可帶電安裝的V 形絕緣子串彈簧銷防脫器的研制

岐召陽， 楊瑞娟， 趙元林

（1.國網(wǎng)河南省電力公司平頂山供電公司，河南 平頂山 467001；2.河南城建學院電氣與控制工程學院，河南 平頂山 467001）

0 引言

V 形絕緣子串的應用可以減少懸垂串的風偏搖擺，V 形絕緣子串桿塔的設計，具有優(yōu)化鐵塔結(jié)構、降低鐵塔鋼材耗量、提高線路走廊利用率等顯著優(yōu)點，因此近年來新建或改建的輸電線路中V 形串的設計逐年增多。某供電公司轄區(qū)內(nèi)運行的輸電線路V 形絕緣子串桿塔占比已超過24%，2013—2017 年，發(fā)生V 形絕緣子串彈簧銷脫落事故9 起，由于彈簧銷脫落而導致的掉串或掉線事故也時有發(fā)生。

為了有效防止由于彈簧銷脫落而造成絕緣子串掉串或掉線事故的發(fā)生，減少因停電安裝彈簧銷防脫裝置而造成的經(jīng)濟損失，以及有利于相關帶電作業(yè)項目的開展，我們研制了一種可帶電安裝的絕緣子串彈簧銷防脫器。該裝置可實現(xiàn)帶電作業(yè)，攜帶及操作方便，通用性強，結(jié)構設計巧妙，安裝后可自動形成閉鎖，可靠性高。

1 裝置的研制

1.1 傳統(tǒng)彈簧銷防脫器分析

1.1.1 功能介紹

傳統(tǒng)的絕緣子串彈簧銷防脫器主要由兩個半圓形金屬扁槽所組成，通過擰緊螺栓來固定，作業(yè)人員必須到達導線側(cè)才能完成安裝工作，操作費時、費力。再加上組合間隙不滿足要求，對于運行線路無法進行等電位帶電作業(yè)安裝，所以不利于輸電線路V 形絕緣子串防掉串治理工作的開展。

1.1.2 結(jié)構及性能分析

a） 傳統(tǒng)彈簧銷防脫器結(jié)構過于簡單，僅采用兩個半圓形金屬槽在兩端采用螺栓進行連接固定，無法實現(xiàn)帶電安裝，且該裝置安裝后，當需要進行相關檢修作業(yè)時，只能采取停電檢修，無法實現(xiàn)帶電拆卸。

b） 安裝傳統(tǒng)彈簧銷防脫器時，作業(yè)人員無法站在桿塔橫擔上完成操作，必須沿絕緣子串到達導線側(cè)才能完成安裝和拆卸工作，平均每相作業(yè)時間約為30 min，操作費時、費力。對每相絕緣子串進行安裝時間的統(tǒng)計結(jié)果見表1。

表1 安裝傳統(tǒng)彈簧銷防脫器作業(yè)時間統(tǒng)計表

c） 傳統(tǒng)彈簧銷防脫器靠兩側(cè)螺栓擰緊力矩實現(xiàn)對絕緣子碗頭的夾緊固定，不具備自動閉鎖功能，長時間運行以后會出現(xiàn)松動、脫落現(xiàn)象。通過隨機抽取5 組防脫器調(diào)查發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)彈簧銷防脫器發(fā)生松動的比例為20%～60%。

1.2 新型防脫器研制思路

為了克服傳統(tǒng)彈簧銷防脫器存在的缺點，突破傳統(tǒng)工具的技術原理，本文提出雙聯(lián)卡槽式結(jié)構設計，內(nèi)、外層卡槽采用滑槽式連接，內(nèi)層卡槽上具有楔形銷釘，以便于同彈簧銷尾部空間間隙相契合，內(nèi)層卡槽防止運行過程中出現(xiàn)左右位移，外層卡槽防止運行過程中出現(xiàn)前后位移，以解決傳統(tǒng)的彈簧銷防脫器易松動、可靠性不高的難題。

