研制變電站內懸式絕緣子更換通用卡具

摘 要：目前500kV變電站內更換懸式絕緣子是一個專業交叉點，隨著該項工作日益增多，我們制作一種變電站內更換懸式絕緣子的專用工具，其尺寸和受力均應滿足站內需求。該卡具具有很強的通用性，其卡具尺寸可調節，可用于500kV變電站內所有型號懸式絕緣子的更換工作。使用該工器具后，可大幅縮減更換站內破損絕緣子人數和時間，提高更換工作效率及工作安全，減少高空作業人數，降低作業人員勞動強度，減小過牽引，提高設備和電網的安全穩定性和可用率。

關鍵詞：超高壓；變電站；懸式絕緣子；更換；通用卡具

1 前言

截止2016年11月15日，河南省在運500kV超高壓變電站已達到40座，每座變電站使用的懸式絕緣子片數都是數以萬計，懸式絕緣子用量巨大。

懸式絕緣子會因為多種原因，引起絕緣子老化或缺陷。比如：絕緣子出廠質量問題、表面污穢引起延面電弧放電發熱、微風震動、雨雪、冰雹、暴曬等自然力量影響、長期處于機械電磁環境等。都可能會造成絕緣子內部應力不均衡，使懸式絕緣子低值、零值、破損等。目前，隨著各個變電站投運時間增加，變電站內懸式絕緣子缺陷日益增多，直接影響河南主網安全穩定運行。

2 現狀

變電站內懸式絕緣子更換在電力系統內一直以來都是一個容易被忽視的問題，也是一個讓人頭疼的問題。為什么說讓人頭疼呢？因為在電力系統內，變電和線路是兩個不同的專業，其分界點一般是在變電站內的出線龍門架，龍門架以外的部位，屬于線路專業，龍門架以內的部位，屬于變電專業。變電站內的工作一般都由變電檢修人員負責。

因此，對于變電站內更換懸式絕緣子工作，按道理，應該由變電檢修人員負責，但變電檢修人員因缺乏相應的技術和技能，而無法開展。為了開展此項工作，保證河南電網安全穩定運行，目前，通常的做法是變電檢修人員任工作負責人，借用線路人員充當工作班成員來開展此項工作。

但是，新的問題又來了，對于線路專業來說，在線路上更換瓷瓶工作是一項常規工作，已開展多年，經驗豐富，一般的工作方法都是通過不同的專用卡具進行更換。但是線路上更換絕緣子的卡具的噸位和尺寸一般都比較大，因絕緣子型號、結構不同而不能在站內使用（站內多為7噸、10噸、12噸、16噸的三傘絕緣子，片間間距較小）。目前沒有適合于站內絕緣子的專用更換工具，造成更換站內絕緣子工作困難，只能使用最笨的作業方法，用手扳葫蘆打松瓷瓶，作業時間漫長、而且作業強度極高，作業難度大。而且容易產生過牽引，對龍門架造成損壞。

以500kV嘉和變更換破損絕緣子為例。2015年，嘉和變破損絕緣子十余片，讓變電中心與輸電中心配合處理。2015年4月22日，變電中心出一名工作負責人，我輸電中心出一個作業班10名工作班人員在500kV嘉和變更換500kV管母“V”形斜拉絕緣子串，因無專用更換工具，我們用了兩種作業方法開展更換工作，兩方法更換工作均用時4個多小時，而且作業強度、難度都很大。其作業方法為：①整串絕緣子放地面更換。使用手板葫蘆將絕緣子打松，然后用汽油機動絞磨將整串絕緣子從高空放下，地面人員在地面進行絕緣子更換，換好后再拉到掛點處，由高空人員再將絕緣子串安裝到位。②單片更換。高空作業人員將需更換處用手扳葫蘆打松，將絕緣子片取下更換。由于絕緣子片自身重力，打松后為防止整體下垂影響更換，需提前用鐵絲固定相鄰多片絕緣子。

3 卡具相關研究

以上兩種作業方法看似簡單，因高空作業人員都是懸在瓷瓶上作業，操作起來難度極高。究其原因，就是因為沒有站內絕緣子更換的專用工具。沒有人在這個專業交叉點做研究。因此，我們經過了幾次作業后，決定研制500kV變電站內更換懸式絕緣子專用卡具。但是如果對每種型號的絕緣子都制作一種專用工具，不僅卡具種類繁多，生產周期長，而且花費較大，經濟性差，造成浪費。因此我們需要研制一款具有通用性、適合更換500kV變電站內所有懸式絕緣子的專用卡具。在更換破損懸式絕緣子時，用專用卡具卡住需更換絕緣子兩端的絕緣子金具上，收緊卡具，完成破損懸式絕緣子更換工作，替代原有手板葫蘆起重的老方法。

考慮到不同型號的絕緣子鋼帽型號不一致，同一型號的絕緣子不同的生產廠家生產，鋼帽大小也不一致，所以站內更換懸式絕緣子的工具應具有通用性。可適用于全省500kV變電站絕緣子串單片的更換工作。

