gè)施工孔，可以穿入U(xiǎn) 型環(huán)，從而連接絕緣拉桿。上下兩部分兩側(cè)均有多個(gè)施工孔，利用加強(qiáng)螺栓穿入左右對(duì)稱(chēng)的連接板將上下兩個(gè)結(jié)構(gòu)連接。通過(guò)調(diào)節(jié)上下三角結(jié)構(gòu)，將螺栓穿入對(duì)應(yīng)尺寸的孔，從而使該工具使用在不同尺寸的背靠背鐵上。本裝置既能固定于橫擔(dān)，也能連接絕緣拉桿，具有很強(qiáng)的通用性。

圖3 卡具結(jié)構(gòu)

1）上三角部分。上三角部分為正三角形結(jié)構(gòu)，上面通過(guò)加強(qiáng)筋與背靠背鐵接觸，起支撐作用，兩側(cè)均有對(duì)稱(chēng)分布的多個(gè)孔，可通過(guò)連接板以及加強(qiáng)螺栓與下三角結(jié)構(gòu)的孔連接。通過(guò)調(diào)節(jié)連接板，將螺栓穿入對(duì)應(yīng)尺寸的孔上，從而使該工具使用在不同尺寸的背靠背鐵上。

2）下三角部分。下三角部分為倒三角結(jié)構(gòu)，通過(guò)連接板以及加強(qiáng)螺栓與上三角結(jié)構(gòu)連接。兩側(cè)均有對(duì)稱(chēng)分布的多個(gè)孔，通過(guò)調(diào)節(jié)連接板，將螺栓穿入對(duì)應(yīng)尺寸的孔，從而使該工具適用于不同提高尺寸的背靠背鐵。下三角結(jié)構(gòu)的施工孔可以穿入U(xiǎn) 型環(huán)，從而方便連接絕緣拉桿。

作業(yè)人員將該工具組裝在絕緣子掛點(diǎn)附件背靠背鐵上，通過(guò)掛孔或者轉(zhuǎn)換接頭將絕緣吊桿和該工具連接牢固，將絕緣吊桿另一端連接機(jī)械絲杠和四線(xiàn)吊鉤。收緊絲杠使導(dǎo)線(xiàn)受力，將金具線(xiàn)夾上的力轉(zhuǎn)化到工具線(xiàn)夾上，完成更換絕緣子。松絲杠，將工具線(xiàn)夾上的力轉(zhuǎn)化到導(dǎo)線(xiàn)上，從而拆除更換絕緣子整套工具。

2 卡具的功能特點(diǎn)

該卡具質(zhì)量小、強(qiáng)度高，上、下三角部分及連接板均由高強(qiáng)度鋁合金制作，連接螺栓材質(zhì)為40 Cr 鋼，規(guī)格為M14，單邊能承受6 t 的剪切力。既能便捷地固定于橫擔(dān)，也能方便地連接絕緣拉桿，安裝方法如圖4 所示。通過(guò)調(diào)節(jié)工具上下三角結(jié)構(gòu)，將螺栓穿入對(duì)應(yīng)尺寸的孔，從而將該卡具使用在不同尺寸的背靠背鐵上，徹底解決橫擔(dān)結(jié)構(gòu)及尺寸的差異給帶電更換Ⅰ型懸垂絕緣子串帶來(lái)的困難，具有很強(qiáng)的通用性。

圖4 500 kV 輸電線(xiàn)路導(dǎo)線(xiàn)懸垂串線(xiàn)夾更換工具安裝

3 在500 kV 輸電線(xiàn)路帶電作業(yè)中的應(yīng)用

3.1 裝置受力計(jì)算與分析

根據(jù)帶電作業(yè)更換直線(xiàn)絕緣子串的卡具規(guī)格及技術(shù)參數(shù)［7］，經(jīng)機(jī)械試驗(yàn)，該卡具額定荷載為6 t。

