配網(wǎng)帶電作業(yè)復(fù)合材料多功能絕緣橫擔(dān)的研制與應(yīng)用

(深圳供電局有限公司，廣東 深圳 518172)

0 引言

電能的出現(xiàn)改變了人們的生活和生產(chǎn)方式，推動(dòng)了社會(huì)的進(jìn)步和發(fā)展，但隨著社會(huì)的進(jìn)步和發(fā)展，人們的電能需求的日漸增加，10 kV電纜線路的應(yīng)用范圍日漸廣泛，但這同時(shí)也導(dǎo)致了10 kV電纜線路故障更為頻繁。在傳統(tǒng)的10 kV電纜線路檢修過(guò)程中大多需要進(jìn)行較長(zhǎng)時(shí)間的斷電，這嚴(yán)重影響了人們的正常用電，而旁路作業(yè)法的應(yīng)用在極大程度上縮減了斷電時(shí)間，甚至可以實(shí)現(xiàn)不斷電，這無(wú)疑是充分保障了10 kV電纜線路的安全、高效、穩(wěn)定供電。但旁路作業(yè)法同樣存在著不足，旁路柔性電纜的固定一直是目前的短板，所以研制配網(wǎng)帶電作業(yè)復(fù)合材料多功能絕緣橫擔(dān)非常有必要。

目前10 kV配網(wǎng)帶電作業(yè)絕緣橫擔(dān)只是用于圓形水泥電桿，但深圳目前有很大一部分直線桿、轉(zhuǎn)角桿、耐張桿、終端桿都采用鐵塔構(gòu)建，以增加其牢固性。在10 kV架空線路帶電作業(yè)采用旁路作業(yè)法時(shí)，柔性電纜暫時(shí)沒(méi)有很好的方法固定。當(dāng)旁路系統(tǒng)需要長(zhǎng)期接入時(shí)，考慮到臺(tái)風(fēng)天氣對(duì)柔性電纜擺動(dòng)的影響，對(duì)接入后的天氣情況要求就比較苛刻了。

本項(xiàng)目主要研究一種10 kV配網(wǎng)帶電作業(yè)多功能絕緣橫擔(dān)，不僅適用于常規(guī)的水泥電桿，也可用于常見(jiàn)的鐵塔。利用該方法可以確保旁路柔性電纜固定良好，確保有一個(gè)良好的運(yùn)行環(huán)境，在臺(tái)風(fēng)等惡劣天氣下，也可長(zhǎng)期正常運(yùn)行，提高供電可靠性，確保了客戶的安全可靠用電。

1 主要技術(shù)與材料

1.1 關(guān)鍵技術(shù)

新型絕緣橫擔(dān)的材料選擇分為主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和安裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

1.2 解決方案

1)為了達(dá)到主體支撐臂滿足線路絕緣電氣性能要求，又能達(dá)到橫擔(dān)的機(jī)械負(fù)荷要求以及橫擔(dān)自身的輕便性，主體支撐臂材料選擇高強(qiáng)度中空的環(huán)氧樹(shù)脂材質(zhì)的絕緣棒；橫擔(dān)與電桿連接的抱箍采用鋁合金材質(zhì)。

2)為了方便現(xiàn)場(chǎng)操作，絕緣橫擔(dān)由電桿抱箍(兩用)、絕緣管、電纜固定線夾和支撐板組成。橫擔(dān)一端為電桿抱箍，另一端是中空的高強(qiáng)度環(huán)氧樹(shù)脂絕緣管，絕緣管上裝有電纜固定線夾。

3)電桿抱箍采用2種連接方式。

一種可以直接與構(gòu)架式方形電桿中的支撐角鋼連接。主要結(jié)構(gòu)是鋁合金連接底座，尾端開(kāi)90°分叉，能夠貼緊角鋼。后面有一個(gè)可以調(diào)節(jié)的鎖死機(jī)構(gòu)，可以通過(guò)搖桿進(jìn)行加力鎖死角鋼，完成絕緣橫擔(dān)的固定。見(jiàn)圖1。

圖1 絕緣橫擔(dān)與角鋼的連接方式

另一種可以直接與圓形電桿連接。主要結(jié)構(gòu)是鋁合金連接底座，尾端開(kāi)90°分叉。將第一種連接方式的鎖緊滑塊更換成圓桿適配滑塊和軟質(zhì)抱桿鎖緊帶。更換了圓桿適配滑塊的絕緣橫擔(dān)能夠很好地貼合圓桿表面，然后通過(guò)軟質(zhì)抱桿鎖緊帶抱緊電桿，最后通過(guò)鎖緊帶配置的收緊器調(diào)節(jié)橫擔(dān)與電桿的緊固程度。

