帶電更換500kV耐張串單片絕緣子的探討

白盛偉 楊富淇 武 劍

（國網(wǎng)重慶市電力公司檢修分公司，重慶 400039）

帶電更換500kV耐張串單片絕緣子的探討

白盛偉 楊富淇 武 劍

（國網(wǎng)重慶市電力公司檢修分公司，重慶 400039）

本文對帶電更換500kV耐張絕緣子的要點進行了分析，介紹了閉式卡法和托瓶架法兩種經(jīng)典操作方法，同時結合重慶電網(wǎng)操作時間對兩種方法的操作效率進行了分析，得出了通常優(yōu)先考慮閉式卡法，在絕緣子串劣化片數(shù)達到3片及以上時選擇采用托瓶架法的結論。

帶電作業(yè)；耐張串；閉式卡；托瓶架

0.引言

重慶地區(qū)地理環(huán)境特殊，集大城市、大農(nóng)村、大山區(qū)、大庫區(qū)于一體，高壓輸電線路在不同污穢程度、不同氣象條件、不同海拔環(huán)境下運行，絕緣子劣化現(xiàn)象時有發(fā)生。近年來，隨著重慶電網(wǎng)500kV線路長度的不斷增加，其維護工作量顯著增加。同時，受重慶地區(qū)地理環(huán)境限制，輸電線路鐵塔多位于丘陵或深山之中，道路交通不便、作業(yè)現(xiàn)場狹窄，無法像平原地區(qū)一樣可攜帶較多、較全的工器具或使用重型機械裝置節(jié)省人力。因此，在更換絕緣子前選擇合適的作業(yè)方法、配置恰當?shù)墓ぞ撸翘岣呤┕ば实年P鍵。

1.帶電更換500kV耐張絕緣子的要點

帶電作業(yè)需要滿足一些最基本的技術條件，帶電更換500kV絕緣子作業(yè)是比較大型的項目，使用的工具種類繁多、作業(yè)流程較為復雜，在確定作業(yè)方式時，通常要充分考慮安全距離判定和工器具選型兩個方面的要點。

1.1安全距離判定

保證足夠的安全距離是帶電作業(yè)的前提，直接決定了設備能否實施帶電作業(yè)及作業(yè)的方式，《安規(guī)》要求500kV電壓等級人體對帶電體最小安全距離3.4m（海拔500m～1000m，重慶地區(qū)按此海拔考慮），最小相間安全距離5m，最小組合間隙4m，最小有效絕緣長度3.7m（操作桿4m）。500kV耐張絕緣子串除孤立檔距外，一般結構為雙串以上，因此進入電場通常采用沿絕緣子串的方法進入，在施工作業(yè)過程中，進入電場和更換過程中等電位電工會短接部分絕緣子或空氣間隙，要隨時保持最小組合間隙的要求。作業(yè)前需要測算：

（1）良好絕緣子有效絕緣片數(shù)大于23片（按照結構高度155mm考慮）。良好絕緣子有效絕緣片數(shù)=絕緣子總數(shù)量-作業(yè)時短接片數(shù)或進入電場時短接片數(shù)-劣化絕緣子片數(shù)，需要特別注意的是有的絕緣子串導線側連有均壓環(huán)，在人體進入等電位過程中，通常視為經(jīng)均壓環(huán)短接一至兩片絕緣子，需要扣除。

（2）導線對人的距離+人對橫擔距離的組合空氣間隙滿足《安規(guī)》的要求，這段組合間隙主要體現(xiàn)在進入等電位的過程和用閉式卡更換時的操作過程，通常人體短接間隙按0.6m考慮，Sx=S1+S2≥4m。

1.2工器具選型

更換耐張絕緣子串的卡具所能承受的荷重主要校驗額定荷重能否滿足所要承受的最大張力。

懸掛點應力簡化計算公式如下：

其中：fg為導線弧垂；σA為掛點應力；F為掛點荷重；ld為代表檔距；f為代表檔距最大弧垂；l為檔距；σ0為代表檔距應力；g1為導線自重比載；A為計算截面積。

對于雙串絕緣子，卡具的荷重必須大于掛點荷重的一半。另外，卡具額定荷重滿足要求后還要根據(jù)不同絕緣子的盤徑選擇卡具的尺寸，特別是涉及到更換首末兩片絕緣子時，需要使用端部卡具，注意掛點結構，選擇合適端部卡。

