±800 kV 特高壓錦蘇線檢修關(guān)鍵工器具的研制

魯永生，康宇斌，張云翔

(江蘇省電力公司檢修分公司，江蘇南京 211102)

錦蘇線是錦屏換流站至蘇州換流站的±800 kV特高壓直流輸電線路，承擔(dān)著雅礱江流域錦屏一、二級和官地水電站的電力外送任務(wù)，對于促進西南地區(qū)水電開發(fā)及緩解華東地區(qū)用電緊張局面具有十分重要意義。本文根據(jù)±800 kV 錦蘇線懸垂串和耐張串型式和橫擔(dān)結(jié)構(gòu)，以及大噸位盤形絕緣子單個質(zhì)量重不易操作等特點，研制適用于900 mm2大截面導(dǎo)線的提線工器具和耐張串盤形絕緣子更換的卡具，為±800 kV 錦蘇線檢修作業(yè)提供工藝支撐和技術(shù)保障。

1 錦蘇線結(jié)構(gòu)特點

±800 kV 錦蘇線是我國首條采用六分裂900 mm2截面導(dǎo)線和760 kN 絕緣子的特高壓直流輸電線路，輸送功率7200 MW[1]，與其他±800 kV 特高壓直流輸電線路相比，其輸送容量更大、輸送距離更遠，代表了高壓直流輸電技術(shù)的新高峰。導(dǎo)地線主要參數(shù)如表1所示，直線塔絕緣子參數(shù)如表2 所示，耐張塔絕緣子參數(shù)如表3 所示。

表1 導(dǎo)地線主要參數(shù)

表2 直線塔絕緣子參數(shù)

表3 耐張塔絕緣子參數(shù)

2 檢修工器具研制思路

線路檢修包括停電檢修和帶電檢修，主要包括絕緣子清掃、絕緣子及金具更換、修補導(dǎo)地線、更換間隔棒或防振錘、導(dǎo)地線異物處理等。更換耐張絕緣子或連接金具主要依靠閉式卡和端部卡；更換懸垂串絕緣子或連接金具，主要依靠提線工器具提升導(dǎo)線至絕緣子串松弛后將絕緣子或連接金具更換；帶電修補導(dǎo)地線、更換間隔棒或防振錘、處理異物等，關(guān)鍵在于等電位作業(yè)人員的安全防護和進出電場的方式。

根據(jù)±800 kV 錦蘇線設(shè)備特點，更換單V 懸垂串合成絕緣子或連接金具的提線工器具，研究難點在于六分裂導(dǎo)線提線器、提升設(shè)備和用于帶電作業(yè)的絕緣拉棒，其中六線一體式提線器是同行領(lǐng)先；更換雙V 懸垂串合成絕緣子或連接金具的提線工器具，研究難點在于大刀卡、聯(lián)塔掛具和用于帶電作業(yè)的絕緣拉棒；更換耐張串任意片的卡具，尤其是760 kN 耐張絕緣子，錦蘇線全線僅為江蘇段獨有，單片質(zhì)量達30 kg，研究難點在于閉式卡、端部卡和托瓶架[2]。

3 更換懸垂串工具的研制

3.1 工作荷載確定

±800 kV 錦蘇線JL/G3A-900/40 導(dǎo)線的計算重量2 790.2 kg/km，最大垂直檔距為600 m，單極導(dǎo)線采用六分裂方式，合成絕緣子V 串夾角在90°～100°，按最大角度100°分析，如圖1 所示。對于單V 串提線的最大荷載為98 438 N，則六分裂提線器、提升設(shè)備和絕緣拉棒的工作荷載為100 kN；對于雙V 串提線的最大荷載為76 571 N，則大刀卡、聯(lián)塔掛具和絕緣拉棒的工作荷載為80 kN。

圖1 V 串受力分析示意圖

3.2 六線一體式提線器研制

根據(jù)單極6×JL/G3A-900/40 導(dǎo)線結(jié)構(gòu)和最大荷載，采用傳統(tǒng)機械絲杠較難實現(xiàn)提線功能，因此研制了采用液壓缸為提升設(shè)備的六線一體式提線器。該提線器擁有4個吊線鉤和本體架上方2個凹槽，按60°圓心角分布在直徑為900 mm的圓上，保證提線過程中導(dǎo)線線束的尺寸不變，吊鉤設(shè)計寬度125 mm，如圖2所示。結(jié)合V 串導(dǎo)線至橫擔(dān)下平面的垂直距離，獨創(chuàng)性的將液壓缸放在本體架內(nèi)部，活塞桿通過本體架軸向孔與機械絲杠、絕緣拉棒相連，這樣操作時更便捷、更靈活，同時又充分保證了絕緣桿的有效長度以及操作人員的安全距離。提線器4個吊線鉤、液壓缸與本體架之間采用螺栓固定，本體架和吊線鉤選用擇重量輕、強度高的鋁合金材料制作，使得提線器本體便于現(xiàn)場運輸和高空作業(yè)方便。