4)主支撐臂采用中空高強(qiáng)度玻璃樹(shù)脂環(huán)氧管。由于環(huán)氧樹(shù)脂材料具有質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、絕緣性能好等特點(diǎn)，所以選擇其為新型橫擔(dān)的主支撐臂材料。

1.3 環(huán)氧樹(shù)脂材料

1.3.1 飽和環(huán)氧樹(shù)脂

絕緣橫擔(dān)的骨架是由φ 50×5環(huán)氧樹(shù)脂管構(gòu)成。通常的玻璃鋼產(chǎn)品用的是不飽和環(huán)氧樹(shù)脂，不飽和樹(shù)脂性質(zhì)接近塑料，加工性能好。但長(zhǎng)期使用的帶電作業(yè)工具直接關(guān)系人身和電網(wǎng)安全，要采用有更高絕緣和抗老化性能的飽和環(huán)氧樹(shù)脂制品。飽和樹(shù)脂的注塑比較困難，所以在選擇能加工飽和樹(shù)脂廠家作為合作單位，絕緣橫擔(dān)的骨架，都是由合作廠家用飽和環(huán)氧樹(shù)脂玻璃纖維復(fù)合而成。

1.3.2 環(huán)氧樹(shù)脂玻璃纖維品質(zhì)的檢驗(yàn)

除了按國(guó)標(biāo)檢定本項(xiàng)目使用的原材料飽和環(huán)氧樹(shù)脂和玻璃纖維的化學(xué)物理性能之外，更重要的是對(duì)成型品作實(shí)用性的檢測(cè)，檢測(cè)方法是用150 kgf加在1 m長(zhǎng)的φ 50×5玻璃鋼管中央下垂繞≤1 cm，卸載后無(wú)損傷，無(wú)永久變形。

玻璃鋼管樣品送第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)試驗(yàn)，證明符合《電業(yè)安全工作規(guī)程DL409-1991》要求。數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 試驗(yàn)數(shù)據(jù)

1.4 橫擔(dān)支撐玻璃鋼管臨界承載力計(jì)算

利用實(shí)用性檢測(cè)結(jié)果，可以計(jì)算出橫擔(dān)支撐玻璃鋼管的力學(xué)參數(shù)，彈性模量E和極限承載應(yīng)力。

1)橫擔(dān)支撐玻璃鋼管的截面轉(zhuǎn)動(dòng)慣矩J(x-x軸)，玻璃鋼管外徑D=5 cm，內(nèi)徑D=4 cm。

J=3.14(D4-d4)/64

=3.14(54-44)/64

≈18.1 cm4

(1)

2)橫擔(dān)支撐玻璃鋼管的彈性模量E。

利用實(shí)用性檢測(cè)結(jié)果計(jì)算：

≥150 kgf.1003/(48×1×18.1)

≈172 652 kgf/cm2

(2)

3)臨界承載力。

根據(jù)歐拉(Leonard Euler)壓桿穩(wěn)定性臨界荷載公式：

=3.14×172 652×18.1/1002

≈981.25 kgf

(3)

4)整個(gè)絕緣橫擔(dān)的臨界承載力。

考慮不均勻系數(shù)為k=1.3，總極限承載力為：

981.25 kgf÷1.3≈754.8 kgf≈7.4 kN

(4)

設(shè)計(jì)最大容許總承載力為1.5 kN，安全系數(shù)≥4.8。

1.5 旁路電纜固定線夾設(shè)計(jì)

根據(jù)旁路電纜外形，采用絕緣材料設(shè)計(jì)固定線夾。

1.6 絕緣橫擔(dān)水平面轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)計(jì)

普通的絕緣橫擔(dān)安裝后水平位置是無(wú)法調(diào)整的，本項(xiàng)目設(shè)計(jì)的絕緣橫擔(dān)具備水平調(diào)整功能。具體是通過(guò)一個(gè)旋轉(zhuǎn)裝置實(shí)現(xiàn)。設(shè)計(jì)圖見(jiàn)圖2。

圖2 絕緣橫擔(dān)水平旋轉(zhuǎn)裝置設(shè)計(jì)圖

從圖2可以看出，本功能實(shí)現(xiàn)是通過(guò)1個(gè)旋轉(zhuǎn)連接軸實(shí)現(xiàn)橫擔(dān)水平旋轉(zhuǎn)。當(dāng)旋轉(zhuǎn)到所需位置時(shí)用定位銷插入對(duì)應(yīng)從調(diào)節(jié)孔內(nèi)實(shí)現(xiàn)位置鎖死。

