帶電更換±800 kV線路耐張絕緣子用起重滑車掛點加高裝置的研制

楊海寧，林政國，徐 東

（甘肅送變電工程有限公司，甘肅 蘭州 730070）

0 引言

±800 kV酒湖特高壓直流輸電線路工程，是目前世界上已建成的送電距離最遠的直流輸電工程，也是我國第一條以輸送新能源為主的特高壓直流輸電工程。該工程起于甘肅省酒泉市，終于湖南省湘潭市，途徑甘肅、陜西、重慶、湖北、湖南5省（市），全長約2 383 km。其中甘肅省境內長度1 248 km，共有鐵塔2 394基（其中耐張塔334基），占工程全線的52%，線路途經甘肅9市22縣（區），該工程于2017年6月23日正式帶電投入運行。

特高壓輸電線路為了避開城鎮、人口稠密地區、廠礦企業等，均分布于荒郊野外，所經地區地形地貌型式多樣，氣候條件復雜多變。甘肅地區高山大嶺、沙漠、戈壁、鹽堿地等分布廣泛，常年大風沙塵，惡劣的氣候容易造成絕緣子劣化自爆。帶電更換耐張絕緣子是帶電作業中的一個重要項目，也是保證線路安全的重要檢修手段。為了確保特高壓輸電線路安全穩定運行，帶電更換耐張絕緣子將成為常態。由于特高壓線路導線張力大，導致耐張絕緣子及更換耐張絕緣子用的液壓絲杠、閉式卡具等重量較大，在特高壓輸電線路上帶電更換耐張絕緣子，利用傳統的方式起吊絕緣子及工器具時，作業人員體力消耗大，工作效率低。筆者針對該問題進行分析、研究，研制出±800 kV特高壓直流線路耐張絕緣子用起重滑車加高裝置，此裝置結構穩定、使用方便。

1 背景方法及其缺陷

±800 kV輸電線路是我國近年來新建成的特高壓輸電線路，電壓等級高，輸送容量大，其安全穩定運行對工農業生產和人民生活有著重要的影響。隨著±800 kV特高壓輸電線路的建成和運行，其日常運行維護工作日趨重要，而帶電作業是確保±800 kV特高壓直流輸電線路穩定、安全運行的重要技術手段。

帶電更換±800 kV特高壓輸電線路耐張絕緣子過程中，其方法及使用的工器具如圖1所示，起重滑車通常利用絕緣繩套懸掛在耐張絕緣子串上，由絕緣繩套、起重滑車及起重絕緣繩組成起吊系統，通過地面工作人員控制起重絕緣繩，將絕緣子或工器具等傳遞到耐張絕緣子串附近。由于±800 kV特高壓輸電線路耐張絕緣子普遍重達20 kg以上，閉式卡具及液壓絲杠等的重量均較大，加上吊起的最終位置較低，帶電作業人員要把絕緣子、閉式卡具、液壓絲杠等從起重滑車上摘下特別費力，體力消耗很大，技術要求高，花費時間長。為了節省帶電作業人員體力，縮短強電場作業時間，迫切需要一種起重滑車加高裝置，方便作業人員從起重滑車拿取絕緣子及液壓絲杠、閉式卡具等工器具。

圖1 起重滑車一般掛法示意圖Fig.1 General drawing method of lifting pulley

2 起重滑車掛點加高裝置設計

本設計的目的就是研發一種帶電更換±800 kV線路耐張絕緣子用起重滑車掛點加高裝置，以方便帶電作業人員高空工作，降低其勞動強度，縮短帶電作業時間，提高帶電作業工作效率，要求所述耐張絕緣子起重滑車掛點加高裝置工作過程中使用方便、結構穩定。

2.1 加高裝置介紹

為了加高起重滑車掛點位置，研發了一種三腳架結構，如圖2、圖3所示，該裝置包括三個卡具、兩個支撐絲桿、一個吊架和一個三通接頭。其中一個卡具安裝在一側絕緣子串一只絕緣子鋼帽上，另外兩個卡具分別安裝在另一側耐張絕緣子串的與一側安裝卡具的絕緣子平行的絕緣子間隔的兩只絕緣子鋼帽上，三個卡具安裝位置呈等腰三角形分布。吊架及兩個支撐絲桿的一頭分別與三個卡具連接在一起，兩個絲桿的另一頭與吊架中部的三通接頭相連，起重滑車通過螺栓懸掛在吊架長接頭上。由吊架及兩個絲桿形成的穩定的三腳架結構，組成起重滑車加高裝置，通過同時均勻調節絲桿的長度，可以調節起重滑車的懸掛高度，方便帶電作業人員從起重滑車上拿取絕緣子及工器具。