結(jié)合配套的操作工具，提出了新型防脫器必須滿足可帶電安裝、操作方便快捷、通用性強、可靠性高的要求。具體研制思路如下。

a） 新研制的絕緣子串彈簧銷防脫器，可采用地電位帶電作業(yè)法，作業(yè)人員站在桿塔橫擔上，通過絕緣操作桿，利用配套的操作工具，即可將防脫器安裝在絕緣子碗頭上。

b） 從操作輕便的角度考慮，裝置不宜過重，裝置質(zhì)量應不超過300 g，加上配套操作工具不超過600 g。

c） 具備自動閉鎖功能。為防止運行過程中防脫器松動、位移，卡槽尺寸設計需合理，要與絕緣子碗頭緊密貼合。

d） 新型防脫器通用性和可推廣性較高，適用于220 kV 及以下所有型號輸電線路桿塔防止V 形絕緣子串彈簧銷脫落的工作需要。

1.3 研制方案

1.3.1 材質(zhì)選擇

根據(jù)研制思路，在滿足裝置整體質(zhì)量要求的前提下，對201 不銹鋼、45 鋼、7050 合金鋁3 種常用材料的抗拉伸強度、屈服強度、可塑性、耐磨性和耐腐蝕性等方面進行比較，考慮到防脫器長期運行的耐磨性，制作過程中需要較強的冷塑性，且正常情況下不需要承受過大的拉力或壓力，選用201 不銹鋼作為防脫器和配套操作工具的制作材料。材質(zhì)選擇對比情況見表2。

表2 材質(zhì)選擇對比表

1.3.2 結(jié)構設計

根據(jù)研制思路，所設計的雙聯(lián)卡槽式防脫器結(jié)構如圖1 所示。

由圖1 可知，該防脫器由楔形銷釘、內(nèi)層卡槽和外層卡槽組成，內(nèi)、外層卡槽依靠“直角型”凹槽進行連接。楔形銷釘?shù)暮穸嚷源笥趶椈射N厚度，能有效阻隔彈簧銷受到的沖擊力，同時楔形銷釘?shù)膿瘟δ芊乐箯椈射N因疲勞性損傷而造成的間隙增大，銷釘從絕緣子碗頭的大口端楔入彈簧銷尾部間隙后，與楔形銷釘相連的內(nèi)層卡槽鎖住碗頭大口端及兩側(cè)，作業(yè)人員取下配套安裝工具，外層卡槽依靠自身重力鎖住碗頭小口端，實現(xiàn)防止V 形絕緣子串彈簧銷脫落的功能。

1.3.3 裝置加工制作

可帶電安裝的V 形絕緣子串彈簧銷防脫器裝置可采用一次沖壓成型制作。

圖1 裝置結(jié)構示意圖

2 試驗效果及分析

2.1 現(xiàn)場試驗

可帶電安裝的V 形絕緣子串彈簧銷防脫器研制成功以后，采用地電位作業(yè)法首先對220 kV 線路V 形絕緣子串進行了帶電安裝，安裝方式如下：安裝前打開彈簧銷防脫器外層卡槽，作業(yè)人員站在桿塔橫擔上，利用配套操作工具將外層卡槽前段爪式結(jié)構穿過絕緣子與碗頭連接處縫隙固定在碗頭小口端，防止前后位移。內(nèi)層卡槽上下限位結(jié)構固定在碗頭上下端，防止上下位移。安裝到位后，外層卡槽沿“直角”形滑槽下落形成自動閉鎖，即可實現(xiàn)防止V 形絕緣子串彈簧銷脫落的功能。