圖2 六線一體式提線器示意圖

采用兩側(cè)提線，需考慮橫擔(dān)寬度引起的弧垂量，錦蘇線鐵塔橫擔(dān)寬度平均在3 m 左右，根據(jù)任意點弧垂公式：

式（1）中：x=1.5 m，檔距L 取600 m時，弧垂量為254 mm。

考慮現(xiàn)場操作性，提線器液壓缸的行程確定為400 mm。作業(yè)時，塔上電工在橫擔(dān)前后操作孔掛好接頭，連接好機械絲杠、絕緣拉棒與六線一體式提線器，先用機械絲杠預(yù)收緊整套提線工具，再用液壓缸提升導(dǎo)線使絕緣子串松弛，換下絕緣子或連接金具。

3.3 大刀卡研制

±800 kV 錦蘇線雙V 串的每個肢采用聯(lián)板將兩支合成絕緣子并聯(lián)，如圖3 所示。據(jù)此在更換其中一支絕緣子時可以在二聯(lián)板上使用大刀卡。借助大刀卡的杠桿作用，只需施加雙V 串單個肢承受荷載的0.5 倍收緊力（即38 kN），便可使合成絕緣子串松弛，也就是說，可采用45 kN的防扭機械絲杠作為大刀卡的收緊裝置。為了高空作業(yè)方便，大刀卡和聯(lián)塔掛具選用重量輕、強度高的鋁合金材料制作。

圖3 雙V 串絕緣子示意圖

作業(yè)時，塔上電工將聯(lián)塔掛具安裝在橫擔(dān)掛點處或橫擔(dān)角鋼上，導(dǎo)線上電工將大刀卡安裝于導(dǎo)線側(cè)直角掛板和二聯(lián)板上，聯(lián)塔掛具通過絕緣拉棒連接大刀卡，導(dǎo)線上電工收緊大刀卡上的防扭機械絲杠完成合成絕緣子串的荷載轉(zhuǎn)移，絕緣子串松弛后進行更換。如圖4 所示。

圖4 大刀卡連接示意圖

3.4 絕緣拉棒研制

本文采用絕緣拉棒、預(yù)收緊機械絲杠和六線一體式提線器聯(lián)合提線的方式更換單V 絕緣子串，絕緣拉棒的結(jié)構(gòu)長度受塔頭間隙、金屬連接件和提線裝置行程等多方面因素影響，成為研制難點。±800 kV 錦蘇線直線塔導(dǎo)線與橫擔(dān)施工孔的垂直距離為8.1 m，考慮預(yù)收緊機械防扭絲杠和六線提線器活塞桿的長度，結(jié)合帶電作業(yè)車車廂內(nèi)尺寸，更換單V 串時采用2 節(jié)絕緣拉棒（單節(jié)長3.77 m，有效絕緣長度3.4 m），有效絕緣長度6.8 m 大于規(guī)程要求的6.6 m。基于合成絕緣子的結(jié)構(gòu)長度均為11.5 m，考慮聯(lián)塔掛具和機械防扭絲杠的長度，結(jié)合帶電作業(yè)車車廂內(nèi)尺寸，更換雙V 串時采用3 節(jié)絕緣拉棒（單節(jié)長3.9 m，有效絕緣長度3.53 m），有效絕緣長度10.6 m 大于規(guī)程要求的6.6 m，現(xiàn)場起吊和裝卸運輸均很方便[3]。

4 更換耐張串工具的研制

4.1 工作荷載確定

±800 kV 錦蘇線單導(dǎo)線的張力52.143 kN，單極6根導(dǎo)線的張力為312.86 kN。三聯(lián)串時每串絕緣子串的張力為104.29 kN，確定出三聯(lián)串卡具的工作負(fù)荷為150 kN；雙聯(lián)串時每串絕緣子串的張力為156.43 kN，確定出二聯(lián)串卡具的工作負(fù)荷為190 kN。

4.2 材質(zhì)比選

因為耐張絕緣子串的張力很大，所以選擇強度高，質(zhì)量輕，工作可靠的工器具材質(zhì)是確保現(xiàn)場實用性的關(guān)鍵。通過對結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和材料的優(yōu)選，綜合比選鈦合金、鋁合金、合金鋼等材料，性能如表4 所示。雖然鋁合金材質(zhì)較輕，但力學(xué)性能較差，做成的卡具尺寸較大，使用時要有足夠大的作業(yè)空間；合金鋼雖然和鈦合金的機械性能相近，但合金鋼的比重是鈦合金的1.8 倍，故合金鋼不可取；鈦合金的密度是鋁合金的1.6 倍，但強度卻是鋁合金的2 倍，做成的卡具尺寸及總體重量較鋁合金要小。

