帶電更換550kN大噸位耐張絕緣子卡具研究

黃 麟

（云南電網(wǎng)有限責任公司帶電作業(yè)分公司，云南昆明 650000）

隨著社會的飛速發(fā)展，我國的用電量大大增加，必然要求輸電技術(shù)向更高的層次發(fā)展。近年來建設(shè)以超高壓、特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架的堅強智能電網(wǎng)，推動能源的高效開發(fā)和利用。超高壓、特高壓輸電線路通常采用大噸位的玻璃絕緣子作為耐張絕緣子來承受大截面導(dǎo)線的張力。2016年7月云南電網(wǎng)迎來了首條±500kV永富直流超高壓輸電線路，此線路按照±800kV進行設(shè)計，耐張絕緣子采用了550kN大噸位玻璃絕緣子。因高海拔地區(qū)環(huán)境氣候復(fù)雜、晝夜溫差大，該線路玻璃絕緣子自爆率高，因現(xiàn)階段國內(nèi)對帶電更換大噸位單片絕緣子未進行深入技術(shù)研究，檢修工作面臨巨大困難。

利用停電技術(shù)進行單片更換，作業(yè)過程中，超高壓、特高壓輸電線路面臨停電，且作業(yè)時間過長，嚴重影響了供電可靠性，給企業(yè)造成巨大的經(jīng)濟損失，同時大容量的輸電線路停電會對整個電網(wǎng)架構(gòu)造成震蕩，嚴重影響整個電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

通過帶電技術(shù)更換整串絕緣子，由于整串絕緣子長度較長、重量較大、更換整串絕緣子作業(yè)方法復(fù)雜并且操作困難，工作中需要10名以上作業(yè)人員使用復(fù)雜工器具配合更換，整個作業(yè)完成需要數(shù)小時或更長時間，這些都將導(dǎo)致作業(yè)風險大大增加，同時在作業(yè)過程中還可能造成整串絕緣子的脫落，造成絕緣子串裂解、斷線以及停電事故，對整個電網(wǎng)造成沖擊，導(dǎo)致大面積的用戶停電。

1 目前作業(yè)現(xiàn)狀

超高壓、特高壓輸電線路的等級越高，一旦發(fā)生停電事故，所造成的的損失也就越大。因此，為在最大限度上降低因停電而發(fā)生的損失，在對超高壓、特高壓的輸電線路進行檢測維護的過程中，其主要業(yè)務(wù)都是通過帶電作業(yè)的，為了進一步的提高超高壓、特高壓輸電線路運行的穩(wěn)定性、安全性及可靠性，應(yīng)加快對帶電作業(yè)技術(shù)研究的步伐，以便為其實踐提高更高的技術(shù)支持。

傳統(tǒng)更換耐張單片絕緣子采用閉式卡，利用閉式卡的前、后卡卡在絕緣子的鋼帽上，通過收緊絲桿將絕緣子串的張力轉(zhuǎn)移到卡具絲桿上，使被更換的絕緣子松弛，達到更換的目的。但是前卡是通過卡具前沿的“爪”與鋼帽凸緣接觸，傳遞力有限，受力較復(fù)雜，既有彎矩，又有剪切力和擠壓力，后卡是通過卡具內(nèi)腔壁與整個鋼帽外壁接觸傳遞力，接觸面大，基本上是彎矩。

大噸位的絕緣子承受導(dǎo)線張力較大，利用傳統(tǒng)的閉式卡進行更換，對絕緣子的工藝要求較高，前卡所接觸鋼帽的凸緣必須規(guī)則統(tǒng)一且受力良好。對工藝差的絕緣子則不能完成更換，但絕緣子鋼帽都是通過鋼材澆注而成，鋼帽凸緣很難規(guī)則統(tǒng)一，受力良好。

現(xiàn)階段國內(nèi)對帶電更換大噸位單片絕緣子研究主要針對工藝高的進口大噸位絕緣子，鋼帽凸緣規(guī)則統(tǒng)一，研制的工器具也只能完成單一廠家的特定規(guī)格型號的大噸位絕緣子帶電單片更換，而對于工藝一般的國內(nèi)大多數(shù)大噸位絕緣子只能進行停電更換單片或者采用帶電更換整串后對損壞單片進行替換。

本項目根據(jù)絕緣子的結(jié)構(gòu)情況，在絕緣子選定合適的受力點，采用合理的受力方式，設(shè)計新型可靠卡具結(jié)構(gòu)，通用統(tǒng)一規(guī)格型號不同廠家的大噸位絕緣子，通過破壞性試驗，檢驗受力方式及受力點情況。突破大噸位絕緣子卡具采用新型結(jié)構(gòu)可承受絕緣子大張力技術(shù)瓶頸，從而完成大噸位絕緣子帶電更換單片工作。