2.兩種經(jīng)典操作方法分析

2.1閉式卡法

采用閉式卡法帶電更換500kV耐張串任意單片絕緣子，使用統(tǒng)稱為單片絕緣子卡具的工具，主要是閉式卡、端部卡（有時根據(jù)實際情況用大刀卡、翼型卡作為端部卡使用）和雙頭絲杠，主要材料由鋁合金構成，具有良好的機械強度。更換單片絕緣子的最基本原理就是在劣化絕緣子兩側安裝好前后卡，再利用兩副雙頭絲杠將前后卡相連，形成一個整體，收緊絲杠把劣化絕緣子的應力轉移到卡具上，絕緣子將會松動，即可直接取出更換。當涉及更換首末端絕緣子時，如果是雙串雙掛點結構一般直接使用端部卡，對于雙串單掛點則使用大刀卡或翼型卡代替端部卡。必要時還需臨時拆除均壓環(huán)，利用均壓環(huán)的安裝孔洞進行安裝。

閉式卡法主要用于帶電更換500kV耐張串單片絕緣子，因為500kV絕緣子串的片數(shù)和距離足夠等電位人員短接必要的絕緣子和空氣間隙，對于220kV及以下的耐張絕緣子串則常出現(xiàn)安全距離不夠的問題。作業(yè)時，操作電工一般處于中間電位，偶爾根據(jù)作業(yè)的需要在更換橫擔側第一片絕緣子時可以在地電位操作，更換導線側第一片絕緣子時則需要進入等電位。閉式卡法有工具輕便、操作簡單、勞動力需求小、效率高的優(yōu)點，是重慶電網(wǎng)最常用的作業(yè)方法，但是閉式卡法也存在以下不足：

（1）在不涉及更換端部第一片絕緣子時，閉式卡法的操作流程、使用的工器具較為統(tǒng)一，但是當更換第一片絕緣子時，情況則復雜、多變，不能簡單的使用一套閉式卡，需要根據(jù)絕緣子串不同的掛點結構，配置相應的端部卡，端部卡總類較多，掛點的結構也各有不同，因此這種情況下作業(yè)的標準化程度相對較低，在前期查勘時需要準確地掌握桿塔掛點結構及相應參數(shù)，降低了消缺效率。

（2）因為利用閉式卡更換單片絕緣子只有一名電工直接操作，所以更換的效率與電工的技能水平和體力直接相關，特別是對于荷重較大的檔距，絲杠收緊難度更大，而且為了保證安全系數(shù)，一般不推薦使用液壓絲杠。

（3）當一串絕緣子劣化兩片及以上時，更換每一個單片都必須按照同樣的流程安裝、拆解卡具一次，重復勞動過多，更換時間也將成倍增加。另外，當出現(xiàn)兩片及以上劣化絕緣子處于連續(xù)位置的特殊情況時，安裝閉式卡將短接更大的空氣間隙，增大了安全風險。

2.2托瓶架法

托瓶架是帶電更換各類型絕緣子中最傳統(tǒng)的工具之一，托瓶架法帶電更換耐張串單片絕緣子既指使用機械絲桿或液壓緊拉絕緣拉桿收緊導線，將導線機械荷載轉移至絲杠、絕緣拉板（桿），再用絕緣托瓶架或吊瓶勾托吊絕緣子串，用絕緣繩索通過絕緣滑車組牽引己呈足夠松弛狀態(tài)的絕緣子串，然后脫離絕緣子串與導線之間的金具連接，由托瓶架和絕緣繩索承擔整個絕緣子串的重量，逐漸拉動繩索使絕緣子串整串由導線脫出，轉移至地電位后（根據(jù)需要拉至橫擔或放至地面）即可更換任意絕緣子，更換完畢后再用同樣的方法將絕緣子串重新安裝至線路上。這種作業(yè)方法相較于閉式卡法最顯著的特點就是使用托瓶架托住整串絕緣子，在帶電作業(yè)中基本等同于整串絕緣子的更換。

托瓶架法帶電更換單片絕緣子通用性強，適用范圍廣，無需根據(jù)不同的塔型、不同掛點結構進行大的調整；其次，在一串絕緣子劣化片數(shù)較多的情況下，更換多片與更換單片相比，幾乎沒有較大變化，特別是當達到3片時，時間上的優(yōu)勢更加明顯；最后，只要良好絕緣子片數(shù)能滿足23片以上，就可帶電更換，如果等電位電工無法通過絕緣子串安全進入導線，可選擇從地線施放軟梯進入電場等方法，不短接絕緣子。托瓶架法帶電更換單片絕緣子通常用于220kV及以下電壓等級，在500kV電壓等級下絕緣工器具、金屬工器具的絕緣強度、機械強度要求更大，存在以下不足：

