一種進(jìn)出電場絕緣梯的研制＊

程續(xù)濤，林財(cái)?shù)拢愑榔?，莊濟(jì)源，吳立煒，趙凌杰

（國網(wǎng)福建省電力有限公司漳州供電公司，福建 漳州 363000）

隨著電網(wǎng)的快速發(fā)展，構(gòu)建堅(jiān)強(qiáng)的電網(wǎng)需要越來越多的檢修維護(hù)作業(yè)。帶電檢修作業(yè)中等電位作業(yè)方式最為直接有效，絕緣梯由于其便捷和舒適的特點(diǎn)在110～220 kV 輸電線路等電位作業(yè)中的應(yīng)用最為普遍[1-2]。

然而，絕緣梯在使用過程中容易出現(xiàn)以下問題：①抗彎性能下降。為了增大作業(yè)中的組合間隙，必須增加絕緣梯的長度，然而長度的增加會導(dǎo)致絕緣梯抗彎性能嚴(yán)重下降，尤其是在絕緣梯中間位置，當(dāng)進(jìn)出電場人員行至此位置時(shí)，整副梯子彎曲似緊繃的弓形，該位置發(fā)生斷裂的概率也是最大的，隨著時(shí)間的推移，此位置疲勞損傷最為嚴(yán)重[3]。②梯身易磨損。梯身磨損位置一般出現(xiàn)在絕緣梯尾端部分，該部分與地端塔材通過絕緣繩綁扎固定[4]。等電位人員沿絕緣梯進(jìn)出電場過程中絕緣梯會前后晃動，致使梯身與塔材接觸時(shí)摩擦受損，尤其是點(diǎn)與點(diǎn)之間摩擦產(chǎn)生的損傷最為嚴(yán)重，直接造成絕緣梯絕緣性能和梯身承力強(qiáng)度下降[5]。③梯頭鉤無自動閉鎖功能。架設(shè)好的絕緣梯梯首端是通過開口的梯頭鉤直接掛在導(dǎo)線或其他連接金具上，該連接部位為非可靠連接，存在因外力因素和操作不當(dāng)致使梯頭鉤脫開連接的風(fēng)險(xiǎn)[6]。以上是絕緣梯在應(yīng)用過程中出現(xiàn)的主要問題，這些問題的存在不僅使絕緣梯在檢修作業(yè)過程中埋下安全隱患，且絕緣梯的使用壽命也會大打折扣。

為改善絕緣梯在實(shí)際應(yīng)用過程中的現(xiàn)狀，檢修作業(yè)人員也進(jìn)行了許多嘗試。通過增加絕緣梯管材厚度及在梯身中間加裝絕緣繩提拉來增強(qiáng)絕緣梯的抗彎性能，但管材厚度的增加必然導(dǎo)致梯身自重的增加，無法顯著改善絕緣梯抗彎性能；而且在梯身中間加裝絕緣繩提拉的方法會造成絕緣梯段與段的連接部位頻繁的正反向彎曲，加劇連接部位疲勞損傷和磨損。通過在絕緣梯尾端纏繞布條和加裝護(hù)墊來減少梯身與塔材之間的摩擦，這種方法實(shí)施起來不但麻煩，而且所用的材料多為非絕緣材料并且易耗，在實(shí)際檢修作業(yè)過程中并未得到更多的采納和應(yīng)用。因此，研制一種抗彎性能優(yōu)良、耐磨損、帶自閉鎖功能的絕緣梯來提高作業(yè)安全性和增加工具使用壽命顯得尤為重要和迫切。

1 進(jìn)出電場絕緣梯材質(zhì)選型

絕緣梯本體材質(zhì)的選擇應(yīng)綜合考慮材質(zhì)的絕緣耐壓、機(jī)械抗拉抗彎、單位體積所受到的重力及加工難易等性能，不能單純追求某一方面的性能?；诮^緣梯實(shí)際應(yīng)用場景需要，其材質(zhì)應(yīng)選用硬質(zhì)絕緣板材或管材，現(xiàn)有2 種主流絕緣材料，其性能參數(shù)如表1 所示。

本文選用增強(qiáng)型環(huán)氧玻璃鋼樹脂作為進(jìn)出電場絕緣梯的材質(zhì)，并且在加工生產(chǎn)工藝上采用蜂窩夾層的3 層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，中間為蜂窩狀夾層，外面為高強(qiáng)度玻璃纖維布，最外層為增強(qiáng)型樹脂。蜂窩結(jié)構(gòu)可以增強(qiáng)絕緣梯本體機(jī)械抗拉抗彎性能，一定程度上提高了絕緣梯自身的機(jī)械性能。