2 方法研究

2.1 作業(yè)方法

±500kV永富直流線絕緣子串型為2×U550BP/240DHC，絕緣子片數(shù)為36片，串長為8640 mm。

2.2 帶電更換±500kV永富直流耐張中間任意單片絕緣子

閉式卡前后卡適用于宜賓環(huán)球電瓷廠U550BP/240HDC玻璃絕緣子，可更換中間串任意絕緣子，如圖1所示。

由于550kN大噸位絕緣子的鋼帽處前沿部分小，采用2個前卡和1個后卡，2個前卡和后卡配合使用（采用拉力傳感器適時監(jiān)測2個前卡具受力分布情況，以利采取措施確保前卡間張力均衡）的作業(yè)方式。

圖1 中間任意單片絕緣子作業(yè)示意圖

2.3 帶電更換±500kV永富直流耐張橫擔側(cè)單片絕緣子

橫擔端牽引板卡適用金具為聯(lián)板QY-64S與閉式卡前卡相配更換橫擔端第一片絕緣子，如圖2所示。

2.4 帶電更換±500kV永富直流耐張導(dǎo)線側(cè)單片絕緣子

導(dǎo)線端翻板卡適用金具為聯(lián)板LS-1287055S與閉式卡后卡相配更換導(dǎo)線端第一片絕緣子，如圖3所示。

圖2 橫擔側(cè)單片絕緣子作業(yè)示意圖

圖3 導(dǎo)線側(cè)單片絕緣子作業(yè)示意圖

2.5 卡具負荷確定

關(guān)于卡具的額定設(shè)計荷重，我國最近新頒發(fā)的DL/T463—2006《帶電作業(yè)用絕緣子卡具》規(guī)定取絕緣子級別（破壞負荷）的百分數(shù)加固定的常數(shù)，即

式中：P0為適用的絕緣子或金具級別，kN。

按此式，±500kV線路耐張和直線使用的最大絕緣子為550kN級的絕緣子，則卡具的額定設(shè)計荷重為150kN。

2.6 卡具材質(zhì)選擇

卡具型式及工作負荷確定后，需要確定的就是卡具主體的材質(zhì)?？晒┻x擇的卡具主體材質(zhì)及機械性能：40Cr、LC4、TC4 3種材料的機械強度都較高，如選用鋁合金（LC4）材料，雖然材料比重較小，但力學性能[бb]及[бs]較鋼材40Cr及鈦合金TC4小的多，差了一倍左右，對于大噸位卡具，做成的卡具外形尺寸較大，整體重量反而較大，使用時需要較大的安裝空間。

對于鋼材40Cr及鈦合金TC4，二者機械性能[бb]及[бs]很接近，40Cr的比重比TC4高1.8倍，因此40Cr材料不可取。

鈦合金TC4比重比鋁合金LC4大1.6倍，但力學強度均為鋁合金的2倍多，做成的卡具除長度尺寸外，其他外形尺寸均比鋁合金卡具小一半，對于大噸位卡具，整體重量反比鋁合金卡具輕，另外由于外形尺寸小，使用時需要的安裝空間小，操作也相對方便的多。

對于纖維增強復(fù)合材料，盡管其材質(zhì)輕、強度高，尤其比強度高于鋼但其機械性能各向異性，材質(zhì)是非均勻的，其斷裂伸長較小，橫向強度及層間剪切強度低，在大載荷應(yīng)用場合尚不如鋼，且目前還沒有現(xiàn)成的材料可選用，新開發(fā)成本很高。

經(jīng)過對比研究，最終確定用鈦合金（TC4）來加工550KN絕緣子卡具主體。

2.7 加工工藝

由于鈦合金本身的力學、化學、物理性能間的綜合，表現(xiàn)有自身的切削加工特點，選用線切割的方法進行加工。采用線切割的方法進行加工。

3 結(jié)束語

該項目的開展，解決了550kN大噸位絕緣子帶電更換技術(shù)難題，同時減少了超高壓線路的停電時間，降低了作業(yè)中人力、物力的投入，降低作業(yè)風險，提高了供電可靠性，為企業(yè)帶來了巨大的經(jīng)濟效益和社會效益，填補了大噸位絕緣子帶電更換單片的技術(shù)空白，為今后超高壓、特高壓更大噸位的絕緣子帶電更換技術(shù)奠定基礎(chǔ)。