500 kV 輸電線路Ⅰ型懸垂絕緣子串通用卡具研究

潘榮超，徐元超，韓正新，李冰冰，劉太東

（國網山東省電力公司檢修公司，山東 濟南 250118）

0 引言

絕緣子是架空線路的重要組成部分，既能使導線和桿塔在電氣上絕緣，又能使桿塔和導線在機械上連接［1］。對山東電網來說，絕大部分500 kV 輸電線路直線塔上使用的絕緣子為I 型懸垂復合絕緣子串。絕緣子在運行中可能會因為制造質量、運行環境等因素導致絕緣子發熱、傘群破損、球頭斷裂等缺陷［2-3］，如不及時處理有可能導致絕緣子斷串或導線脫落。為確保輸電線路安全穩定運行，應對有缺陷的絕緣子進行更換，為確保可靠供電，一般采用帶電更換方式［4］。隨著500 kV 輸電線路的發展，電力線路設備不斷更新，大量新型桿塔得到應用，許多帶電作業項目無法按照原有工作方法開展，給帶電作業帶來新的挑戰和難題［5］。在帶電更換懸垂直線絕緣子工作中，目前通用的帶電更換直線塔絕緣子專用卡頭均按背靠背角鋼端部連接設計，直線塔的橫擔端部一般由2 塊角鋼背靠背組合而成，2 塊角鋼的間距約為60～100 mm［6］，如圖1 所示。通過機械絲杠、絕緣吊桿與四線吊鉤的組合提升導線，完成復合絕緣子的更換工作。目前，許多線路的懸垂直線絕緣子掛點在設計中使用的塔材是無間隙的背靠背鐵，如圖2 所示。對于這種背靠背鐵無縫隙的橫擔，無法利用卡在背靠背鐵縫隙上的橫擔卡，給連接絕緣吊桿帶來不便。研究及查新發現，500 kV 輸電線路背靠背鐵無縫隙的桿塔通用更換絕緣子工具的相關研究較少，也沒有輕便高效的工具可以使用。

圖1 橫擔背靠背鐵有縫隙

圖2 橫擔背靠背鐵無縫隙

針對以上問題，本著“卡頭專用、絲桿通用”的設計理念，研究一種輕質且具有一定機械強度的材料制成的卡具，設計了適用于上述塔型的專用卡頭，既能便捷地固定于橫擔，也能方便地連接絕緣拉桿。

1 工作原理

卡具分上下兩個部分，每個部分均為近三角形結構，如圖3 所示。上三角部分通過加強筋與背靠背鐵接觸，下三角部分有一個施工孔，可以穿入U 型環，從而連接絕緣拉桿。上下兩部分兩側均有多個施工孔，利用加強螺栓穿入左右對稱的連接板將上下兩個結構連接。通過調節上下三角結構，將螺栓穿入對應尺寸的孔，從而使該工具使用在不同尺寸的背靠背鐵上。本裝置既能固定于橫擔，也能連接絕緣拉桿，具有很強的通用性。

圖3 卡具結構

1）上三角部分。上三角部分為正三角形結構，上面通過加強筋與背靠背鐵接觸，起支撐作用，兩側均有對稱分布的多個孔，可通過連接板以及加強螺栓與下三角結構的孔連接。通過調節連接板，將螺栓穿入對應尺寸的孔上，從而使該工具使用在不同尺寸的背靠背鐵上。

2）下三角部分。下三角部分為倒三角結構，通過連接板以及加強螺栓與上三角結構連接。兩側均有對稱分布的多個孔，通過調節連接板，將螺栓穿入對應尺寸的孔，從而使該工具適用于不同提高尺寸的背靠背鐵。下三角結構的施工孔可以穿入U 型環，從而方便連接絕緣拉桿。

作業人員將該工具組裝在絕緣子掛點附件背靠背鐵上，通過掛孔或者轉換接頭將絕緣吊桿和該工具連接牢固，將絕緣吊桿另一端連接機械絲杠和四線吊鉤。收緊絲杠使導線受力，將金具線夾上的力轉化到工具線夾上，完成更換絕緣子。松絲杠，將工具線夾上的力轉化到導線上，從而拆除更換絕緣子整套工具。