2 進(jìn)出電場絕緣梯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

絕緣梯的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不僅關(guān)系到檢修作業(yè)中能否安全可靠耐用，還關(guān)系到運(yùn)輸和保管過程中的便捷和空間的節(jié)省。為了達(dá)到實(shí)際應(yīng)用中的要求，從整體結(jié)構(gòu)優(yōu)化、抗磨設(shè)計(jì)、抗彎維穩(wěn)結(jié)構(gòu)、梯頭鉤自動閉鎖功能4 個(gè)方面來改善和彌補(bǔ)現(xiàn)有絕緣梯的不足。

2.1 分段式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

基于運(yùn)輸和存放過程中便捷及檢修作業(yè)中絕緣梯長度可靈活多變的原則，絕緣梯整體結(jié)構(gòu)采用三段式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，如圖1 所示。絕緣梯整體長度為6 m，三段長度分別為2.5 m、2.5 m 和1 m，段與段之間縱向連接通過矩形鋁合金套管來實(shí)現(xiàn)，每個(gè)套管依靠4 個(gè)等間距橫向貫穿螺栓實(shí)現(xiàn)硬連接，為增加絕緣梯有效絕緣長度，矩形鋁合金套管長度設(shè)為25 cm。三段可組合使用，也可任兩段組合使用，這樣組合長度可以有3.5 m、 5 m 和6 m 這3 種不同長度，可根據(jù)不同電壓等級或不同塔型靈活選取相對應(yīng)長度的絕緣梯，避免長度的冗余給架設(shè)絕緣梯帶來不便。

圖1 絕緣梯整體結(jié)構(gòu)圖

2.2 抗磨損結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

有數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，70%以上的絕緣梯的損壞或報(bào)廢是由絕緣梯磨損引起的，因此減少或避免絕緣梯磨損是延長其使用壽命和降低成本的有效手段。設(shè)計(jì)了一款彈性耐磨絕緣橡膠護(hù)套來保護(hù)絕緣梯（如圖2 所示），該護(hù)套結(jié)構(gòu)上為開口矩形護(hù)套，內(nèi)徑略大于絕緣梯梯身主材的外徑，護(hù)套開口邊緣為連續(xù)排列的半圓凹口設(shè)計(jì)，凹口直徑等于梯結(jié)直徑。掰開護(hù)套可以緊密貼合套在絕緣梯矩形管材上，凹口扣在絕緣梯梯結(jié)上，可防止護(hù)套的前后移動。護(hù)套高彈性可保障護(hù)套的反復(fù)掰合后自身形態(tài)的恢復(fù)，經(jīng)久使用不會因變形而失去緊密貼合的抱箍能力，耐磨性應(yīng)確保護(hù)套墊在絕緣梯與塔材之間擠壓摩擦而不易破損，絕緣性可以保持絕緣梯的有效絕緣長度。這種彈性耐磨絕緣橡膠護(hù)套拆裝方便、位置可調(diào)，極大地節(jié)省了額外實(shí)施絕緣梯磨損保護(hù)的工序，實(shí)現(xiàn)絕緣梯可靠的抗磨防護(hù)。

圖2 絕緣橡膠護(hù)套結(jié)構(gòu)圖

2.3 抗彎維穩(wěn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

增強(qiáng)材質(zhì)本身抗彎性能和加強(qiáng)絕緣梯段與段的硬性連接都不能很好地改善絕緣梯的抗彎性能，因此提出了絕緣梯三角形抗彎維穩(wěn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，如圖3 所示。這種設(shè)計(jì)利用三角形的穩(wěn)定性原理，在絕緣梯段的連接位置，即在承受人員負(fù)荷時(shí)絕緣梯彎曲的最低點(diǎn)兩端連接絕緣拉桿，與鋁合金套管加裝的支撐金具進(jìn)行連接，形成了絕緣拉桿、絕緣梯與支撐金具三邊連接的三角結(jié)構(gòu)。

圖3 三角形抗彎維穩(wěn)結(jié)構(gòu)

三角抗彎維穩(wěn)結(jié)構(gòu)可以把縱向垂直與絕緣梯的負(fù)荷橫向分散至絕緣梯本身，從而減弱縱向垂直負(fù)荷下絕緣梯產(chǎn)生的彎曲。該結(jié)構(gòu)雖然改變了絕緣梯的外形結(jié)構(gòu)，檢修作業(yè)過程中也可能帶來妨礙架設(shè)的影響，但一定程度上加強(qiáng)了梯段之間的連接，增加了絕緣梯的安全系數(shù)，而且抗彎效果還十分顯著。

