用于帶電更換10 kV柱上聯(lián)絡(luò)斷路器的桿頂過渡引線臨時(shí)支架研制

王景熙，王 建，汪篤紅，華陳健，王 健，孟令淇，周 濤

(國網(wǎng)上海市電力公司青浦供電公司，上海 201707)

柱上聯(lián)絡(luò)斷路器在10 kV配電線路中起到了聯(lián)絡(luò)與分隔前后線路的作用，當(dāng)前后線路中的設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，能夠通過一系列的倒閘操作，將故障點(diǎn)進(jìn)行隔離以縮小停電范圍[1]。當(dāng)聯(lián)絡(luò)斷路器本身發(fā)生故障需要更換時(shí)，則優(yōu)先考慮帶電更換聯(lián)絡(luò)斷路器，以避免同時(shí)停用前后兩條線路的情況發(fā)生。

作為第三類帶電作業(yè)項(xiàng)目(共劃分為4類)，帶電更換10 kV柱上聯(lián)絡(luò)斷路器相比于第一、二類簡單項(xiàng)目，其作業(yè)過程更為復(fù)雜，不僅對于作業(yè)人員的操作技能有更高要求，同時(shí)需要布置更為周密的絕緣遮蔽措施[2-3]?？傮w而言，帶電更換10 kV柱上聯(lián)絡(luò)斷路器共分為7個(gè)步驟，如圖1所示。

在作業(yè)過程中，為了保持臨時(shí)引流線與橫擔(dān)(電桿)之間的有效距離，常采用PS15針式絕緣子對頂部臨時(shí)過渡引線進(jìn)行固定，在完成更換斷路器后，再對臨時(shí)引線進(jìn)行剪斷處理，拆除PS15針式絕緣子。目前，采用PS15針式絕緣子對臨時(shí)過渡引線進(jìn)行固定的方式存在以下兩點(diǎn)不足。

(1)作業(yè)安全距離小，危險(xiǎn)系數(shù)高。在安裝與拆除針式絕緣子(尤其為中相絕緣子)過程中，作業(yè)人員需要進(jìn)入10 kV線檔中間，緊貼著主導(dǎo)線、斷路器上引線、斷路器上引線固定支架與頂部雙橫擔(dān)完成對針式絕緣子的安裝與拆除，作業(yè)人員與不同電位裝置的距離很近，是整個(gè)作業(yè)過程中最為危險(xiǎn)的一點(diǎn)[4]。帶電更換10 kV柱上聯(lián)絡(luò)斷路器作業(yè)現(xiàn)場如圖2所示。

(2)作業(yè)時(shí)間長，工作效率低。針式絕緣子依靠螺帽進(jìn)行緊固，在佩戴絕緣手套的情況下，旋擰與緊固過程需要消耗作業(yè)人員更多的精力。同時(shí)，臨時(shí)過渡引線在針式絕緣子上的固定采用扎線綁扎方式，進(jìn)一步增加了作業(yè)時(shí)間。

1 解決方案的提出

目前帶電更換柱上聯(lián)絡(luò)斷路器流程中采用PS15針式絕緣子的方式，但在操作時(shí)作業(yè)人員需要進(jìn)入線檔中間進(jìn)行操作，并且整個(gè)安裝與拆除桿頂絕緣子、綁扎臨時(shí)過渡引線過程所需時(shí)間將不少于30 min，占總體作業(yè)時(shí)間約1/5。

為解決該問題，本文提出一種以T字型絕緣短桿替代PS15針式絕緣子的臨時(shí)支架方案。作業(yè)人員僅需站在主導(dǎo)線外側(cè)即可通過臨時(shí)支架結(jié)構(gòu)上的變化來完成中相臨時(shí)過渡引線的綁扎工作，完全避免進(jìn)入線檔中間這一危險(xiǎn)動作。同時(shí)，支架底座與臨時(shí)引線固定部分均采用快速固定的方式，避免了逐相旋擰針式絕緣子底部固定螺絲與綁扎引線的過程，減少作業(yè)時(shí)間。