2 卡具的功能特點

該卡具質量小、強度高，上、下三角部分及連接板均由高強度鋁合金制作，連接螺栓材質為40 Cr 鋼，規格為M14，單邊能承受6 t 的剪切力。既能便捷地固定于橫擔，也能方便地連接絕緣拉桿，安裝方法如圖4 所示。通過調節工具上下三角結構，將螺栓穿入對應尺寸的孔，從而將該卡具使用在不同尺寸的背靠背鐵上，徹底解決橫擔結構及尺寸的差異給帶電更換Ⅰ型懸垂絕緣子串帶來的困難，具有很強的通用性。

圖4 500 kV 輸電線路導線懸垂串線夾更換工具安裝

3 在500 kV 輸電線路帶電作業中的應用

3.1 裝置受力計算與分析

根據帶電作業更換直線絕緣子串的卡具規格及技術參數［7］，經機械試驗，該卡具額定荷載為6 t。

以500 kV 聊韶Ⅱ線為例進行計算與分析，該線路導線選用應用比較廣泛的LGJ-400／35 的導線，分裂數為四分裂，導線排列方式為方形四角布置，復合絕緣子采用雙串，型號為FXBW-500／210／4550，地形為平原。導線的機械參數見表1。500 kV 聊韶Ⅱ線工作地段耐張段內鐵塔情況如表2 所示。

表1 LGJ-400／35 導線部分技術參數

一般在天氣良好時進行在直線塔上更換復合絕緣子的工作，Ⅰ串復合絕緣子更換工具承受的力主要來自導線的自重，因此，導線線夾上承受的荷載僅考慮導線、金具的本身質量。

表2 500 kV 聊韶Ⅱ線工作地段耐張段內鐵塔

每相子導線上的垂直荷載為

式中：m0為導線的單位質量，kg／m；G 為絕緣子串上的垂直荷載，kg；Lv為垂直檔距，m；W 為金具和作業人員的質量，kg。

根據表2，選取SZ412-36 塔型，水平檔距為467 m，垂直檔距為454.3 m 的導線進行計算，估計作業人員和金具的質量分別為60 kg 和10 kg，則G=4m0Lv+W=4×1.35×454.3+60+10=2.523 22（t）。

每相導線的垂直檔距荷載為2.523 22t，對于更換雙絕緣子串其中一串工作，取不平衡系數為1.2，絲杠受力為2.523 22×1.2÷2=1.52（t）。

根據計算，此次帶電作業需要工具的額定荷載為1.52t＜6t，足夠滿足作業要求。

3.2 在500 kV 輸電線路帶電作業中的應用

利用500 kV 輸電線路懸垂串線夾更換工具可以進行帶電更換背靠背鐵無縫隙絕緣子工作。在等電位更換絕緣子過程中只需要1 名等電位電工，1～2名塔上電工，3 名地面電工。

2019 年3 月對該工具在500 kV 聊韶Ⅱ線297號塔上進行現場驗證，進電場采用軟梯法，卡具固定在背靠背鐵上，通過轉換接頭與絕緣吊桿上端連接，絕緣吊桿下端與帶機械絲杠的四線吊鉤連接，如圖5 所示。

圖5 作業人員利用工具更換復合絕緣子

2019 年8 月，該工具在多條500 kV 輸電線路上得到了應用，通過現場驗證證明該工具使用輕便、節省時間、可靠、能夠順利進行500 kV 輸電線路桿塔背靠背鐵無縫隙絕緣子的更換。

4 結語

新研制的橫擔卡在帶電更換背靠背鐵無縫隙的懸垂復合絕緣子工作中，有極大的生產施工優勢，能夠在特殊地理位置（如山頂和大跨越）以及電力負荷需求較大地區使用，節省人力物力成本，具有較大的經濟效益。