2.4 梯頭鉤自動閉鎖結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

梯頭鉤自動閉鎖設(shè)計(jì)采用旋轉(zhuǎn)式循環(huán)擺桿原理（如圖4 所示），在梯頭鉤入口位置增加四擺桿共軸旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，擺桿之間相互間隔90°，擺桿長度以從軸點(diǎn)至梯頭開口剛好能封閉為準(zhǔn)。擺桿621、622、623 和624 可圍繞軸承旋轉(zhuǎn)，該軸承具備正轉(zhuǎn)逆止和反轉(zhuǎn)正止2 種旋轉(zhuǎn)模式，且2 種模式可人工切換。當(dāng)導(dǎo)線進(jìn)入梯頭鉤內(nèi)時(shí)，采用正轉(zhuǎn)逆止模式，即擺桿621 到達(dá)擺桿623 的位置，擺桿624 到達(dá)擺桿622 的位置，此時(shí)擺桿624 實(shí)現(xiàn)開口部61 的封閉，即導(dǎo)線無法從梯頭鉤中脫出，實(shí)現(xiàn)梯頭鉤的閉鎖；當(dāng)導(dǎo)線從梯頭鉤內(nèi)脫出時(shí)，采用反轉(zhuǎn)正止模式，即擺桿624 引導(dǎo)導(dǎo)線，擺桿624回到擺桿622 的位置，擺桿623 回到擺桿621 的位置，擺桿622 對開口部61 進(jìn)行封閉，以阻止導(dǎo)線在此進(jìn)入梯頭鉤內(nèi)。正向與反向模式的切換可通過絕緣操作桿間接操作，也可由等電位人員退出電場前切換模式。

圖4 自動閉鎖原理結(jié)構(gòu)

3 進(jìn)出電場絕緣梯耐壓及抗彎性能測試

進(jìn)出電場絕緣梯經(jīng)過材質(zhì)和結(jié)構(gòu)方面的優(yōu)化設(shè)計(jì)后，必須進(jìn)行相應(yīng)的電氣性能和機(jī)械抗彎性能測試后才能進(jìn)入實(shí)際現(xiàn)場應(yīng)用。電氣性能測試主要是測試耐受電壓等級，能夠在110～220 kV 電壓等級下保障等電位作業(yè)人員安全；機(jī)械抗彎性能測試主要是測試在絕緣梯水平架設(shè)時(shí)，受到縱向垂直負(fù)荷時(shí)梯身的抗彎曲能力。

3.1 耐壓性能測試

按照絕緣工具預(yù)防性試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，對220 kV 絕緣工具進(jìn)行耐壓測試，測試了干燥狀態(tài)下絕緣梯的電氣性能，如表2 所示。

表2 電氣性能測試

由表2 可知，改進(jìn)后的絕緣梯在材料選型上能夠承受不小于220 kV 的電壓等級，耐壓試驗(yàn)?zāi)軌蛲ㄟ^，其絕緣性能滿足110～220 kV 電壓等級進(jìn)出電場環(huán)境的要求。

3.2 抗彎性能測試

抗彎性能測試采用絕緣梯最長長度（全長6 m），水平架設(shè)，按作業(yè)人員體重80 kg 進(jìn)行絕緣梯機(jī)械承力抗彎測試，并與普通絕緣梯進(jìn)行抗彎性能對比，如表3所示。

表3 抗彎性能測試

通過表3 的對比分析，本文所述的改進(jìn)后的絕緣梯采用了三角抗彎維穩(wěn)結(jié)構(gòu)，與普通的絕緣梯（三段式全長6 m）相比，在相同試驗(yàn)荷重2 400 N 下，絕緣梯的最大撓度降低了48 cm，其抗彎性能提升了80%。抗彎性能的大幅提升不僅保障了進(jìn)出電場作業(yè)人員的安全，也降低了大撓度下絕緣梯的疲勞損傷，提高了絕緣梯的使用壽命。

4 結(jié)束語

本文通過對進(jìn)出電場絕緣梯的材質(zhì)選型及加工工藝進(jìn)行改進(jìn)，提高了絕緣梯的耐壓性能和機(jī)械剛度。所提出的三角抗彎維穩(wěn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使絕緣梯的抗彎性能提高了80%，增強(qiáng)了絕緣梯的安全性能；耐磨損結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)避免了絕緣梯的摩擦損耗，大大延長了工具使用壽命；梯頭鉤自動閉鎖結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)簡單可靠、靈活便捷，極大地提升了作業(yè)過程中人員的安全。本文所研制的進(jìn)出電場絕緣梯彌補(bǔ)了現(xiàn)有絕緣梯抗彎性能差、梯身易磨損和安全系數(shù)低的不足，具有極大的推廣應(yīng)用價(jià)值。