帶電更換±800 kV特高壓直流線路V型單串復合絕緣子的方法及其工器具研發

林政國，武 明，齊 東

（甘肅送變電工程公司，甘肅 蘭州 730070）

帶電更換±800 kV特高壓直流線路V型單串復合絕緣子的方法及其工器具研發

林政國，武 明，齊 東

（甘肅送變電工程公司，甘肅 蘭州 730070）

為滿足±800 kV特高壓直流輸電線路帶電作業發展的需要，根據海拔較高地區特高壓線路桿塔結構尺寸、金具串型式等的特點，參考其他特高壓線路帶電作業思路,按照復合絕緣子組合安裝形式對帶電更換V型單串復合絕緣子的技術方法和工器具進行了研究設計。該技術方法及其工器具的研制成功，為全面提升海拔較高地區±800 kV線路帶電作業水平打下了堅實的基礎。

帶電作業;特高壓;V型復合絕緣子

0 引言

帶電作業是輸電線路檢修工作的重要內容，也是設備檢修的關鍵技術。甘肅地區的±800 kV特高壓直流輸電線路桿塔由于海拔高度、結構尺寸、絕緣子串的組裝形式等方面與其他地區的特高壓直流輸電線路有較大不同，加上運行電壓和絕緣配合原則的不同，在帶電作業的安全防護、操作方法和使用的工器具等方面與其他地區存在較大差異。要安全科學地進行帶電作業，必須針對海拔較高地區特高壓直流輸電線路的技術參數、結構特點等進行作業的絕緣配合、人員的安全防護、操作方法以及使用工器具的專門研究。

1 背景方法及其缺陷

±800 kV天中直流輸電線路全線采用雙極單回線路架設，左側為正極，右側為負極，電壓等級±800 kV，輸送容量8 000 MW，甘肅段線路長1 350.4 km，共有鐵塔2 644基，線路所經地區大部分海拔高度在1 000～2 300 m之間。在海拔1 000 m及以下的地區，帶電更換±800 kV特高壓直流輸電線路V型單串復合絕緣子通常采用六線提線器、絕緣拉棒、液壓絲杠以及接頭等工器具，從橫擔前后側同時聯合提線的方式卸去絕緣子荷載，其方法及使用的工器具如圖1所示。

圖1 提線器法更換單V絕緣子示意圖Fig.1 A method for replacing the single V insulator diagram

以甘肅省在運的±800 kV天中線某直線塔V型單串復合絕緣子為例，如圖2所示，其使用的復合絕緣子長9.6 m，金具串及復合絕緣子總長為11.805 m，最上層導線與橫擔施工孔的垂直距離為8.2 m。若采用提線器法帶電更換此直線塔V型單串復合絕緣子，2根絕緣拉棒的金屬部分長度為0.5 m（每根0.25 m），絲杠（0.6 m）及接頭的長度（0.2 m）為0.8 m，最后得出有效絕緣長度為6.9 m。根據《±800 kV直流線路帶電作業技術規范》（DL/T 1242—2013）的要求，海拔在1 000 m及以下地區絕緣工器具的最小有效絕緣長度為6.8 m，海拔在1 000～2 000 m地區絕緣工器具的最小有效絕緣長度為7.3 m。顯然，在低海拔地區采用提線器法帶電更換V型單串復合絕緣子是安全的，對于海拔高度大于1 000 m的地區，利用這種方法帶電更換V型單串復合絕緣子時6.9 m的有效絕緣長度遠小于規范規定的7.3 m，是不安全的。

圖2 天中線某直線塔單V串尺寸示意圖（單位：mm）Fig.2 Tianzhong line’s schematic diagram of single V string size of a linear tower

3 帶電作業方法設計

3.1 進出等電位的方法

為了降低等電位作業人員進出強電場時的安全風險，提高帶電作業的安全可靠性，在選擇進入等電位的路徑時，一般選用從導線下方或由塔身側進入等電位的方式。由于±800 kV線路直線塔高度普遍較高，因此，為了減輕作業人員的勞動強度，縮短工作時間，經科學比較后決定以塔上吊籃擺入法進入等電位：在塔上選定進入電位的合適距離,等電位作業人員穿全套屏蔽服，佩戴防護面罩進入吊籃，利用兩根軌跡繩控制2-2滑車組的動滑車，地面人員控制2-2滑車組的速度，在重力作用下，通過吊籃將等電位作業人員送入等電位。塔上吊籃擺入法如圖3所示。

