帶傳感器絲桿在帶電作業(yè)中的應(yīng)用及作業(yè)方法研究

劉松波 肖錳

【摘要】近年來(lái)，隨著輸電線路設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的進(jìn)一步提高，輸電線路桿塔結(jié)構(gòu)形式更加多樣化，目前帶電更換直線塔耐張雙聯(lián)絕緣子串作業(yè)工具普遍存在以下幾個(gè)缺點(diǎn)：1、所需工器具較多，塔上作業(yè)勞動(dòng)強(qiáng)度大;2、作業(yè)中使用的導(dǎo)線金屬雙鉤較長(zhǎng)（達(dá)400mm～600mm），組裝時(shí)短接過(guò)多絕緣子，存在一定安全隱患;3、由于雙聯(lián)雙掛點(diǎn)絕緣子串在導(dǎo)線提升后，三角聯(lián)板因重力作用下垂至歪斜狀態(tài)，地電位遠(yuǎn)程操作絕緣子球頭進(jìn)出碗頭變得異常困難;4、雙鉤金具提升導(dǎo)線時(shí)容易磨損導(dǎo)線;5、遇到大跨越、大檔距、大高差線路桿塔，導(dǎo)線荷載無(wú)法評(píng)估，且緊線絲桿需收緊行程大，有時(shí)候會(huì)出現(xiàn)無(wú)法帶電更換的情況。本文主要闡述一種可測(cè)壓式帶電更換雙聯(lián)絕緣子串裝置及作業(yè)方法，該裝置及作業(yè)方法有利于便捷、安全、高效地進(jìn)行地電位帶電更換雙聯(lián)懸垂絕緣子串。

【關(guān)鍵詞】輸電線路;雙聯(lián)絕緣子串;可測(cè)壓;緊線絲桿

0引言

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，用電負(fù)荷日益增大，對(duì)供電可靠性的要求也越來(lái)越高，輸電線路是電網(wǎng)負(fù)荷的主要輸送通道，輸電線路絕緣子長(zhǎng)期暴露在野外，在雷電流、強(qiáng)電場(chǎng)及拉力作用下容易出現(xiàn)低零值，玻璃絕緣子會(huì)引發(fā)自爆。當(dāng)良好絕緣子片數(shù)達(dá)不到安全運(yùn)行規(guī)定時(shí)，將威脅到輸電線路的安全運(yùn)行，因此必須定期更換線路低零值絕緣子。一般可采用帶電作業(yè)方式或停電進(jìn)行消缺，然而對(duì)于一些單回主干線路或重要負(fù)荷線路，停電作業(yè)不僅影響用戶正常用電，同時(shí)也可能導(dǎo)致因停電作業(yè)對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行引發(fā)的安全風(fēng)險(xiǎn)，所有在工具匹配，帶電作業(yè)條件滿足要求的情況下，一般采用帶電方式進(jìn)行消缺。

1研究?jī)?nèi)容

本文主要闡述一種可測(cè)壓式帶電更換雙聯(lián)絕緣子串裝置及作業(yè)方法，該裝置及作業(yè)方法有利于便捷、安全、高效地進(jìn)行地電位帶電更換雙聯(lián)懸垂絕緣子串。

1.1專用工具研制

一種可測(cè)壓式帶電更換雙聯(lián)絕緣子串裝置，其特征在于，包括壓力傳感器數(shù)顯絲桿、長(zhǎng)度可調(diào)式絕緣拉棒和叉型卡具，壓力傳感器數(shù)顯絲桿包括直線絲桿、絲桿支座、壓力傳感器、控制單元和顯示單元，直線絲桿的絲桿下端與絕緣拉棒上端連接，直線絲桿的螺母座經(jīng)壓力傳感器安裝于絲桿支座上，絲桿支座為橫擔(dān)卡結(jié)構(gòu)，壓力傳感器連接控制單元，控制單元連接顯示單元;叉型卡具上端與絕緣拉棒下端連接，叉型卡具下端的兩個(gè)卡具上設(shè)有用于連接三角聯(lián)板的插銷。