2.2 試驗效果分析

通過現(xiàn)場試驗，得出如下試驗結(jié)果。

a） 帶電安裝型絕緣子串彈簧銷防脫器和配套操作工具的質(zhì)量均小于300 g，整體質(zhì)量小于500 g，攜帶及操作方便。

b） 該防脫器研制成功以后，利用配套的操作工具可完成地電位帶電作業(yè)進行防脫器的安裝或拆除工作，使帶電作業(yè)率由原來的0 提高到了現(xiàn)在的100%。

c） 裝置各部件完好，尺寸與結(jié)構設計合理，安裝過程無卡頓和抖動現(xiàn)象，安裝方便快捷，平均每相絕緣子安裝用時為10 min，大大提高了作業(yè)效率。

d） 該防脫器安裝以后可自動形成閉鎖，且限位結(jié)構可防止位移，長期運行以后不會出現(xiàn)松動現(xiàn)象，裝置可靠性非常高。

3 裝置應用情況分析

3.1 經(jīng)濟性分析

可帶電安裝的V 形絕緣子串彈簧銷防脫器研制成功后，在某供電公司開展了推廣應用，到目前為止共對220 kV“ZM”線V 形絕緣子串桿塔安裝50 基，而安裝傳統(tǒng)彈簧銷防脫器每基桿塔需塔上作業(yè)人員1 人，平均安裝作業(yè)時間為1.5 h，該供電公司可開展該項目塔上檢修作業(yè)人員為10人，即最多同時分為10 個小組開展安裝工作，安裝50 基桿塔需作業(yè)時間t=1.5×50÷10=7.5 h。即采用本文研制的新型彈簧銷防脫器可累計減少停電時間t=7.5 h，220 kV“ZM”線的正常負載為p=110 000 kW，目前每度電差價s=0.07 元，那么直接減少經(jīng)濟損失如下。

本文研制的可帶電安裝的V 形絕緣子串彈簧銷防脫器實現(xiàn)批量化生產(chǎn)后，與傳統(tǒng)彈簧銷防脫器相比，加工制作成本基本持平，該裝置的進一步推廣應用將能產(chǎn)生更高的經(jīng)濟效益。

3.2 可推廣性分析

由于V 形和I 形絕緣子串碗頭結(jié)構相同，該裝置結(jié)構上能夠?qū)崿F(xiàn)I 形絕緣子串彈簧銷防脫功能，可適用于220 kV 及以下電壓等級輸電線路I形絕緣子串防止彈簧銷脫落的工作需要，通過調(diào)整防脫器的結(jié)構尺寸，也可將該彈簧銷防脫器推廣應用于500 kV 及以上電壓等級V 形及I 形絕緣子串，有效預防因彈簧銷脫落而引起掉串事故的發(fā)生。該裝置的成功應用也為今后開展地電位帶電作業(yè)更換220 kV“V”形串復合絕緣子提供了條件，更有效地保證輸電線路高效運行，減少線路停電時間，提高供電可靠性。

4 結(jié)論

本文針對輸電線路V 形絕緣子串彈簧銷脫落導致掉串或掉線事故的發(fā)生，對傳統(tǒng)彈簧銷防脫器存在的問題進行了分析，研制了一種可帶電安裝的V 形絕緣子串彈簧銷防脫器，通過試驗分析，得出了以下結(jié)論。

a） 該裝置成功解決了傳統(tǒng)彈簧銷防脫器無法帶電安裝的技術難題，為輸電線路V 形絕緣子串防掉串專項治理工作提供了技術支撐。

b） 可采用地電位帶電作業(yè)法，作業(yè)人員站在桿塔橫擔上，通過絕緣操作桿，利用配套的操作工具，即可將防脫器安裝在絕緣子碗頭上。

c） 該裝置質(zhì)量輕，便于攜帶，安裝及操作簡單，平均每相絕緣子安裝時間為10 min。

d） 該裝置結(jié)構設計巧妙，利用外層卡槽的自重，安裝以后可自動形成閉鎖，且限位結(jié)構可防止位移和松動，裝置可靠性非常高。

e） 該裝置加工制作成本低，經(jīng)濟效益好，便于推廣應用。