500 kV四聯耐張絕緣子串首末片絕緣子更換工具的研制

言大偉，汪勇軍，齊輝

（國網浙江省電力公司杭州供電公司，杭州310009）

500 kV四聯耐張絕緣子串首末片絕緣子更換工具的研制

言大偉，汪勇軍，齊輝

（國網浙江省電力公司杭州供電公司，杭州310009）

四聯耐張絕緣子串是杭州地區500 kV輸電線路中采用較多的一種形式，其首末片絕緣子更換時，由于一側連接二聯板，造成閉式卡具難以使用；整串更換四聯耐張絕緣子串難度較大，工器具要求高。通過研制新式更換工具并制定高效作業方案，實現非整串更換500 kV線路四聯耐張絕緣子串首末片絕緣子，解決了長期困擾輸電線路檢修工作的難題。

500 kV；四聯耐張絕緣子串；首末片絕緣子；更換工具

0 引言

受早期設計水平、設備制造能力的限制，杭州地區500 kV輸電線路耐張塔普遍采用四聯絕緣子串形式。該型絕緣子串結構復雜，四分裂導線組合張力大，整串更換絕緣子時存在作業時間長、勞動強度大的問題[1]。閉式卡具能非整串更換除首末片（一側連接二聯板與絕緣子相連的連接金具）外的任意絕緣子，但承受分布電壓較高、易造成絕緣缺陷的首末片絕緣子卻無法更換，只能采用整串更換的作業方法。此外，由于500 kV主干電網高供電可靠性的要求，必須縮短更換設備引起的計劃停運時間，或盡可能采用帶電作業方式[2，3]。因此，有必要開發研制安全、輕巧、可靠的更換工具，制定高效的作業方案，用于更換四聯耐張絕緣子串首末片絕緣子。

1 傳統的更換作業方法

1.1 四聯耐張絕緣子串結構特點

四聯耐張絕緣子串由4串160 kN（16 t）級懸式絕緣子及連接金具組成[4]：單側上下2根子導線通過耐張線夾、U型掛環、調整板、直角掛板、二聯板、平行掛板與上下2串絕緣子相連，再由上下2串絕緣子通過二聯板、平行掛板、牽引板、U形掛環固定在橫擔上；單側雙串絕緣子通過支撐架構成方框狀的四聯串結構形式，如圖1所示。早期超高壓500 kV線路的機電荷載由該型絕緣子串承擔，收緊單根子導線的張力達3～5 t。

1.2 傳統作業方法存在的問題

更換單片絕緣子只需緊線裝置轉移其承受的機電荷載即可，這是閉式卡具握著所換絕緣子兩端、收緊絲杠更換的原理，可大大減少整串更換時的過牽引長度。而首末片絕緣子的其中一側連接二聯板，因現有閉式卡具未考慮與二聯板的固定方式，因而無法直接更換首末片絕緣子，導致每次出現首末片絕緣子劣化時都必須整串更換，大大增加了勞動強度。

整串更換的主要問題有：

（1）收緊距離過長。同時收緊單側上下2根子導線至單側上下2串絕緣子達到脫離金具的松弛狀態，需收緊100～150 mm；安裝新的絕緣子串時由于其自重較大且橫擔端高于導線端，易引起絕緣子串下滑，還要再收緊50～100 mm。因此，收緊距離總長會達到200 mm以上，引起導線水平張力大大增加[5]。如試驗線路（瀝富5921線）子導線收緊后張力增加30%～40%（通過瀝富5921線典型參數如代表檔距、耐張段長度以及弧垂等輸入導線張力計算軟件獲得），用于收緊導線的承力工具需考慮收緊后的導線張力進行規格選擇，且過大的收緊距離會引起子導線張力不均衡和間隔棒錯位后扭曲變形，因此需提前拆除檔距內的所有間隔棒。

（2）作業效率過低。整串更換前要拆除屏蔽環、支撐架和間隔棒，更換后再復位。將更換絕緣子所在側聯板的2串絕緣子降至地面，更換后再升高至原位置組裝，整串更換的操作時間約為4 h（考慮操作人員一般熟練程度），且存在以下問題：收緊距離長且要注意同步，費時費力；拆除并復位附件以及整串絕緣子的復雜操作對單片絕緣子更換都是無用功。