可測(cè)壓式帶電更換雙聯(lián)絕緣子串裝置，其特征在于，壓力傳感器為圓柱式壓力傳感器，螺母座經(jīng)壓力軸承與壓力傳感器連接。

可測(cè)壓式帶電更換雙聯(lián)絕緣子串裝置，其特征在于，控制單元上設(shè)有無(wú)線通信模塊，以通過(guò)無(wú)線通信模塊與外部的終端或系統(tǒng)建立無(wú)線連接并傳輸數(shù)據(jù)。

可測(cè)壓式帶電更換雙聯(lián)絕緣子串裝置，其特征在于，螺母座外側(cè)與一金屬橫向搖桿連接。

可測(cè)壓式帶電更換雙聯(lián)絕緣子串裝置，其特征在于，長(zhǎng)度可調(diào)式絕緣拉棒包括中空套管、上連桿及下連桿，上連桿下段、下連桿上段分別穿設(shè)于中空套管中并可上下伸縮，上連桿上端連接直線絲桿的絲桿，下連桿下端連接叉型卡具。

可測(cè)壓式帶電更換雙聯(lián)絕緣子串裝置，其特征在于，上連桿下段、下連桿上段上沿長(zhǎng)度方向分別設(shè)有若干個(gè)等距的定位孔，中空套管上沿長(zhǎng)度方向?qū)?yīng)開設(shè)有若干定位孔，以當(dāng)上連桿和下連桿相對(duì)于中空套管伸縮調(diào)節(jié)到所需長(zhǎng)度時(shí)，通過(guò)高強(qiáng)度螺栓穿過(guò)內(nèi)外重合的定位孔并用高強(qiáng)度螺帽固定，實(shí)現(xiàn)絕緣拉棒的長(zhǎng)度定位。

可測(cè)壓式帶電更換雙聯(lián)絕緣子串裝置，其特征在于，叉型卡具包括拉棒連接部、橫向連接部和兩個(gè)卡具，拉棒連接部上端與絕緣拉棒下端螺紋連接，拉棒連接部下端與橫向連接部中部固定連接，兩個(gè)卡具上端分別與橫向連接部左右兩側(cè)部轉(zhuǎn)動(dòng)連接，以調(diào)節(jié)兩個(gè)卡具所成的叉角，使叉型卡具適用于不同型號(hào)的三角聯(lián)板，卡具下端設(shè)有插銷，以插置于三角聯(lián)板的預(yù)留孔中，實(shí)現(xiàn)叉型卡具與三角聯(lián)板的連接。

1.2作業(yè)方法研究

一種可測(cè)壓式帶電更換雙聯(lián)絕緣子串的作業(yè)方法，其特征在于，包括以下步驟：

（1）作業(yè)人員登塔至橫擔(dān)位置，地面人員將裝置起吊至塔上;

（2）作業(yè)人員調(diào)節(jié)長(zhǎng)度可調(diào)式絕緣拉棒的長(zhǎng)度，使其匹配絕緣子串;

（3）使絲桿支座卡在橫擔(dān)上，并通過(guò)絕緣操作桿遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)叉型卡具下端兩個(gè)卡具所成的叉角，使卡具上的插銷插置于三角聯(lián)板的預(yù)留孔內(nèi);

（4）作業(yè)人員收緊直線絲桿，并觀測(cè)顯示單元顯示的壓力值，在荷載允許范圍內(nèi)提升導(dǎo)線，使懸垂絕緣子串松弛，從而實(shí)現(xiàn)地電位帶電更換雙聯(lián)懸垂絕緣子串。