2 臨時(shí)固定支架的設(shè)計(jì)

用于帶電更換10 kV柱上聯(lián)絡(luò)斷路器的桿頂過渡引線臨時(shí)支架的整體設(shè)計(jì)，關(guān)鍵要解決4個(gè)問題：如何實(shí)現(xiàn)從10 kV主導(dǎo)線外側(cè)對中相臨時(shí)過渡引線進(jìn)行固定；如何保持臨時(shí)過渡引線之間、與桿頂?shù)仉娢徊糠值挠行Ь嚯x；如何將臨時(shí)支架固定于桿頂雙橫擔(dān)上；如何實(shí)現(xiàn)臨時(shí)過渡引線的快速固定。

2.1 中相臨時(shí)過渡引線固定方案的設(shè)計(jì)

如何實(shí)現(xiàn)從10 kV主導(dǎo)線外側(cè)完成對中相臨時(shí)過渡引線的固定是臨時(shí)支架裝置首要解決的問題，所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)必須滿足結(jié)構(gòu)牢固性、作業(yè)安全性與使用便捷性的要求。根據(jù)帶電作業(yè)實(shí)踐情況，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案可分為3種情況，如表1所示。

表1 3種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案對比分析

由表1可知，垂直方向翻轉(zhuǎn)的方案在結(jié)構(gòu)牢固性、作業(yè)安全性、使用便捷性這3個(gè)方面均具備較好的優(yōu)勢。基于此，桿頂過渡引線臨時(shí)支架設(shè)計(jì)為垂直方向翻轉(zhuǎn)的T字型結(jié)構(gòu)方案。

2.2 主絕緣部分方案的設(shè)計(jì)

主絕緣部分起到了保證臨時(shí)過渡引線之間與桿頂?shù)仉娢徊糠值挠行Ь嚯x的作用[5-7]，其設(shè)計(jì)方案需要考慮材料和尺寸這2個(gè)因素。

(1)在材料方面，帶電作業(yè)對安全性要求非常高。根據(jù)《安規(guī)》規(guī)定，帶電作業(yè)絕緣工具必須滿足絕緣強(qiáng)度和機(jī)械強(qiáng)度的要求[5-6]，臨時(shí)支架采用帶電作業(yè)工具常用的3640環(huán)氧酚醛玻璃布絕緣空心管作為材料，型號規(guī)格為20 mm×26 mm×3 000 mm，在滿足絕緣性能的同時(shí)保證了足夠的機(jī)械強(qiáng)度。

(2)在尺寸規(guī)格方面，絕緣支架主要由兩部分構(gòu)成，即主絕緣桿部分、支撐絕緣桿部分。

絕緣桿長度分配如圖3所示。根據(jù)GB T 18857—2002《配電線路帶電作業(yè)技術(shù)導(dǎo)則》與《國家電網(wǎng)公司電力安全工作規(guī)程(配電部分)》[8]要求，10 kV線路相間引線間的最小距離為0.3 m，考慮空氣濕度等環(huán)境因素對相間距離的引線，預(yù)留0.1 m的長度余量，故相間主絕緣長度為L1=0.4 m。此外，考慮到固定引線裝置的安裝位置需要一定寬度，因此兩端各預(yù)留約0.1 m，即L2=L3=0.1 m。最終主絕緣桿總長度設(shè)為L=L1+L2+L3=0.4+0.1+0.1=0.6(m)。

圖3 絕緣桿長度分配

引線對雙橫擔(dān)/桿頂(地電位)的最小安全距離：《國家電網(wǎng)公司電力安全工作規(guī)程(配電部分)》中規(guī)定用于10 kV電壓等級的絕緣承力工具其有效絕緣長度至少應(yīng)滿足0.4 m，故將支撐絕緣部分長度L4設(shè)為0.4 m。