圖2 起重滑車掛點加高裝置主視圖Fig.2 Main view of the device that adds height of the pulley

圖3 起重滑車掛點加高裝置俯視圖Fig.3 Top view of the device that adds height of the pulley

2.2 卡具結構

圖4 卡具結構主視圖Fig.4 Main view of the fixture structure

如圖4、圖5所示，所述卡具主要由上卡、下卡組成，卡具的中間型腔和線路上的絕緣子鋼帽的外形輪廓相匹配，夾持在絕緣子鋼帽上。為了安裝方便、轉動靈活，三個卡具接頭分別與吊架的短接頭、兩個支撐絲桿接頭通過螺栓形成可轉動的鉸接。

圖5 卡具結構俯視圖Fig.5 Top view of the fixture structure

2.3 支撐絲桿結構

如圖6所示，支撐絲桿由搖柄、接頭及絲桿主體組成，通過同時均勻等距調節兩根支撐絲桿的長度可以改變吊架的高度，從而改變起重滑車的高度及其距離作業人員的位置。

圖6 支撐絲桿結構圖Fig.6 Structural diagram of supporting screw rod

2.4 吊架結構

如圖7所示，吊架由鋁合金管、短接頭及長接頭組成，通過鉚接固定成一個整體，在吊架設置有長接頭的一端頭通過螺栓固定連接有0.5T滑車。

圖7 吊架結構示意圖Fig.7 Sketch of hanger structure

如圖8、圖9所示，安裝在吊架中上部的三通接頭主要由鋼管、鋼套管及耳板組成，吊架通過三通接頭的耳板與兩個支撐絲桿接頭形成可轉動的鉸接。

3 主要部件強度計算

初步設計完成后必須進行受力分析，驗證各部件的強度是否滿足要求。

圖8 三通接頭主視圖Fig.8 Main view of three way joint

圖9 三通接頭側視圖Fig.9 Side view of three way joint

3.1 吊架受力分析

3.1.1 吊架受力計算

依據起吊的絕緣子、工器具等的質量考慮，起重滑車最大起吊質量設為35 kg，即約為350 N,如圖10所示，則吊架頂部受力為

圖10 吊架頂部受力圖Fig.10 Force diagram at top of Pylon

式中：F為吊架頂部受力（N）；G為最大起吊重力（N）；η為動載荷系數(1.4～1.6，這里取1.5)。

3.1.2 吊架強度計算

吊架長度為1 000 mm，支撐絲桿安裝于頂部向下225 mm處，吊架與水平面最小夾角α為30°，如圖11所示，則施加于吊架支撐點的彎矩為

圖11 吊架頂部彎矩計算圖Fig.11 Calculation diagram of bending moment at top of hanger

式中：M為吊架支撐點的彎矩（N·mm）；α為吊架與水平面最小夾角（°）；S為吊架頂部到吊架支撐點的距離（mm）。

吊架為管狀結構，外徑為30 mm，內徑為22 mm，該截面慣性距為

式中：Ix為截面對X軸的慣性矩（mm4）；D,d分別為吊架鋼管的外徑和內徑（mm）。

則該截面的抗彎截面模量為

式中：W為抗彎截面模量（mm3）。

該截面上的彎曲應力為

式中：σ為截面彎曲應力（N/mm2）。

安全系數按2.5考慮，則該截面上的彎曲應力

由此可以看出該截面的強度足夠安全。

根據同樣的計算原理對卡具、支撐絲杠進行受力分析，其強度均滿足安全要求。

3.2 主要材料選擇

根據受力分析及材料的物理性能進行材料選擇。吊架選擇外徑30 mm、內徑22 mm的Ly12C.Z高強度鋁合金管，其屈服應力為280 N/mm2。選擇額定工作負荷為1 t的支撐絲杠。卡具主要材料為Q235A高強度鋼，其屈服應力為240 N/mm2。工器具加工完成后，對其做動荷機械試驗，在3倍額定工作負荷下，工具靈活、輕便、無卡住現象，由所選材料制成的工器具完全能夠滿足現場安全使用要求。

4 結語

本裝置技術創新取得了良好的效果，一是能夠降低作業安全風險，使用該技術創新后,作業人員可以穩定地坐在絕緣子串上,輕松地拿取已經提升至作業點位置的工器具及絕緣子，避免了作業人員需彎腰、提拉等容易翻下絕緣子串的最危險的環節,降低了安全風險。二是能夠降低作業人員勞動強度，作業人員無需出太大的力，就可以輕松拿取工器具、絕緣子等，從而極大地降低了作業人員的勞動強度。三是能夠縮短作業時間，作業人員可以連續進行工作,無需中間休息，同時縮短了作業人員處在強電場的時間，安全風險同時也減小了。現場測試圖見圖12。

圖12 現場試驗圖Fig.12 Field test diagram

本裝置結構穩定、使用方便、安全可靠，極大地提高了帶電作業效率，降低了人員勞動強度，降低了塔上作業人員的安全風險，具有良好的實用價值。

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