為使站內更換懸式絕緣子的卡具具有通用性，其卡具直徑應可調整。我們收集變電站內所有的懸式絕緣子型號，查找相關絕緣子型號圖紙，獲得鋼帽尺寸范圍以及瓷瓶組裝好后的片間距。站內絕緣子幾個代表型號主要為：XWP3-160，XWP3-120，XWP3-100，WXP3-70等，以此為基礎，確定卡具直徑可調節范圍，以適用于不同型號絕緣子，以滿足其通用性。

為達到其受力要求，及安全性要求。我們收集變電站內所有檔距接引線的施工圖紙，查找圖紙獲得最大張力，通過計算，其懸式絕緣子選型的安全系數遠高于線路，因此，我們以絕緣子噸位來確定卡具噸位，完全可滿足其受力要求。目前現有的鋼、高強度鋁合金類、鈦合金高強度抗拉金屬，即可滿足其受力的情況，而且工具可做的小巧、輕便，適應于變電站內較為復雜的作業環境。

4 主要技術難點

4.1 卡具的調節方式及材料的加工工藝

為了確定卡具的調節方式，我們對比了幾種不同形式的調節方式，主要有更換卡模的方式和可調螺絲線性調節方式，考慮了實用性、可操作性、安全性、經濟性等多方面因素，通過各種不同形式的調節方式實驗及研究，確定卡具的調節方式為線性調節。

對于卡具材料選擇，我們翻閱了各種標準：卡具主體宜采用LC4鋁合金材料，材料應符合GB/T3191的有關規定。絲杠與其他受力零件，宜采用40Cr材料或性能更好的合金鋼材料，材料應符合GB/T3077的有關規定。

為使卡具盡量輕便，小巧，并且受力滿足要求，我們按照標準最終選用鈦合金材料，滿足各項受力要求。

4.2 數顯壓力計的安裝

在前面我們提到，在孤立檔緊線時，每收緊一點，拉力都會以幾何倍數增長，為防止過牽引對構架、卡具等設備造成損害，我們計劃將壓力計安裝在卡具上，在站內高空操作時，工作人員可通過數顯壓力計直接可觀看到實際使用的噸位大小，可實時監控拉力值，有效避免過牽引，更換過程安全可控。

4.3 通過型式試驗

由絕緣子型號可以看出，我們研制的卡具實際上就是卡具直徑可調節的閉式卡，其最大受力滿足16噸的絕緣子即可。對于新設計生產的工具來說，在應用于生產前，產品必須通過型式試驗。為滿足型式試驗要求，需準備三套產品樣件進行試驗，以證明產品符合設計性能要求。型式試驗前，需進行外觀檢驗和主要尺寸檢驗，合格后，依次進行動荷重試驗、靜荷重試驗、破壞性試驗。對于DBK45-160卡具來說（適用于160kN金具的閉式卡），其額定荷重為45kN，動態試驗荷重為67.5kN，靜態試驗荷重為112.5kN，破壞荷重為135kN，適用絕緣子級別為160kN。卡具如能滿足160kN等級的試驗，也完全可滿足120kN，100kN，70kN的情況，即可應用于生產。

該卡具于2016年在國網電力科學研究院（原武漢高壓研究所）通過了型式試驗。

5 效益與推廣

使用該卡具后，產生的經濟效益和社會效益：

（1）提高更換工作效率及工作安全；

（2）減少高空作業人數，降低了人員、車輛等費用；

（3）降低作業人員勞動強度，更換作業更加輕松、安全；

（4）有效減小過牽引，杜絕了對龍門架等構架的損壞程度，提高了安全性；

（5）減少停電時間，減少了供電損失，提高設備和電網的安全穩定性和可用率，對電網可靠運行有重要意義。

（6）通過本次研發過程，擴大線路專業人員知識面，促進線路專業與變電一次專業某些領域的融合，促進交流。

之后，我們在省內500kV變電站進行現場使用，確定作業人員，作業時間等各參數，編制標準化作業指導書，使用說明書等，形成體系，準備在河南省內進行推廣運用。

6 結論

使用站內絕緣子的專用更換工器具后，摒棄了傳統的使用手板葫蘆起吊的方法，避免了工作時間長，工作強度高，容易產生過牽引等難題。

使用該工器具后，可真正起到了小工具、大作用的效果，可大幅縮減更換站內破損絕緣子人數和時間，高空作業人數可由之前三人縮減至一人，作業時間可由四小時縮短至半小時，提高更換工作效率及工作安全，減少高空作業人數，降低作業人員勞動強度，減小過牽引，提高設備和電網的安全穩定性和可用率。

參考文獻

[1]郭思順.架空送電線路設計基礎[M].中國電力出版社，2010.

[2]董吉諤.電力金具手冊（第二版）[M].水利電力出版社，2001.

[3]胡毅.帶電作業工具及安全工具試驗方法[M].中國電力出版社，2003.

（作者單位：國網河南省電力公司檢修公司）