110～220kV同塔多回輸電線路耐張塔帶電檢修方法研究

隆晨海 鄒德華 易子琦 李 穩 李金亮

（國網湖南省電力公司帶電作業中心，長沙 410007）

110～220kV同塔多回輸電線路耐張塔帶電檢修方法研究

隆晨海 鄒德華 易子琦 李 穩 李金亮

（國網湖南省電力公司帶電作業中心，長沙 410007）

為確保同塔多回輸電線路的供電可靠性，開展同塔多回線路帶電作業研究成為當前研究的熱點。本文針對目前110～220kV同塔多回輸電線路耐張塔帶電作業存在的技術難點，對典型110～220kV同塔多回輸電線路桿塔進行結構力學分析，提出了倒序操作法更換耐張串絕緣子，研制了配套工器具，有效地解決了 110～220kV同塔多回輸電線路耐張塔帶電檢修面臨的作業空間小、安全裕度低等難題，推動帶電作業的發展。

輸電線路；同塔多回；耐張塔；倒序操作法；帶電檢修

隨著國民經濟的發展，我國電力需求日益提高，電網改造進一步加快，輸電線路走廊日趨緊張。鑒于此，近年來同塔多回輸電線路被廣泛應用與輸電線路建設，它可以在提高單位面積輸送容量、滿足電力輸送需求的同時，減少了綜合造價和線路走廊需求，具有明顯的經濟效益和社會效益。同塔多回線路成為輸電線路建設的必然趨勢。

相對于常規的單回交流輸電線路，同塔多回輸電線路普遍存在桿塔高、桿塔型式多樣、橫擔間距離和相間凈空距離小、導體布置相對復雜等特征，在城市中間的同塔多回輸電線路這一特征尤為明顯，從而也導致了電場畸變嚴重、安全距離裕度小等一系列問題。目前已有的帶電檢修作業研究成果已不能滿足同塔多回輸電線路帶電作業發展的需求，因此，更深入的研究同塔多回輸電線路帶電作業技術具有重要意義。

本文在總結我國目前同塔多回輸電線路帶電檢修方法的基礎上，結合 110～220kV同塔多回輸電線路具體情況，研究了一種耐張塔帶電檢修方法，并研制了配套工器具。研究結果有效地解決了110～220kV同塔多回輸電線路耐張塔帶電檢修面臨的作業空間小、安全裕度低等難題，具有工程應用價值。

1　典型桿塔結構力學分析

1.1110kV同塔四回輸電線路耐張塔

對于110kV同塔四回輸電線路耐張塔需進行卡具所受荷載和過牽引計算，計算過程如下。

1）導線狀態方程式

設已知氣象條件下的溫度為tm，比載為gm，應力為σm，令待求氣象條件下的溫度為tn，比載為gn，應力為σn，則狀態方程式為

其中令

可得

式中，a為導線熱膨脹系數；β 為導線的彈性伸長系數，151×10-6（mm2/9.8N）；l為代表檔距。代表檔距為135m，查閱導線安裝曲線中得溫度為-5℃、風速10m/s時的應力為：σm=3.06kg/mm2，求氣象條件為風速10m/s，溫度為-15℃時的導線應力和張力。

通過編制相關計算程序算得

導線張力為T=11065.9N，因為此處耐張絕緣子串為雙聯成串，則卡具額定荷載為5.53kN，安全系數為2.5。

2）導線過牽引計算

在帶電更換耐張絕緣子時，須將導線收緊，使絕緣子松弛，此時其必造成應力勢增大，可能出現橫擔變形、導線拉斷或帶電作業工具斷脫等嚴重后果，因此除要計算水平張力外，需驗算其容許過牽引長度。

設過牽引長度為 200mm，設溫度為-15℃、風速10m/s時的應力為

用程序算得σn=9.26（9.8×106Pa），則此時導線應力為90.8MPa。又有導線抗拉強度σp為238MPa，則有所以，滿足作業要求。

3）受力分析結論

更換耐張絕緣子時，作業工具需承受張力為5.53kN，過牽引長度在200mm時，滿足安全系數要求。

1.2220/110kV混壓同塔四回輸電線路耐張塔

1）導線應力計算

根據已知導線參數及代表檔距，查閱導線安裝曲線，由導線狀態方程式求得溫度為-5℃、風速10m/s時的應力σm以及溫度為-15℃、風速10m/s時的應力σn，見表1。

表1　220/110kV導線應力表

LGJ-400/50導線張力為22099N，故雙分裂導線所受張力為44198N，因耐張絕緣子串為雙聯成串，所以卡具額定荷載為22099N；LGJ-300/40導線張力為14676N，故雙分裂導線所受張力為29352N，因耐張絕緣子串為雙聯成串，所以卡具額定荷載為14676N；LGJ-185/30導線張力為8873N，因耐張絕緣子串為單聯成串，所以卡具額定荷載為 8873N。三種導線安全系數均為2.5。

