配網帶電作業復合材料多功能絕緣橫擔的研制與應用

(深圳供電局有限公司，廣東 深圳 518172)

0 引言

電能的出現改變了人們的生活和生產方式，推動了社會的進步和發展，但隨著社會的進步和發展，人們的電能需求的日漸增加，10 kV電纜線路的應用范圍日漸廣泛，但這同時也導致了10 kV電纜線路故障更為頻繁。在傳統的10 kV電纜線路檢修過程中大多需要進行較長時間的斷電，這嚴重影響了人們的正常用電，而旁路作業法的應用在極大程度上縮減了斷電時間，甚至可以實現不斷電，這無疑是充分保障了10 kV電纜線路的安全、高效、穩定供電。但旁路作業法同樣存在著不足，旁路柔性電纜的固定一直是目前的短板，所以研制配網帶電作業復合材料多功能絕緣橫擔非常有必要。

目前10 kV配網帶電作業絕緣橫擔只是用于圓形水泥電桿，但深圳目前有很大一部分直線桿、轉角桿、耐張桿、終端桿都采用鐵塔構建，以增加其牢固性。在10 kV架空線路帶電作業采用旁路作業法時，柔性電纜暫時沒有很好的方法固定。當旁路系統需要長期接入時，考慮到臺風天氣對柔性電纜擺動的影響，對接入后的天氣情況要求就比較苛刻了。

本項目主要研究一種10 kV配網帶電作業多功能絕緣橫擔，不僅適用于常規的水泥電桿，也可用于常見的鐵塔。利用該方法可以確保旁路柔性電纜固定良好，確保有一個良好的運行環境，在臺風等惡劣天氣下，也可長期正常運行，提高供電可靠性，確保了客戶的安全可靠用電。

1 主要技術與材料

1.1 關鍵技術

新型絕緣橫擔的材料選擇分為主體結構設計和安裝結構設計。

1.2 解決方案

1)為了達到主體支撐臂滿足線路絕緣電氣性能要求，又能達到橫擔的機械負荷要求以及橫擔自身的輕便性，主體支撐臂材料選擇高強度中空的環氧樹脂材質的絕緣棒；橫擔與電桿連接的抱箍采用鋁合金材質。

2)為了方便現場操作，絕緣橫擔由電桿抱箍(兩用)、絕緣管、電纜固定線夾和支撐板組成。橫擔一端為電桿抱箍，另一端是中空的高強度環氧樹脂絕緣管，絕緣管上裝有電纜固定線夾。

3)電桿抱箍采用2種連接方式。

一種可以直接與構架式方形電桿中的支撐角鋼連接。主要結構是鋁合金連接底座，尾端開90°分叉，能夠貼緊角鋼。后面有一個可以調節的鎖死機構，可以通過搖桿進行加力鎖死角鋼，完成絕緣橫擔的固定。見圖1。

圖1 絕緣橫擔與角鋼的連接方式

另一種可以直接與圓形電桿連接。主要結構是鋁合金連接底座，尾端開90°分叉。將第一種連接方式的鎖緊滑塊更換成圓桿適配滑塊和軟質抱桿鎖緊帶。更換了圓桿適配滑塊的絕緣橫擔能夠很好地貼合圓桿表面，然后通過軟質抱桿鎖緊帶抱緊電桿，最后通過鎖緊帶配置的收緊器調節橫擔與電桿的緊固程度。

4)主支撐臂采用中空高強度玻璃樹脂環氧管。由于環氧樹脂材料具有質量輕、強度高、絕緣性能好等特點，所以選擇其為新型橫擔的主支撐臂材料。

1.3 環氧樹脂材料

1.3.1 飽和環氧樹脂

絕緣橫擔的骨架是由φ 50×5環氧樹脂管構成。通常的玻璃鋼產品用的是不飽和環氧樹脂，不飽和樹脂性質接近塑料，加工性能好。但長期使用的帶電作業工具直接關系人身和電網安全，要采用有更高絕緣和抗老化性能的飽和環氧樹脂制品。飽和樹脂的注塑比較困難，所以在選擇能加工飽和樹脂廠家作為合作單位，絕緣橫擔的骨架，都是由合作廠家用飽和環氧樹脂玻璃纖維復合而成。

1.3.2 環氧樹脂玻璃纖維品質的檢驗

除了按國標檢定本項目使用的原材料飽和環氧樹脂和玻璃纖維的化學物理性能之外，更重要的是對成型品作實用性的檢測，檢測方法是用150 kgf加在1 m長的φ 50×5玻璃鋼管中央下垂繞≤1 cm，卸載后無損傷，無永久變形。