表4 主要材料性能比較

經(jīng)過比選，由于鈦合金具有強度高和重量輕的特點，考慮高空作業(yè)的難度，選取鈦合金材料作為制作卡具的材質(zhì)。

4.3 卡具研制

閉式卡（如圖5 所示）用于更換耐張串中間任意一片絕緣子，結(jié)合端部卡（如圖6、圖7 所示）可以更換任意一片瓷瓶。橫擔(dān)端部卡卡在牽引板QY-64S上，導(dǎo)線端部卡卡在平行掛板和三變二聯(lián)板之間。

圖5 耐張閉式卡整體圖

圖6 橫擔(dān)端部卡

圖7 導(dǎo)線端部卡

三聯(lián)串卡具和兩聯(lián)串卡具均采用鈦合金材料研制。以三聯(lián)串閉式卡為例，對卡具整體和耳片部位進行截面強度校驗。對于卡具整體，在卡具中心截面處將產(chǎn)生最大彎矩，此處的截面結(jié)構(gòu)如圖8 所示。該截面的抗彎截面模量為72 782.182 2 mm3，施加于該截面上的彎矩為20 625 000 N·mm，該截面上的彎曲應(yīng)力為283.37 MPa，安全系數(shù)取2.5時仍然小于鈦合金材料的最大允許彎曲應(yīng)力824 MPa，該截面強度足夠。

圖8 卡具中心截面示意圖

對于卡具兩端的耳片，此處截面容易發(fā)生剪斷，截面如圖9 所示。該處剪切面積390 mm2，剪切力75 000 N，故剪切應(yīng)力為192.3 MPa，安全系數(shù)取2.5時仍然小于鈦合金的最大允許剪切應(yīng)力230.72 MPa，該截面的強度足夠。

4.4 托瓶架研制

圖9 耳片截面

在超高壓線路更換耐張單片絕緣子作業(yè)中僅使用卡具即能完成作業(yè)。根據(jù)特高壓直流線路絕緣子盤徑大、質(zhì)量重、高空人員不好控制、容易高空掉落等特點，為提高現(xiàn)場作業(yè)的安全性，研制了適用于更換單片絕緣子卡具的托瓶架。托瓶架選用鋁合金管加工而成，具有重量輕、強度高、可靈活調(diào)節(jié)、安裝簡便等特點。在更換單片絕緣子前先將托瓶架安裝在耐張卡具的正下方，待卡具與金具連接完好后，收緊機械絲杠和液壓缸使單片絕緣子松弛，通過取銷器將需更換的絕緣子摘開，此時絕緣子已被托瓶架托住；安裝時新絕緣子時，先將新絕緣子吊上托瓶架，然后再進行安裝連接。

5 試驗驗證及現(xiàn)場應(yīng)用

根據(jù)優(yōu)化設(shè)計后的加工圖對工器具進行試制，并按照規(guī)程要求進行了出廠試驗，試驗結(jié)果工器具無目視可見裂紋、無殘余變形或超過設(shè)計許可的變形、無漏氣漏液、整套系統(tǒng)安全可靠、操作便捷。同時委托第三方進行了型式試驗，結(jié)果滿足要求。2013年3 月，江蘇省電力公司檢修分公司輸電運檢中心組織檢修人員在錦蘇線上進行試用，現(xiàn)場完成了更換單V 串絕緣子、更換雙V 串絕緣子、更換耐張塔單片絕緣子工作，結(jié)果達到預(yù)期目標(biāo)。

6 結(jié)束語

研制的±800 kV 錦蘇線檢修的液壓缸式六線提線器、大刀卡、閉式卡和絕緣拉棒等工具，其機械荷載滿足設(shè)計要求，經(jīng)在±800 kV 錦蘇線江蘇段上檢修現(xiàn)場應(yīng)用，取得了良好的效果。該檢修關(guān)鍵工器具的研制成功，為全面提升±800 kV 錦蘇線特高壓直流線路檢修工作水平打下了基礎(chǔ)。

[1]劉建坤，胡亞山，趙靜波，等.特高壓接入對江蘇電網(wǎng)的影響展望[J].江蘇電機工程，2010，29（1）：1-3.

[2]胡 毅，劉 凱，胡建勛，等.±800 kV 特高壓直流線路帶電作業(yè)安全防護用具的分析[J].高電壓技術(shù)，2010，36(10)：2357-2361.

[3]胡 川，向文祥，沈曉龍，等.±800 kV 特高壓直流輸電線路帶電作業(yè)工器具研制及應(yīng)用[J].湖北電力，2010，34(5)：1-3.