（1）若使用絕緣托瓶架等工具，不僅絕緣工具龐大笨重，攜帶搬運困難，且高空操作的難度和勞動強度都很高，導致人員數(shù)量需求大，更換時間長，增加了帶電作業(yè)的不穩(wěn)定因素。

（2）使用絲杠收緊導線時，為保證被換絕緣子串達到能脫離金具連接的松弛狀態(tài)，需要一定的過牽引距離，較難控制。按照《110～500kV架空電力線路施工及驗收規(guī)范》規(guī)定，在孤立檔收緊導線過牽引長度不得超過200mm。即使在連續(xù)檔耐張段中，導線收緊200mm以上，其水平張力也會大大增加，對于四分裂導線，會出現(xiàn)顯著的受力不平衡，容易導致間隔棒錯位。

3.實踐操作效率分析

在帶電更換500kV耐張串單片絕緣子的實踐操作中，國網(wǎng)重慶檢修分公司對實際工作效率情況進行了統(tǒng)計分析，如圖1和圖2所示。

可以看出，閉式卡法隨著更換片數(shù)的增加，作業(yè)耗時增長明顯，而托瓶架法在不同情況下用時幾乎不變，證明“重復勞動”的問題會導致閉式卡法在更換效率上存在較大波動。但上述統(tǒng)計所反映出的效率未考慮人工、材料、運輸及作業(yè)環(huán)境等因素，而實際工作中這些因素必須著重考慮。

4.直線閉式卡更換耐張絕緣子

國網(wǎng)重慶檢修分公司為解決部分直線塔橫擔側不適合安裝絲杠的問題發(fā)明了直線閉式卡，在用于耐張塔托瓶架法更換絕緣子時也有減少短接間隙、增大安全距離的作用。

閉式卡是更換單片絕緣子的核心工具，其自身結構的特點是利用芯具結構錨定絕緣子鋼帽，主要用于耐張單片絕緣子的更換。直線閉式卡顧名思義是用于直線絕緣子串的閉式卡（常規(guī)閉式卡也可用于直線絕緣子串，但使用條件和安裝都較為不便），相較于常規(guī)閉式卡，結構上最大的不同之處在于兩翼旋轉了90°，用于連接雙頭絲杠的螺栓孔改為了上大下小的碗形孔槽，絲杠從中穿過，利用導線的荷重固定于碗形孔中，操作時的傳動桿位于絕緣子之上，因此有效縮小了短接距離，增大了安全系數(shù)，主要用于直線整串更換，有效解決了某些直線塔掛點處橫擔位斜材結構，不適合絲杠直接錨定的問題，同時也可用于耐張塔托瓶架法更換絕緣子。

結論

根據(jù)上述分析，我們得出了以下結論：

（1）在帶電更換500kV耐張串單片絕緣子工作中，閉式卡法更換效率普遍高于閉式卡法，但是隨著更換片數(shù)的增加，閉式卡法效率降低，托瓶架法幾乎不變，因此絕緣子劣化片數(shù)不同，應適當考慮作業(yè)方式的選擇。

（2）托瓶架法會耗費大量的勞動力，因此通常優(yōu)先考慮閉式卡法。而在絕緣子串劣化片數(shù)達到3片及以上時，應盡量選擇采用托瓶架法，以保證安全。

（3）工器具的研發(fā)對于一項帶電作業(yè)的完成具有決定性作用，尤其是更換端部絕緣子對于在工器具的要求較高。利用國網(wǎng)重慶檢修分公司研制的直線閉式卡，可以在托瓶架法中有效增加安全距離。

雖然帶電更換絕緣子的方法已經(jīng)發(fā)展得非常成熟，施工作業(yè)的安全性、可靠性也有較高的保障，但是，不管檢修技術發(fā)展得如何純熟、高效，也不能把保障電網(wǎng)安全運行的希望完全寄托在設備的維護之上。設備本身運行的穩(wěn)定性、可靠性才是電網(wǎng)安全的根本，可靠性越高越好、檢修消缺次數(shù)越少越好，只有不斷研究開發(fā)新材料，提升絕緣子性能，才是保證電網(wǎng)安全運行，提升經(jīng)濟效益、社會效益的長治久安之策。

［1］馮俊武.帶電更換500kV耐張串單片絕緣子的探討［J］.低碳世界，2014（18）：98-99.

TM216

A