2主要技術(shù)原理

2.1工具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，受力狀況分析及強(qiáng)度校核

2.1.1更換前設(shè)備的工況狀態(tài)和受力分析

雙聯(lián)雙掛點(diǎn)直線絕緣子串設(shè)備在更換前的運(yùn)行受力狀態(tài)，見圖1。

根據(jù)設(shè)計(jì)條件設(shè)定：垂直檔距為1000m，雙分裂導(dǎo)線為2×400mm2，弧垂30米。

導(dǎo)線垂直荷載：F=2Lqg=2×1.0km×1295kg/km×9.8N/kg =25.38kN

雙聯(lián)雙掛點(diǎn)直線絕緣子串運(yùn)行受力狀態(tài)：

FNA=FNB=25.38kN/2=12.69 kN

2.1.2更換時(shí)設(shè)備的工況狀態(tài)和受力分析

雙聯(lián)雙掛點(diǎn)直線絕緣子串設(shè)備在更換時(shí)的運(yùn)行受力狀態(tài)，見圖2。

由圖3可見，收緊緊線絲桿（并摘除絕緣子）后，導(dǎo)線的垂直荷載全部轉(zhuǎn)移到承力工具上，因此，工具受力狀態(tài)如下：

F=25.38kN

FN= F= 25.38kN

2.1.3主要承力工具安全系數(shù)（試驗(yàn)負(fù)荷）的確定

根據(jù)GB/T18037-2000 帶電作業(yè)工具技術(shù)要求與設(shè)計(jì)導(dǎo)則標(biāo)準(zhǔn)確定，本項(xiàng)目主要承力工具應(yīng)按圖3工況裝置型式進(jìn)行機(jī)械試驗(yàn)。試驗(yàn)負(fù)荷FN值如下：

額定工作負(fù)荷25.38kN（2590kg）;

動(dòng)態(tài)試驗(yàn)負(fù)荷25.38kN×1.5=38.07kN

靜態(tài)試驗(yàn)負(fù)荷25.38kN×2.5=63.45kN

破壞負(fù)荷不小于25.38kN×3.0=76.14kN

即主要承力工具的破壞負(fù)荷不小于76.14kN，是額定工作負(fù)荷的3倍（K=3）

2.1.4驗(yàn)算過(guò)程

受力件選用40cr材料，調(diào)質(zhì)處理，其機(jī)械性能為：

抗拉強(qiáng)度σb=750 MPa

許用拉伸應(yīng)力[σ]=σb/K=750/3=250 MPa （根據(jù)上述確定的安全系數(shù)K=3）

許用剪切應(yīng)力[τq]=0.7[σ]=0.7×250=175MPa

（查《GB/T18037-2000》[τq]=0.6～0.8[σ]取 [τq]=0.7[σ]）

許用彎曲應(yīng)力[σw]=1.0[σ]=1×250=250 MPa

（查《GB/T18037-2000》[σw]=1～1.2[σ]取 [σw]=1.0[σ]

許用擠壓應(yīng)力[σjy]= 1.5[σ]= 1.5×250=375 MPa

3具體實(shí)施方式

本文闡述的一種可測(cè)壓式帶電更換雙聯(lián)絕緣子串裝置，如圖3-6所示，包括壓力傳感器數(shù)顯絲桿1、長(zhǎng)度可調(diào)式絕緣拉棒2和叉型卡具3。

壓力傳感器數(shù)顯絲桿1包括直線絲桿、絲桿支座6、壓力傳感器4、控制單元12和顯示單元5，直線絲桿的絲桿13下端與絕緣拉棒2上端轉(zhuǎn)動(dòng)連接，直線絲桿的螺母座14經(jīng)壓力傳感器4安裝于絲桿支座6上，絲桿支座6為橫擔(dān)卡結(jié)構(gòu)，以便在作業(yè)時(shí)卡在橫擔(dān)上，壓力傳感器4連接控制單元12，控制單元12連接顯示單元5。

在實(shí)際研制中，直線絲桿采用加強(qiáng)型抗扭力省力直線絲桿，其材質(zhì)為60Si2Mn，屈服強(qiáng)度大于800MPa，完全能滿足絲桿在受力時(shí)的強(qiáng)度要求。壓力傳感器4采用圓柱式壓力傳感器，受力處安裝壓力軸承，螺母座14經(jīng)壓力軸承15與壓力傳感器4連接。螺母座14外側(cè)與一金屬橫向搖桿16連接。絲桿支座按橫擔(dān)卡結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，采用LC4.c.s材料，屈服強(qiáng)度大于400MPa。顯示單元為可充電式，量程為0-50KN。為了便于遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)作業(yè)過(guò)程中的荷載，控制單元12上可以設(shè)置無(wú)線通信模塊，以通過(guò)無(wú)線通信模塊與外部的終端或系統(tǒng)建立無(wú)線連接并傳輸數(shù)據(jù)。無(wú)線通信可以采用藍(lán)牙、WIFI等通信方式。

