帶電更換ZM塔懸垂串絕緣子專用卡具的設計及應用

周曉虎，汪建勤，吳寶貴，周 秧

（1.浙江省電力公司培訓中心，浙江 建德 311600；2.金華電業局，浙江 金華 321017）

1 問題的提出

為保證電網的安全可靠穩定運行，減少因停電消缺帶來的電量損失，帶電更換因雷擊、外力損壞的絕緣子串，是消除輸電線路缺陷的主要方法。帶電更換絕緣子時，需先將導線荷載轉移到承力工具上，使絕緣子串松弛，從而更換損壞絕緣子。緊線絲桿法[1]帶電更換懸垂串絕緣子具有操作方便、所用工具少、效率高、適應性廣等優點，因此在帶電作業中得到廣泛應用。

ZM1b，ZM2a，ZM5等ZM型塔是華東電力設計院和浙江省電力設計院基于華東電網和浙江電網的需求而特別設計的塔型（見圖1），具有結構穩定、適用各種地形條件、節省線路走廊等顯著特點，在華東地區應用廣泛。

圖1 ZM直線塔

為加強該類型桿塔邊相橫擔的受力穩定性，其邊相橫擔由2塊槽鋼組合而成（如圖2所示），2塊槽鋼的間距僅為10 mm，該設計很好地改善了橫擔端部絕緣子串連接部位的受力狀況。

圖2 ZM直線塔邊相橫擔結構

而其它直線型塔的橫擔端部一般由2塊角鋼背向背組合而成，2塊角鋼的間距約為60～100 mm。由于目前通用的帶電更換直線塔絕緣子專用卡頭均按背靠背角鋼端部連接設計（見圖3），因此不適用于ZM1b，ZM2a，ZM5等ZM型塔。

圖3 普通直線塔橫擔卡具安裝示意

2 解決方案

針對ZM型橫擔的特點，結合500 kV線路其它桿塔帶電更換直線塔絕緣子的綜合要求，本文提出了“卡具專用、絲桿通用”的設計思路，研制了ZM1b，ZM2a，ZM5等ZM塔型橫擔的專用卡頭[2]，見圖4。在不同類型桿塔上進行相應的帶電作業時只需更換卡頭即可，從而一方面滿足了現場帶電作業的工作要求，同時又極大降低了絕緣工器具的制作成本[3]，提高了帶電作業工器具的通用性和使用效率[4]。

由于ZM塔邊相橫擔端部2塊組合槽鋼的間距只有10 mm，通用絲桿無法通過，經過大量的綜合研究和方案對比后，決定在橫擔端部采用特制的鋁合金卡頭，將緊線絲桿安裝在導線端，由等電位作業人員負責緊固。該設計解決了在橫擔上操作時安全距離不夠的問題，基本不受ZM塔型尺寸變化的影響（即ZM1b，ZM2a，ZM5等塔型雖然塔頭端部有差別，但仍可通用），并且得到了實用性驗證。專用卡頭在橫擔側的安裝示意和裝有絲桿的四線鉤在導線側的安裝示意分別如圖5、圖6所示。

圖4 ZM1b，ZM2a，ZM5等塔型的橫擔專用卡頭

圖5 專用卡頭在ZM塔橫擔上的安裝示意

圖6 緊線絲桿在導線上的安裝示意

3 強度計算及試驗

3.1 計算實例

設ZM塔導線參數為4×LGJ-630/45鋼芯鋁絞線，正方形布置，分裂間距450 mm；設計最大風速30 m/s，設計覆冰厚度10 mm；垂直檔距最大取800 m。

導線使用垂直荷載G按下式計算∶

式中：LV為垂直檔距；Q為導線單位長度的質量；n為每相導線的根數；GJ為絕緣子、金具及間隔棒重量。

取Q為2497 kg/km，GJ為800 kg，按式（1）計算，G為87.9kN。

為提高安全性，考慮適當裕度，取卡頭的工作荷載G為100 kN。

專用卡頭參數為：卡頭拉板寬3 cm、厚0.9 cm，卡頭頂端高度2 cm；所用材料為3A21鋁合金， 抗拉強度 σ≥530 MPa； 抗剪強度 τ≥300 MPa；安全系數k為4，沖擊系數k1為1.1。經計算[5]，卡頭許用拉應力[σ]為 120.5 MPa，許用剪切力[τ]為68.2 MPa，卡頭最大拉應力 σ1為 37.0 MPa， 小于[σ]； 卡頭最大剪力 τ1為 8.3 MPa， 小于[τ]。