玻璃鋼管樣品送第三方檢測機構試驗，證明符合《電業安全工作規程DL409-1991》要求。數據見表1。

表1 試驗數據

1.4 橫擔支撐玻璃鋼管臨界承載力計算

利用實用性檢測結果，可以計算出橫擔支撐玻璃鋼管的力學參數，彈性模量E和極限承載應力。

1)橫擔支撐玻璃鋼管的截面轉動慣矩J(x-x軸)，玻璃鋼管外徑D=5 cm，內徑D=4 cm。

J=3.14(D4-d4)/64

=3.14(54-44)/64

≈18.1 cm4

(1)

2)橫擔支撐玻璃鋼管的彈性模量E。

利用實用性檢測結果計算：

≥150 kgf.1003/(48×1×18.1)

≈172 652 kgf/cm2

(2)

3)臨界承載力。

根據歐拉(Leonard Euler)壓桿穩定性臨界荷載公式：

=3.14×172 652×18.1/1002

≈981.25 kgf

(3)

4)整個絕緣橫擔的臨界承載力。

考慮不均勻系數為k=1.3，總極限承載力為：

981.25 kgf÷1.3≈754.8 kgf≈7.4 kN

(4)

設計最大容許總承載力為1.5 kN，安全系數≥4.8。

1.5 旁路電纜固定線夾設計

根據旁路電纜外形，采用絕緣材料設計固定線夾。

1.6 絕緣橫擔水平面轉動設計

普通的絕緣橫擔安裝后水平位置是無法調整的，本項目設計的絕緣橫擔具備水平調整功能。具體是通過一個旋轉裝置實現。設計圖見圖2。

圖2 絕緣橫擔水平旋轉裝置設計圖

從圖2可以看出，本功能實現是通過1個旋轉連接軸實現橫擔水平旋轉。當旋轉到所需位置時用定位銷插入對應從調節孔內實現位置鎖死。

1.7 絕緣拉繩設計

為了增加絕緣橫擔垂直負載能力，增加1根絕緣拉繩輔助受力。

圖3 整體結構圖

如圖3所示，一種新型橫擔支撐架由支撐管、電纜夾、連接管、固定器、鎖止銷、支撐板、輔助拉繩組成。其特征在于3個電纜夾均勻分布固定在支撐管上；支撐管一端安裝美觀封帽，另一端安裝有連接管，離連接管不遠處設有與輔助拉繩相連的金屬環；連接管與固定器螺栓活動連接，使得支撐管可以水平轉動使用位置；固定器呈“Y”形結構，其底面安裝有支撐板，前端2個叉角上設有固定的鎖止銷；輔助拉繩一端連接支撐管上的金屬環，另一端連接桿塔角鋼。

2新型配網帶電作業絕緣橫擔的優勢及創新點

2.1 優勢

具有質量輕、安裝方便、強度高、絕緣性能好等特點，給桿上旁路作業帶來了便利，也彌補了老橫擔的各種不足的問題，大大提高了作業安全和效率。

2.2 創新點

該橫擔安裝方便，大大降低作業時間，提高作業效率；本項目研制的絕緣橫擔固定結構安全可靠，提高了作業的安全性；本項目在材料上的選擇，做到既保證了能夠承受相應的機械負荷，還保證了產品的輕便靈活性。

2.3 裝置的檢測與試驗

絕緣橫擔研究階段，在實驗室和工廠內做了大量的模擬測試比對試驗，對抱箍、結構進行了多次優化、改進。并在武漢高電壓研究所監督檢驗中心進行相關測試，測試結果全部達到了預期指標。

2.4 新型配網帶電作業絕緣橫擔的應用前景

當前城市的大規模擴張，供電網絡復雜、設備多樣、現場環境特殊，旁路作業頻次越來越高，相應的桿上作業隨之增多，然而實際中帶電更換避雷器、拆接熔斷器引線或線路引線、更換直線桿絕緣子及橫擔、更換開口跌落式熔斷器、更換開口柱上開關或隔離開關以及更為復雜的帶電立桿、更換柱上變壓器缺少一種橫擔固定引下線或所用老式橫擔問題太多存在安全隱患。

新型絕緣橫擔研究成果安裝方便、承受機械負荷高，適時解決了桿上作業的施工不便復雜、作業時間長、安全隱患多的問題，極大地提高配網帶電旁路作業效率，具有廣泛的推廣應用價值，并將為提高配網帶電作業的覆蓋率發揮重要作用。

3 結語

10 kV配網帶電作業絕緣橫擔在旁路作業法固定柔性電纜中已經得到了廣泛應用，事實也表明10 kV配網帶電作業絕緣橫擔的應用取得了較為理想的效果。但目前而言，10 kV配網帶電作業絕緣橫擔在應用中還存在一定的不足，因此電力企業應加以重視，使10 kV配網帶電作業絕緣橫擔可以更好地為人們提供安全、便捷、高效的服務。