圖3 塔上吊籃擺入法Fig.3 The tower basket put into law

3.2 作業方法思路

為了解決海拔較高地區帶電更換±800 kV直流特高壓線路V型單串復合絕緣子時采用提線器法最小有效絕緣長度不夠的問題，必須另辟蹊徑，對作業方法及其工器具進行新的研發。

±800 kV天中線單聯V型懸垂串組裝圖如圖4所示，由于復合絕緣子最短長度為9.6 m，如果沿著絕緣子串方向布置工器具，則絕緣長度遠遠大于規范規定的7.3 m的要求。

圖4 單聯V型懸垂串Fig.4 Single linked V type suspension string

由于天中線所使用的復合絕緣子上下連接都采用環狀結構，因此，沿絕緣子串方向布置工器具時，下卡具不能安裝在U型掛環處，經反復研究論證后，決定下卡具安裝于懸垂聯板施工孔的位置，上卡具安裝在直角掛板處，利用兩套絕緣拉棒及液壓絲杠構成的收緊裝置卸去復合絕緣子荷載，卸載后損壞的復合絕緣子很容易被更換。

如圖5所示，由于絕緣拉棒的布置方向基本平行于絕緣子，絕緣子的最小長度為9.6 m，絕緣拉棒的長度大于絕緣子長度，所以最小有效絕緣長度遠大于《±800 kV直流線路帶電作業技術規范》（DL/T 1242—2013）要求的7.3 m。

圖5 更換方法俯視圖Fig.5 Top view of replacement method

如圖6所示，等電位電工現場作業時對橫擔的距離為7.9 m，對側面塔身構架的距離為8.4 m，均大于規范規定的7.3 m安全距離。

圖6 安全距離示意圖（單位：mm）Fig.6 Schematic diagram of safety distance

3.3 受力分析

在確保各種安全距離符合規范要求后，必須對承力工具進行機械受力分析，以受力分析為基礎選擇合適噸位的承力工具。

3.3.1 直線塔垂直檔距的計算

直線塔所承受的重力即絕緣子所承受的重力，計算其必須對直線塔的垂直檔距先進行計算。

式中：LV為桿塔的垂直檔距；L1V、L2V分別為桿塔兩側的垂直檔距；L1、L2為分別為桿塔兩側的檔距；LH為桿塔的水平檔距；σ0為水平應力；gV為電線的垂直比載；h1、h2分別為桿塔兩側懸掛點高差，當鄰塔懸掛點低時取正號，反之取負號。

±800 kV天中線直線塔V型單串復合絕緣子使用于懸掛點較小的地區，懸掛點高差可以忽略不計，其垂直檔距約等于水平檔距，即

±800 kV天中線單V復合絕緣子直線塔兩側的最大檔距為551 m和516 m，代入式（4）,計算得到其垂直檔距為

如圖7所示。

圖7 垂直檔距計算圖Fig.7 Calculation of vertical span

3.3.2 絕緣子所承受的重力計算

使用的導線型號為JL/G2A-1000/80，其自重比載34.11 N/m。風速大于10 m/s時不宜進行帶電作業，而風速為10 m/s的風對導線造成的垂直荷載

可忽略不計，因此，直線塔單V復合絕緣子所承載的重力就是導線、金具、防振錘、間隔棒等的重力，即

式中：G為復合絕緣子承受的重力；LV為垂直檔距；q為電線單位長度的重力；G1、G2為金具、防振錘、間隔棒等的重力；n為每相導線的根數。

經查該塔金具組裝圖以及間隔棒、防振錘重量，得到金具、防振錘、間隔棒的總重力約8 000 N。

G=117 288 N≈120kN，此即為直線塔單V復合絕緣子所承受的總重力。

3.3.3 單個絕緣子受力分析

如圖8所示，±800 kV天中線V型單串復合絕緣子串夾角在85°～105°之間，按最大角度105°計算，兩個絕緣子承受的最大負荷共計為120 kN,根據力的閉合三角形法則計算得到單個絕緣子的最大負荷為98.6 kN。

圖8 V型單串復合絕緣子受力分析圖Fig.8 Stress analysis diagram of V single string composite insulator