通過計算可知，所設計的專用卡頭完全滿足拉伸與剪切強度要求。

3.2 試驗及應用情況

（1）出廠試驗：將該提線工具組裝在相應額定荷重的ZM塔直線絕緣子串上，施加2.5倍允許工作負荷，持續5 min，工具無變形及損傷；施加1.5倍允許工作動負荷，操作3次，工具靈活，無卡澀現象[6]。

（2）檢驗試驗：2007年5月，金華送變電工程有限公司試驗中心對500 kV專用卡頭進行破壞性試驗，將其組裝成工作狀態，加100 kN拉力，耐受2.5 h，結果無異常，認證該產品合格。

4 專用卡具的使用

作業開始前，作業人員應首先對絕緣子串的長度進行安全距離校核。根據相關規程，500 kV線路最小安全距離應不小于3.2（3.4）m，絕緣吊桿最小絕緣有效長度不小于3.7 m。若為瓷質絕緣子，應進行測零，保證良好絕緣子片數不少于23片，方可開始工作。地面電工用絕緣傳遞繩將卡具傳遞上塔，地電位電工在ZM塔橫擔鋼槽上安裝專用卡頭，并與絕緣吊桿相連接。等電位電工采用定長蕩入法或軟梯法進入等電位，配合地電位電工將裝有絲桿的四線鉤安裝在四分裂導線上，等電位電工收緊絲桿，使絕緣子串松弛。等電位電工摘除絕緣子串下端的螺絲，使絕緣子串脫離導線。地電位電工用傳遞繩系住絕緣子串，地面人員通過機動絞磨提升瓷瓶串，直到絕緣子串與橫擔連結處松弛。隨后地電位電工摘螺絲，使絕緣子串與橫擔脫離。最后松下絕緣子串并換上新絕緣子串。

自2007年4月以來，金華電業局已多次在500 kV寧雙線、龍王線等線路上帶電更換ZM塔懸垂串絕緣子，解決了以往ZM塔直線串不能帶電更換的難題，提高了供電可靠性，填補了技術空白，取得了較好的經濟和社會效益。該技術已被多家電力公司采用，取得了良好的效果。

5 結論

廣泛應用于華東電網和浙江電網的ZM1b，ZM2a，ZM5等ZM型鐵塔，因其獨特的橫擔槽鋼結構而無法使用常規卡具帶電更換絕緣子串。本著“卡頭專用、絲桿通用”的設計理念，成功設計了適用于上述塔型的專用卡頭，從而使絲桿法帶電更換懸垂串絕緣子得以順利開展。出廠試驗及檢驗試驗證明，該卡頭完全滿足額定負荷更換絕緣子的需要，設計結構簡單，適用性強，已應用于數條500 kV線路，產生了較好的效益。

[1] 國家電網公司組編.帶電作業操作方法第1分冊，輸電線路[M].北京：中國電力出版社，2009.

[2] GB/T 15632-2008帶電作業用提線工具通用技術條件[S].北京：中國標準出版社，2010.

[3] DL/T 463-2006帶電作業用絕緣子卡具[S].北京：中國電力出版社，2006.

[4] 郝旭東，紀建民，智潤倉.帶電更換500 kV直線轉角塔絕緣子串通用工具的研制[J].華北電力技術，2008（2）∶8-9.

[5] 劉鴻文.材料力學（第4版）[M].北京：高等教育出版社，2004.

[6] 電力安全工作規程（線路部分）[M].北京：中國電力出版社，2009.

[7] DL/T 966-2005送電線路帶電作業技術導則[S].北京：中國電力出版社，2006.