長(zhǎng)度可調(diào)式絕緣拉棒2包括中空套管22、上連桿21及下連桿23，上連桿21下段、下連桿23上段分別穿設(shè)于中空套管22中并可上下伸縮，上連桿21上端連接直線絲桿的絲桿13，下連桿23下端連接叉型卡具3。上連桿21下段、下連桿23上段上沿長(zhǎng)度方向分別設(shè)有若干個(gè)等距的定位孔24，中空套管22上沿長(zhǎng)度方向?qū)?yīng)開設(shè)有若干定位孔，以當(dāng)上連桿21和下連桿23相對(duì)于中空套管22伸縮調(diào)節(jié)到所需長(zhǎng)度時(shí)，通過(guò)高強(qiáng)度螺栓25穿過(guò)內(nèi)外重合的定位孔并用高強(qiáng)度螺帽固定，實(shí)現(xiàn)絕緣拉棒的長(zhǎng)度定位。

在實(shí)際研制中，長(zhǎng)度可調(diào)式絕緣拉棒2采用防潮填充管材料，符合 JB/T8150.2和IEC855的規(guī)定，具有機(jī)械強(qiáng)度高（#32，20噸）、抗拉、抗扭和可調(diào)節(jié)長(zhǎng)度等特性，絕緣性能足以滿足帶電作業(yè)的要求。

叉型卡具3上端與絕緣拉棒2下端連接，叉型卡具3下端的兩個(gè)卡具上設(shè)有用于連接三角聯(lián)板的插銷。在本實(shí)施例中，叉型卡具為可調(diào)式叉型卡具，包括拉棒連接部31、橫向連接部32和兩個(gè)卡具33，拉棒連接部31上端與絕緣拉棒2下端螺紋連接，拉棒連接部31下端與橫向連接部32中部固定連接，兩個(gè)卡具33上端分別與橫向連接部32左右兩側(cè)部轉(zhuǎn)動(dòng)連接，以調(diào)節(jié)兩個(gè)卡具所成的叉角，使叉型卡具適用于不同型號(hào)的三角聯(lián)板，卡具33下端設(shè)有插銷34，以插置于三角聯(lián)板9的預(yù)留孔中，實(shí)現(xiàn)叉型卡具3與三角聯(lián)板9的連接。叉型卡具采用超硬鋁合金 LC4.c.s材料。

具體實(shí)施步驟如下：

（1）作業(yè)人員登塔至橫擔(dān)7位置，地面人員將裝置起吊至塔上;

（2）作業(yè)人員調(diào)節(jié)長(zhǎng)度可調(diào)式絕緣拉棒2的長(zhǎng)度，使其匹配絕緣子串8;

（3）使絲桿支座6卡在橫擔(dān)上，并通過(guò)絕緣操作桿遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)叉型卡具3下端兩個(gè)卡具33所成的叉角，使卡具33上的插銷34插置于三角聯(lián)板9的預(yù)留孔內(nèi);

（4）作業(yè)人員收緊直線絲桿1，并觀測(cè)顯示單元5顯示的壓力值，在荷載允許范圍內(nèi)提升導(dǎo)線11，使懸垂絕緣子串8松弛，從而實(shí)現(xiàn)地電位帶電更換雙聯(lián)懸垂絕緣子串。

3.1附圖說(shuō)明

圖中：1-壓力傳感器數(shù)顯絲桿，2-長(zhǎng)度可調(diào)式絕緣拉棒，3-叉型卡具，4-圓柱式壓力傳感器，5-顯示單元，6-絲桿支座，7-直線塔橫擔(dān)，8-雙聯(lián)懸垂絕緣子串，9-三角聯(lián)板，10-雙分裂懸垂線夾，11-雙分裂導(dǎo)線，12-控制單元，13-絲桿，14-螺母座，15-壓力軸承，16-金屬橫向搖桿，21-上連桿，22-中空套管，23-下連桿，24-定位孔，25-高強(qiáng)度螺栓，31-拉棒連接部，32-橫向連接部，33-卡具，34-插銷。