2）導線過牽引計算

設過牽引長度均為 200mm，設溫度為-15℃、風速10m/s時的應力σn列于表，經計算所得應力及抗拉強度與其之比列于表2中。

表2　220/110kV導線受力情況

由表2可知抗拉強度與過牽引計算所得應力之比均大于2.5，滿足作業要求。

3）受力分析結論

更換耐張絕緣子時，三種導線下作業工具需承受張力分別為 22099N、14676N和 8873N，對于220kV和110kV線路過牽引長度在200mm時，均滿足安全系數要求。

2　作業方法介紹

2.1作業原理

倒序操作法通過作業人員在等電位作業位置上利用絕緣工具反向對絕緣子橫擔側進行操作，完成對耐張絕緣子的更換，主操作為等電位，作業人員不需要到達絕緣子橫擔連接處。

2.2安全距離與組合間隙分析

根據安規規定，在交流110kV和220kV輸電線路進行的帶電作業時，地電位作業人員距帶電體、等電位作業人員距塔身、等電位作業人員距上橫擔或頂部構架的最小安全距離分別為1.0m和1.8m。該作業方法在輸電線路上進行帶電更換耐張整串絕緣子時，作業位置如圖1所示。

圖1　倒序操作法帶電更換耐張整串絕緣子作業位置示意圖

通過圖1可以看出，主操作位置在絕緣子導線端，地電位作業人員不進入橫擔，遠離上相跳線，對帶電體保持足夠的安全距離，此作業方法中只需考慮等電位作業人員在作業中對接地體的最小距離。110kV線路D值為2100mm，220kV線路D值為3200mm，假設作業人員活動范圍為500mm，此時等電位作業人員與接地體的安全距離和危險率見表3。

表3　中相作業時安全距離和危險率

通過表3分析可知，安全距離滿足《安規》規定，危險率小于1.0×10-5，滿足《GB/T 18035帶電作業工具基本技術要求及設計導則》標準要求，該作業方法安全。

2.3作業技術特點

倒序操作法更換耐張絕緣子作業方法具備以下優點：

1）解決了同塔多回的緊湊型線路耐張鋼管桿橫擔與上相跳線之間的距離非常小，且橫擔窄小，人員無法進入橫擔進行作業的難題。

2）雖然橫擔處間距緊張，但導線相間距離完全能夠滿足作業要求，作業人員的工作位置在導線等電位，作業時的活動范圍增大，降低了由于空氣間隙小、安全距離不夠而造成觸電事故的風險。

3）鋼管桿橫擔一般只有 0.1～0.15m寬，如果作業人員沿橫擔爬入作業位置，在進入過程中也很容易發生墜落而造成觸電事故，倒序操作法消除了作業人員進入作業位置時發生墜落的危險。

2.4主要操作步驟

1）登塔。地電位電工攜帶絕緣傳遞繩登塔至橫擔與塔身連接處，懸掛好滑車；隨后等電位人員登塔至合適位置。

2）傳遞、安裝平梯。地面配合人員使用絕緣傳遞繩將絕緣平梯傳遞至塔上，地電位電工與等電位電工配合將平梯一端懸掛在導線上，另一端在塔身固定牢靠。

3）電位轉移。等電位電工穿好全套合格屏蔽服，系好絕緣保護繩，用絕緣平梯法進入等電位作業位置。

4）起吊工器具。地面作業人員按順序將作業工具連接好，起吊作業工器具至等電位作業位置，地電位電工使用絕緣操作桿遠端操作配合等電位電工，將作業工具大刀卡前、后卡分別安裝在橫擔側和導線側連板上。

5）轉移荷載。作業工具安裝可靠后，地面作業人員拉緊絕緣托瓶架控制繩，使托瓶架緊緊托住耐張絕緣子下平面；等電位電工使用絕緣操作桿拔出橫擔側彈簧銷，然后收緊緊線絲桿，使絕緣子橫擔側松弛后用絕緣操作桿將橫擔側脫離；地面作業人員放松托瓶架，使絕緣子自然垂直。

6）更換絕緣子。等電位電工將絕緣子用絕緣傳遞繩綁扎牢固，拔出導線側彈簧銷；地面作業人員拉緊絕緣傳遞繩，使絕緣子導線連接處松弛，等電位電工將絕緣子導線側脫離放至地面，然后相反作業程序完成新絕緣子的安裝。