3.3.4 工具額定負荷選擇

不平衡系數取1.2，則卡具的額定負荷不得小于98.6 kN×1.2=118.3 kN，上、下卡具的額定負荷定為150 kN（工器具制造時安全系數按2.5考慮）。

由兩付絕緣拉棒承擔卸荷，不平衡系數取1.2，則絕緣拉棒的額定負荷不得小于118.3 kN/2×1.2=71 kN，絕緣拉棒、液壓絲杠的額定負荷定為80 kN（工器具制造時安全系數按2.5考慮）。

3.4 工器具材料選擇

因為特高壓直流輸電線路直線塔絕緣子串所承受的拉力遠遠大于超高壓線路，所以選擇強度高、質量輕、工作安全可靠的工器具材料是確保現場可以實際操作的關鍵。綜合比較鈦合金、鋁合金、合金鋼等材料，機械性能如表1所示。

表1 幾種材料機械性能比較Tab.1 Comparison of mechanical properties of several materials

從表1中可以看出：優質合金鋼、鋁合金、鈦合金等三種材料的機械強度都較高，鋁合金材質較輕，但力學性能較差，制作的卡具必然尺寸較大，使用時要有足夠大的作業空間，這與帶電作業狹小的間隙形成了矛盾。優質合金鋼的比重是鈦合金的1.8倍，質量太重的工器具會造成作業人員勞動強度太大。鈦合金的比重是鋁合金的1.6倍，但強度卻是鋁合金的2倍，做成的卡具尺寸及質量較鋁合金要小。

經過比較，由于鈦合金具有強度高和質量輕的特點，考慮高空作業的難度，選取鈦合金材料作為制作卡具的材料，工器具質量輕，承載能力強，安全裕度大，安裝空間小，操作方便，具有很強的實際操作性。

4 研究成果

4.1 作業技術方法

利用懸垂聯板上方中間施工孔安裝V型單串專用下卡具，利用金具串上的直角掛板安裝V型單串專用上卡具，上、下卡具通過兩套高強度絕緣拉棒、液壓絲杠連接成一體,基本平行于絕緣子串，組成絕緣子串的機械荷載轉移系統，實現絕緣子更換工作，其工器具安裝如圖9所示。

圖9 工器具安裝圖Fig.9 Installation drawing of tools and equipment

4.2 主要工器具

V型單串上卡安裝在直角掛板上，其結構示意圖如圖10所示。

圖10 V單上卡具結構Fig.10 V type single structure of upper part

V型單串下卡安裝在懸垂聯板上方的施工孔上，其結構示意圖如圖11所示。

圖11 V單下卡具結構Fig.11 V type single structure of lower part

5 結語

通過本論文研制開發的技術方法及其工器具，經±800 kV天中線停電期間模擬帶電更換V型單串復合絕緣子，取得了良好的效果：一是能夠滿足規范規定的各種安全距離，從而確保帶電作業人員的安全；二是使用鈦合金材料加工的工器具重量輕、承載能力強，能夠有效降低帶電作業人員的勞動強度；三是操作方法簡單，工器具承載的機械負荷較小，能夠有效縮短工作時間。

該方法及其工器具的研制成功，為全面提升±800 kV線特高壓直流線路帶電作業水平打下了堅實的基礎，是帶電作業應用技術領域的重大突破。

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The Research and Development of V Single Composite Insulator in the Charged Replacement of±800 kV UHV DC Transmission Line

LIN Zhengguo,WU Ming,QI Dong
(Gansu Electric Transmission&Transformer Company,Lanzhou Gansu 730070,China)

To catch up with the development of live working on the±800 kV UHV DC transmis?sion lines,in accordance with the composite insulator installation forms,with reference to the thoughts of other UHV lines in live working,the technical methods of V Single Composite Insula?tor String in the charged replacement of±800 kV UHV DC transmission lines are explored and in?struments are designed according to the UHV line tower structure sizes and other hardware string types in higher elevations.The successful development of the technology methods and instruments have laid a solid foundation of the hot-line work on±800 kV lines in high area,and is a major breakthrough in the field of applied technology.

live workin;ultra-high voltage;V type composite insulator

TM84

B

1006-3986(2016)04-0036-06

10.19308/j.hep.2016.04.009

2016-03-05

林政國（1977），男，甘肅靖遠人，工程師。