以500 kV 聊韶Ⅱ線(xiàn)為例進(jìn)行計(jì)算與分析，該線(xiàn)路導(dǎo)線(xiàn)選用應(yīng)用比較廣泛的LGJ-400／35 的導(dǎo)線(xiàn)，分裂數(shù)為四分裂，導(dǎo)線(xiàn)排列方式為方形四角布置，復(fù)合絕緣子采用雙串，型號(hào)為FXBW-500／210／4550，地形為平原。導(dǎo)線(xiàn)的機(jī)械參數(shù)見(jiàn)表1。500 kV 聊韶Ⅱ線(xiàn)工作地段耐張段內(nèi)鐵塔情況如表2 所示。

表1 LGJ-400／35 導(dǎo)線(xiàn)部分技術(shù)參數(shù)

一般在天氣良好時(shí)進(jìn)行在直線(xiàn)塔上更換復(fù)合絕緣子的工作，Ⅰ串復(fù)合絕緣子更換工具承受的力主要來(lái)自導(dǎo)線(xiàn)的自重，因此，導(dǎo)線(xiàn)線(xiàn)夾上承受的荷載僅考慮導(dǎo)線(xiàn)、金具的本身質(zhì)量。

表2 500 kV 聊韶Ⅱ線(xiàn)工作地段耐張段內(nèi)鐵塔

每相子導(dǎo)線(xiàn)上的垂直荷載為

式中：m0為導(dǎo)線(xiàn)的單位質(zhì)量，kg／m；G 為絕緣子串上的垂直荷載，kg；Lv為垂直檔距，m；W 為金具和作業(yè)人員的質(zhì)量，kg。

根據(jù)表2，選取SZ412-36 塔型，水平檔距為467 m，垂直檔距為454.3 m 的導(dǎo)線(xiàn)進(jìn)行計(jì)算，估計(jì)作業(yè)人員和金具的質(zhì)量分別為60 kg 和10 kg，則G=4m0Lv+W=4×1.35×454.3+60+10=2.523 22（t）。

每相導(dǎo)線(xiàn)的垂直檔距荷載為2.523 22t，對(duì)于更換雙絕緣子串其中一串工作，取不平衡系數(shù)為1.2，絲杠受力為2.523 22×1.2÷2=1.52（t）。

根據(jù)計(jì)算，此次帶電作業(yè)需要工具的額定荷載為1.52t＜6t，足夠滿(mǎn)足作業(yè)要求。

3.2 在500 kV 輸電線(xiàn)路帶電作業(yè)中的應(yīng)用

利用500 kV 輸電線(xiàn)路懸垂串線(xiàn)夾更換工具可以進(jìn)行帶電更換背靠背鐵無(wú)縫隙絕緣子工作。在等電位更換絕緣子過(guò)程中只需要1 名等電位電工，1～2名塔上電工，3 名地面電工。

2019 年3 月對(duì)該工具在500 kV 聊韶Ⅱ線(xiàn)297號(hào)塔上進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證，進(jìn)電場(chǎng)采用軟梯法，卡具固定在背靠背鐵上，通過(guò)轉(zhuǎn)換接頭與絕緣吊桿上端連接，絕緣吊桿下端與帶機(jī)械絲杠的四線(xiàn)吊鉤連接，如圖5 所示。

圖5 作業(yè)人員利用工具更換復(fù)合絕緣子

2019 年8 月，該工具在多條500 kV 輸電線(xiàn)路上得到了應(yīng)用，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證證明該工具使用輕便、節(jié)省時(shí)間、可靠、能夠順利進(jìn)行500 kV 輸電線(xiàn)路桿塔背靠背鐵無(wú)縫隙絕緣子的更換。

4 結(jié)語(yǔ)

新研制的橫擔(dān)卡在帶電更換背靠背鐵無(wú)縫隙的懸垂復(fù)合絕緣子工作中，有極大的生產(chǎn)施工優(yōu)勢(shì)，能夠在特殊地理位置（如山頂和大跨越）以及電力負(fù)荷需求較大地區(qū)使用，節(jié)省人力物力成本，具有較大的經(jīng)濟(jì)效益。