1.7 絕緣拉繩設(shè)計(jì)

為了增加絕緣橫擔(dān)垂直負(fù)載能力，增加1根絕緣拉繩輔助受力。

圖3 整體結(jié)構(gòu)圖

如圖3所示，一種新型橫擔(dān)支撐架由支撐管、電纜夾、連接管、固定器、鎖止銷、支撐板、輔助拉繩組成。其特征在于3個(gè)電纜夾均勻分布固定在支撐管上；支撐管一端安裝美觀封帽，另一端安裝有連接管，離連接管不遠(yuǎn)處設(shè)有與輔助拉繩相連的金屬環(huán)；連接管與固定器螺栓活動(dòng)連接，使得支撐管可以水平轉(zhuǎn)動(dòng)使用位置；固定器呈“Y”形結(jié)構(gòu)，其底面安裝有支撐板，前端2個(gè)叉角上設(shè)有固定的鎖止銷；輔助拉繩一端連接支撐管上的金屬環(huán)，另一端連接桿塔角鋼。

2新型配網(wǎng)帶電作業(yè)絕緣橫擔(dān)的優(yōu)勢(shì)及創(chuàng)新點(diǎn)

2.1 優(yōu)勢(shì)

具有質(zhì)量輕、安裝方便、強(qiáng)度高、絕緣性能好等特點(diǎn)，給桿上旁路作業(yè)帶來(lái)了便利，也彌補(bǔ)了老橫擔(dān)的各種不足的問(wèn)題，大大提高了作業(yè)安全和效率。

2.2 創(chuàng)新點(diǎn)

該橫擔(dān)安裝方便，大大降低作業(yè)時(shí)間，提高作業(yè)效率；本項(xiàng)目研制的絕緣橫擔(dān)固定結(jié)構(gòu)安全可靠，提高了作業(yè)的安全性；本項(xiàng)目在材料上的選擇，做到既保證了能夠承受相應(yīng)的機(jī)械負(fù)荷，還保證了產(chǎn)品的輕便靈活性。

2.3 裝置的檢測(cè)與試驗(yàn)

絕緣橫擔(dān)研究階段，在實(shí)驗(yàn)室和工廠內(nèi)做了大量的模擬測(cè)試比對(duì)試驗(yàn)，對(duì)抱箍、結(jié)構(gòu)進(jìn)行了多次優(yōu)化、改進(jìn)。并在武漢高電壓研究所監(jiān)督檢驗(yàn)中心進(jìn)行相關(guān)測(cè)試，測(cè)試結(jié)果全部達(dá)到了預(yù)期指標(biāo)。

2.4 新型配網(wǎng)帶電作業(yè)絕緣橫擔(dān)的應(yīng)用前景

當(dāng)前城市的大規(guī)模擴(kuò)張，供電網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜、設(shè)備多樣、現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境特殊，旁路作業(yè)頻次越來(lái)越高，相應(yīng)的桿上作業(yè)隨之增多，然而實(shí)際中帶電更換避雷器、拆接熔斷器引線或線路引線、更換直線桿絕緣子及橫擔(dān)、更換開(kāi)口跌落式熔斷器、更換開(kāi)口柱上開(kāi)關(guān)或隔離開(kāi)關(guān)以及更為復(fù)雜的帶電立桿、更換柱上變壓器缺少一種橫擔(dān)固定引下線或所用老式橫擔(dān)問(wèn)題太多存在安全隱患。

新型絕緣橫擔(dān)研究成果安裝方便、承受機(jī)械負(fù)荷高，適時(shí)解決了桿上作業(yè)的施工不便復(fù)雜、作業(yè)時(shí)間長(zhǎng)、安全隱患多的問(wèn)題，極大地提高配網(wǎng)帶電旁路作業(yè)效率，具有廣泛的推廣應(yīng)用價(jià)值，并將為提高配網(wǎng)帶電作業(yè)的覆蓋率發(fā)揮重要作用。

3 結(jié)語(yǔ)

10 kV配網(wǎng)帶電作業(yè)絕緣橫擔(dān)在旁路作業(yè)法固定柔性電纜中已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，事實(shí)也表明10 kV配網(wǎng)帶電作業(yè)絕緣橫擔(dān)的應(yīng)用取得了較為理想的效果。但目前而言，10 kV配網(wǎng)帶電作業(yè)絕緣橫擔(dān)在應(yīng)用中還存在一定的不足，因此電力企業(yè)應(yīng)加以重視，使10 kV配網(wǎng)帶電作業(yè)絕緣橫擔(dān)可以更好地為人們提供安全、便捷、高效的服務(wù)。