（3）勞動強度過大。四聯耐張絕緣子串每串長約5 m，重約300 kg，需要的托瓶架自重和尺寸都較大，造成操作人員安裝使用困難。操作所用的4副手扳葫蘆和緊線器集中布置在裝置兩側，造成操作人員作業空間狹小。收緊距離過長且要兼顧4副手扳葫蘆的均勻受力，使操作復雜程度增加。過長的操作時間容易導致操作人員疲勞，造成安全意識松懈。

傳統作業方法效率低、勞動強度大，進而影響安全系數，因此較少采用，導致四聯耐張絕緣子串的首末片缺陷絕緣子不能及時更換，從而影響了500 kV線路供電可靠性。因此，需要設計一套簡便快捷的作業工具，將首末片絕緣子一側的聯板作為受力點，簡化裝置并減少工作量。

圖1 500 kV四聯耐張絕緣子串結構

2 新的作業工具

2.1 現有工具思考

大刀卡是輸電線路現有檢修作業中的專用聯板卡具，如圖2所示，其收緊絕緣子時會在F方向產生分力，造成打滑。改良后的設計如圖3所示，雖能解決卡具受力穩定性問題，但增加了卡具重量。而且現有工具不管是否改良，大刀卡單端與閉式卡具雙端的連接方式仍無法解決。

圖2 大刀卡使用易打滑的缺陷

圖3 解決大刀卡受力穩定性的改進

2.2 新工具的研制

通過思考與探索，發現卡體可以借鑒大刀卡穩定性改造方式，端部可借鑒翼型卡型式由雙端與閉式卡具連接。因此，研制了可分離式新卡具，由卡體和機翼狀的雙端連接體兩部分組成。

2.2.1 屈臂狀的卡體

卡體設計如圖4所示，縱向貫通的卡槽能夠包在平行掛板與二聯板連接的圓形端頭處，屈臂狀設計以及圓弧形[6]的卡槽有利于均勻承受荷載，有效消除受力薄弱點。端部設置螺孔，用拆卸方便且強度高的扁頭螺釘將卡具可靠地固定在聯板上。主體通過底部的4個螺孔連接翼型板。

圖4 卡體設計

2.2.2 機翼狀的雙端連接體（翼型板）

翼型板設計如圖5所示，其長度與現有閉式卡具相匹配，兩端各設置1個貫穿的螺孔，通過螺栓連接絲杠和閉式卡具。為了增強翼型板對主體的抗彎、抗剪切性，一體化設計時在水平板前后增加了豎直支撐板，同時在保證強度的前提下合理減重，包括水平板與支撐板從中間向端部寬度縮小（類似機翼），以及在前后支撐板間采用鏤空設計。

圖5 翼型板設計

2.2.3 選材及制造

考慮高空攜帶操作的便捷性，選用強度高、重量輕的LC4鋁合金作為主材，對成品進行機械強度校驗（1.25倍額定載荷，持續10 min），確保無損傷、無可視變形，滿足規程對安全使用的要求[7]。新工具成品如圖6所示。

3 新的作業方案

新的作業方案以待換絕緣子為中心，一側聯板固定新式卡具，一側間隔1片絕緣子固定閉式卡具，兩者通過絲杠連接，使用狀態如圖7所示。

新方案將傳統整串更換耐張絕緣子串時錨線與張力轉移合二為一的方式改為獨立方式。先用聯板兩側手扳葫蘆錨緊導線至待換絕緣子所在串放松，進而用新卡具-絲杠-閉式卡具的成套裝置使待換絕緣子完全松弛，從而達到更換絕緣子的目的。操作時一旦發現絕緣子串出現松弛跡象，即可搖動絲杠轉動扳手收緊兩側卡具至受力均勻；至待換絕緣子取出空間足夠，即可拔掉鋼帽與連接金具球頭間、鋼腳與第二片絕緣子鋼帽間的鎖緊銷，用新絕緣子替換；替換結束后，搖松絲杠，放松鏈條葫蘆，將荷載重新轉移到耐張絕緣子串上。