2.3 支架安裝部分的設(shè)計(jì)

2.3.1 固定方式

支架底座有兩種方式固定在雙橫擔(dān)上：采用底座與螺栓緊固組合固定方式；采用底座內(nèi)置開關(guān)式磁力座的固定方式。兩種底座固定方式對比分析如表2所示。

表2 兩種底座固定方式對比分析

由表2可知，螺栓緊固的方式需要作業(yè)人員觸及橫擔(dān)下部空間，作業(yè)人員處于有電部位與地電位之間，存在不安全因素。同時(shí)由于底座預(yù)留孔洞之間的尺寸固定，裝置只適用于一種型號的橫擔(dān)。開關(guān)式磁力座的最大優(yōu)勢就是作業(yè)人員可以在安全距離內(nèi)完成安裝，只需擰轉(zhuǎn)磁力座的旋鈕即可快速裝拆，十分便利，同時(shí)可以適應(yīng)不同橫擔(dān)尺寸的要求。由此，本文選用開關(guān)式磁力座的固定方式。

2.3.2 磁力座選型

開關(guān)式磁力座的規(guī)格選型需要考慮吸著力與尺寸之間的平衡關(guān)系。尺寸越小，其重量也越輕，雖然便于攜帶與安裝，但吸著力可能不足；大尺寸的磁力座能滿足吸著力要求，卻不方便攜帶、裝拆。因此，開關(guān)式磁力座的規(guī)格需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選型。

目前，上海地區(qū)10 kV配電線路耐張桿的橫擔(dān)角鋼尺寸一般為75 mm×75 mm×8 mm，磁力座寬度必須小于75 mm。在吸著力方面，對帶電更換10 kV柱上聯(lián)絡(luò)斷路器作業(yè)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，明確桿頂臨時(shí)過渡引線所受合力不超過1 000 N。

考慮1.5倍設(shè)計(jì)余量后，本文選用型號為SCK-150GSK的開關(guān)式磁力座，其尺寸為120 mm×65 mm×52 mm，適合安裝在桿頂雙橫擔(dān)上，重量適中，并且吸著力可達(dá)1 500 N，滿足實(shí)際作業(yè)需求。

2.3.3 封裝形式

開關(guān)式磁力座為金屬材質(zhì)，考慮到作業(yè)安全性，本文采用絕緣外殼將其封裝。在底座絕緣外殼和磁力座上設(shè)置了幾組定位孔，待磁力座置入后，通過擰入螺栓將磁力座封裝起來，最后將底座絕緣外殼上的孔洞進(jìn)行絕緣恢復(fù)，防止因螺栓金屬部分外露而影響支架底座的絕緣性能。磁力座定位孔示意圖如圖4所示。

圖4 磁力座定位孔示意圖

2.4 引線固定部分的設(shè)計(jì)

2.4.1 開口大小

上海地區(qū)10 kV主導(dǎo)線型號主要有兩種：150 mm2和185 mm2。經(jīng)計(jì)算，150 mm2導(dǎo)線半徑為7 mm，為使不同型號引線都能固定，臨時(shí)引線夾板凹槽以150型號導(dǎo)線為尺寸，開口半徑R=7 mm，開口弧度為104°。

2.4.2 閉鎖方式

一般帶電作業(yè)絕緣工器具中常用到3種閉鎖方式[9]，對3種方式作了分析比較，如表3所示。

由表3可知，螺絲旋擰和扎絲纏繞的方式最為簡單。但螺絲旋擰的方式速度慢、效率低并且容易發(fā)生高空落物，扎絲纏繞的方式在纏繞過程中動作幅度較大，不利于帶電作業(yè)安全并且在解開操作時(shí)不方便?？焖賷A具相較而言牢固性好、操作方便，固定和拆卸速度快，帶電作業(yè)人員動作幅度小、安全性高，更適用于臨時(shí)支架的應(yīng)用情況。