4主要技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

本文主要闡述一種可測(cè)壓式帶電更換雙聯(lián)絕緣子串裝置及作業(yè)方法，在現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)用中的優(yōu)點(diǎn)在于：

（1）壓力傳感器數(shù)顯絲桿能直觀、實(shí)時(shí)顯示起吊荷載并可通過(guò)無(wú)線傳輸，方便地在地面終端設(shè)備進(jìn)行接收和監(jiān)測(cè)。

（2）叉型卡具的設(shè)計(jì)取代傳統(tǒng)金屬雙鉤，并通過(guò)遠(yuǎn)程操作兩個(gè)卡具的叉角，使叉型卡具適用于不同型號(hào)三角聯(lián)板。

（3）叉型卡具的運(yùn)用有效避免了傳統(tǒng)金屬雙鉤對(duì)導(dǎo)線的傷害，同時(shí)叉型卡具與拉棒連接部位金具總長(zhǎng)度約200mm，避免了傳統(tǒng)方式中金具雙鉤在起吊及安裝過(guò)程中短接過(guò)多絕緣子而引發(fā)的安全隱患問(wèn)題。

（4）整套作業(yè)流程所需工器具較少，采用叉型卡具能夠始終保證三角聯(lián)板處于受力狀態(tài)，絲桿僅需提升3～5公分就可以使絕緣子串松弛，大大降低了導(dǎo)線側(cè)第一片絕緣子進(jìn)出碗頭的操作難度。

5應(yīng)用效果

自2020年3月起，本單位輸電帶電班應(yīng)用新研制的工器具在實(shí)際運(yùn)行線路進(jìn)行多次帶電更換直線塔懸垂整串絕緣子作業(yè)。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用，作業(yè)人員普遍反映所研制的工具，整體結(jié)構(gòu)合理、重量適中、安裝方便靈活，使用效果良好，所編寫的作業(yè)指導(dǎo)書符合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，可操作性強(qiáng)，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)符合帶電作業(yè)相關(guān)規(guī)范要求。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)使用情況，該項(xiàng)目工具的研制，不僅能解決傳統(tǒng)方式中使用金具雙鉤（500mm—600mm）時(shí)在安裝過(guò)程中短接過(guò)多絕緣子而引發(fā)安全隱患的問(wèn)題，同時(shí)工作中所需工器具明顯減少，采用叉型卡具能夠始終保證三角聯(lián)板處于水平狀態(tài)，導(dǎo)線側(cè)第一片絕緣子球頭進(jìn)出碗頭變得相對(duì)容易，大大降低了塔上作業(yè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。強(qiáng)力型抗扭力省力絲桿上安裝有拉力傳感器，能實(shí)時(shí)顯示工具起吊荷載，而且還能避免傳統(tǒng)方法中雙鉤金具提升導(dǎo)線時(shí)容易損傷導(dǎo)線的問(wèn)題。該套工具基本上能夠適用于三明地區(qū)地電位帶電更換220kV直線塔雙聯(lián)絕緣子串的工作。

6結(jié)束語(yǔ)

本文闡述的一種可測(cè)壓式帶電更換雙聯(lián)絕緣子串裝置及作業(yè)方法，可以進(jìn)行任意220kV輸電線路直線塔雙聯(lián)絕緣子串的地電位方式帶電更換，并且可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)作業(yè)過(guò)程中承力工具的荷載，解決以往進(jìn)行該類作業(yè)中存在的諸多勞動(dòng)強(qiáng)度大、安全系數(shù)低、工作效率低等問(wèn)題，在公司系統(tǒng)內(nèi)具有很高的應(yīng)用價(jià)值和推廣前景。但是該套工具存在以下弊端：1、如遇到兼大跨越、大檔距、大高差且大截面的線路桿塔時(shí)，緊線絲桿提線會(huì)變得困難甚至出現(xiàn)無(wú)法提升導(dǎo)線的情況，無(wú)法保證所有線路通用。2、導(dǎo)線側(cè)三角聯(lián)板若出現(xiàn)特殊型號(hào)（如無(wú)孔洞或者出現(xiàn)方形孔洞），這套工具也將無(wú)法匹配。

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