圖6 新卡具成品

圖7 新方案成套工具使用狀態

4 新工具及方案的優點

（1）采用手扳葫蘆略微放松絕緣子串后，應用新的成套工具更換首末片絕緣子，收緊距離與整串更換相比幾乎可以忽略不計。與整串更換時因收緊距離增大導致導線張力增加的程度相比，新工具方案整套裝置承受導線張力的增加幾乎為零，既提高了操作的安全性，又可在保證安全裕度的情況下選擇一般規格的承力工具。

（2）為了成功更換首末片絕緣子，收緊絲杠只轉移新卡具與閉式卡具間2～3片絕緣子的荷載，對應的操作步驟都是有作用的，大大提高了工作效率，作業時間只需約1 h，較原作業方案明顯縮短[8]。

（3）不需安裝、使用自重和尺寸都較大的托瓶架，取而代之的是輕便成套工具。由于收緊距離較小，只需要在所換絕緣子兩側布置手扳葫蘆，與整串更換需布置4副手扳葫蘆相比數量減半，大大簡化了工器具布置。

（4）與停電作業相比，帶電作業只需用絕緣錨線桿取代手扳葫蘆，并將成套裝置在地面組裝好后用絕緣繩傳遞至塔上進行更換操作。由于新工具及方案可高效便捷地更換缺陷絕緣子，能較好地適應帶電作業的要求，操作人員作業時容易保持安全距離和組合間隙距離。

5 結語

（1）采用新工具對500 kV四聯耐張絕緣子串進行首末片絕緣子更換，導線過牽引距離小，施工簡便，安全可靠。

（2）新卡具解決了所換絕緣子一側為聯板的固定問題，采用分離式設計，拆裝方便，可適應不同型號聯板，通用性強；與絲杠、閉式卡具組合可成功更換擔序或線序第一片絕緣子；在滿足《電力安全工作規程》要求的組合間隙條件下，可以帶電更換四聯耐張串首末片絕緣子。

（3）使用整套工具及作業方案，制定相應的作業指導書，滿足國家標準和行業標準的各項安全要求，有效縮短了更換四聯耐張串首末片絕緣子的時間，提高了工作效率和線路的可靠性，為企業贏得了經濟效益和社會效益。

[1]邢軍，張云飛，王俊，等．500kV四聯耐張絕緣子雙串整體法帶電更換工具[C]．中國電機工程學會年會論文集, 2008．

[2]DL/T 741-2001架空送電線路運行規程[S]．北京：中國電力出版社，2001．

[3]國家電網公司．架空輸電線路管理規范[M]．北京∶中國電力出版社,2006．

[4]孫鑫茂，劉新平，謝小松．帶電更換500 kV線路四聯耐張串絕緣子[J]．上海電力，2007（2）∶207-208．

[5]孫鑫茂，劉新平，謝小松．帶電更換500 kV線路四聯耐張串絕緣子[J]．華東電力，2007，35（6）∶70-72．

[6]張四國，齊延平，何玉寶．單跨復合圬工圓弧拱受力特性分析研究[J]．城市道橋與防洪，2013（6）∶238-243．

[7]DL/T 596-1996電力設備預防性試驗規程[S]．北京：中國電力出版社，1996．

[8]趙志修．改進的翼型卡具在配電網帶電作業中的應用[J]．浙江電力，2013，32（11）∶63-65．

（本文編輯：徐晗）

Development of Tools for Head and End Pieces of Strain Fourfold Insulator Strings on 500 kV Lines

YAN Dawei，WANG Yongjun，QI Hui
（State Grid Hangzhou Power Supply Company，Hangzhou 310009，China）

The strain fourfold insulator strings are widely used in 500 kV lines in Hangzhou.The closed fixtures cannot be used for replacement of the head and end pieces of strain fourfold insulator strings due to connection with two-joint boards at one side.However，it is rather difficult to replace the whole strain fourfold insulator strings and there are higher requirements on tools and implements.By development of new tools and efficient replacement program，replacement of the head and end pieces of strain fourfold insulator strings other than the whole strings is implemented.Therefore，difficulties that exist long in transmission line maintenance are eliminated.

500 kV；strain fourfold insulator strings；the head and end insulator；replacement tools

TM752+.2

：B

：1007-1881（2014）12-0069-04

2014-08-28

言大偉（1987-），男，浙江杭州人，輸電線路高級工，從事輸電線路運行檢修維護工作。