7）拆除工器具。作業完成后，等電位電工拆除工器具，在地面作業人員配合下將工器具傳遞至地面。

3　配套工器具研制

3.1工具的設計和使用

倒序操作法全套作業工具包括：碳纖維大刀卡如圖2所示、絕緣拉桿如圖3所示、絕緣托瓶架、絕緣操作桿及配合相應操作頭等。碳纖維大刀卡分為前卡和后卡；前卡上有操作孔，使用絕緣操作桿上操作頭提取，間接操作安裝在絕緣子橫擔側三聯板上；后卡安裝在導線側連板上。碳纖維材質較鋁合金材質更加輕便，容易安裝到位，提高安裝的可靠性。絕緣拉桿為操作主絕緣部分，兩端都有連接孔，一端與大刀卡前卡相連，另一端通過緊線絲桿與大刀卡后卡相連。緊線絲桿是作為緊線的工具，用來轉移導線荷載。絕緣托瓶架用以承托絕緣子串重量，方便對絕緣子的更換。絕緣操作桿配合相應操作頭完成間接操作。

圖2　碳纖維大刀卡

圖3　絕緣拉桿

3.2工具機械強度校核

1）大刀卡強度校核（如圖4所示）

圖4　大刀卡所受荷載

根據線路受力分析結果，本文設計碳纖維大刀卡額定荷載P0=15kN，K=3，P2=45kN

由P1×200=P2×383及P=P1+P2

得P1=86kN，P=131kN

由大刀卡的受力分析（如圖5所示）可得

圖5　大刀卡受力簡化圖

因為兩板受力各1/2，所以A點受力PA=131/2= 65.5kN

又有PC=45.5kN

所以PB=PA+PC=110.5kN

B為支點，求AB、BC臂長：

由PA×LAB=PB×LBC

又LAB=383- LBC

可得LBC=227mm

LAB=383-227=156mm

所以

式中，σBM為碳纖維材料需用應力，h為受彎矩截面高度，b為受彎矩截面寬度1.5cm，P=PB= 110.5kN，L為 AC臂長 38.3cm。參考相應實驗數據可得σBM=52.8kN/mm2。滿足h≤27mm，就滿足K=3安全要求。

A點h計算：

故碳纖維大刀卡滿足要求。

2）絕緣拉桿強度校核

絕緣拉桿材料為3240環氧樹脂，其結構如圖6所示。

由圖6可知，導線端卡具在M—M截面處受最大拉伸應力，故對絕緣拉板強度計算校核主要以此截面為主。

圖6　絕緣拉板結構示意圖

圖7　絕緣拉板M—M截面

危險截面積M：

拉伸應力：

許用拉應力：

故截面積M拉伸強度足夠。

4　結論

1）本文所提出的倒序操作法有效地解決了110～220kV 同塔多回輸電線路檢修因空間限制無法進出電場的難題。

2）創新性將碳纖維材料應用于大刀卡研制，解決工器具輕質化與強度大的矛盾，極大的減輕工具重量，降低作業人員的勞動強度，有效提高工作效率。

3）110～220kV同塔多回輸電線路耐張塔帶電檢修工具研制成功，可靠地保證了作業人員的安全，減少電場對作業人員的輻射影響，降低了勞動強度又提高了工作效率，拓展了帶電作業范圍，保證了供電可靠性和設備的健康水平，應該大力地推廣和應用。

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基于雙電容模塊的MMC型多端口電力電子變壓器

近日，國家知識產權局公布專利“基于雙電容模塊的MMC型多端口電力電子變壓器”，申請人為東南大學。

本發明公開了基于雙電容模塊的 MMC型多端口電力電子變壓器，包括模塊化多電平變換器（Modular Multilevel Converter，MMC）、DC/DC變換器和逆變器，其中MMC中有兩種子模塊；DC/DC變換器分為前級部分、高頻變壓部分、后級部分，其中前級部分有四種選擇拓撲。

本發明能在高壓直流側低壓時運行；具有直流故障穿越能力且所使用器件較少；MMC中模塊與DC/DC變換器分別承擔直流電壓控制和功率控制；可對模塊單個電容電壓單獨控制或兩個電容電壓同時控制；具有高壓直流、高壓交流、低壓直流和低壓交流四個端口，適合于多種類多電壓等級的高壓大功率場合，特別是應用于能源互聯網中，如作為能量路由器等。

Research on New Method of Electric Maintenance for 110～220kV Multi-Circuit Strain-Resistant Transmission Lines on the Same Tower

Long Chenhai Zou Dehua Yi Ziqi Li Wen Li Jinliang
（Hunan Provincial Live Working Center of State Grid， Changsha 410007）

In order to ensure the power supply reliability of multi-circuit transmission lines on the same tower. Live operation of multi-circuit transmission lines on the same tower has become a research hotpot. Arming at the current technical difficulties of electric maintenance for 110～220kV multi-circuit strain-resistant transmission lines on the same tower， The structural mechanics analysis and accessory apparatus have been carried out to support the reverse operation method for replacing strain insulator. Difficulties such as small working space， low margin of safety on electric maintenance for 110～220kV multi-circuit strain-resistant transmission lines on the same tower can be solved by the method.

transmission line； multi-circuit transmission lines on the same tower； strain tower；reverse operation method； electric maintenance

隆晨海（1990-），男，碩士研究生，研究方向為高電壓與絕緣技術。