表3 三種閉鎖方式比較

2.5 臨時(shí)固定支架整體方案整合

根據(jù)各部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)情況，最終確定臨時(shí)固定支架整體設(shè)計(jì)如圖5所示。

圖5 臨時(shí)固定支架整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖

3 樣品制作與試驗(yàn)

根據(jù)臨時(shí)固定支架整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，利用三維制圖軟件Auto CAD繪制樣品三維圖，經(jīng)過測量、挫削、打磨及裝配，制作出臨時(shí)固定支架樣品如圖6所示。

圖6 臨時(shí)固定支架樣品

帶電作業(yè)對安全性要求非常高，根據(jù)《安規(guī)》規(guī)定，帶電作業(yè)工具必須滿足絕緣強(qiáng)度和機(jī)械強(qiáng)度的要求，因此委托專業(yè)的電力工業(yè)電氣設(shè)備質(zhì)量檢驗(yàn)測試中心對制作的樣品進(jìn)行電氣試驗(yàn)和機(jī)械試驗(yàn)，并出具樣品檢測報(bào)告。試驗(yàn)結(jié)果表明：制作的臨時(shí)固定支架樣品可滿足帶電作業(yè)要求。

4 樣品的試用與推廣

為檢測臨時(shí)固定支架的使用效果，在模擬線路上針對裝拆絕緣子與固定臨時(shí)引線的過程進(jìn)行試驗(yàn)(未做整套更換柱上聯(lián)絡(luò)斷路器項(xiàng)目，并且選擇普通耐張桿)。

樣品試用如圖7所示。與原作業(yè)方法(裝拆PS15針式絕緣子，綁扎臨時(shí)過渡引線)進(jìn)行對比，試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。

圖8 樣品試用圖

表4 作業(yè)時(shí)間對比試驗(yàn)

經(jīng)過15次試驗(yàn)得到，采用傳統(tǒng)工具的平均作業(yè)時(shí)間為29分28秒，而采用臨時(shí)固定支架的平均作業(yè)時(shí)間僅為9分11秒，減少作業(yè)時(shí)間近20 min，有效縮短了作業(yè)時(shí)間。

作業(yè)安全性方面，新研制的臨時(shí)固定支架能夠有效實(shí)現(xiàn)從主導(dǎo)線外側(cè)固定中相臨時(shí)過渡引線。在15次試驗(yàn)中，支架均能牢固吸附在桿頂雙橫擔(dān)上，其引線夾持部分能夠可靠夾持臨時(shí)過渡引線，未發(fā)生一例支架移位、臨時(shí)引線脫落的情況。

目前國網(wǎng)上海市電力公司青浦供電公司帶電班均已配備該臨時(shí)固定支架，并已正式在現(xiàn)場作業(yè)中投入使用。使用新工具后，帶電更換柱上聯(lián)絡(luò)斷路器項(xiàng)目作業(yè)時(shí)間可縮短20 min以上，并且大大提升了作業(yè)安全性，具有較強(qiáng)的推廣使用價(jià)值。

5 結(jié)語

本文所研制的桿頂過渡引線臨時(shí)支架，能夠使整個(gè)帶電更換10 kV柱上聯(lián)絡(luò)斷路器項(xiàng)目作業(yè)時(shí)間從150 min減少至130 min，有效提升了作業(yè)效率。同時(shí)，該臨時(shí)支架的成功應(yīng)用能夠使作業(yè)人員在作業(yè)過程中從10 kV線路外側(cè)完成對中相臨時(shí)過渡引線的固定工作，完全避免了傳統(tǒng)作業(yè)方式中進(jìn)入線檔之間拆裝中相PS15針式絕緣子這一危險(xiǎn)動作，最大限度地保證了作業(yè)安全性，克服了傳統(tǒng)作業(yè)方式帶來的難題，取得了良好效果。