新型抗倒伏高空接線鉗研制

國(guó)網(wǎng)湖南省電力有限公司岳陽(yáng)變電檢修公司 張 磊 謝丹青 伍忠輝 王楊帆 周梓源

220kV 變電站大多數(shù)都是地方的樞紐變電站，220kV 變電站設(shè)備的持續(xù)健康運(yùn)行對(duì)于地方經(jīng)濟(jì)和區(qū)域網(wǎng)架堅(jiān)強(qiáng)意義重大。在220kV 變電站中，隔離開(kāi)關(guān)、斷路器和電流互感器在交接或例行試驗(yàn)中，都需要進(jìn)行直流電阻測(cè)試，這是保證導(dǎo)電回路接觸良好的重要手段，如果未經(jīng)過(guò)此試驗(yàn)確認(rèn)，導(dǎo)電回路就可能因?yàn)殡娮柽^(guò)大、接觸不良而發(fā)熱，嚴(yán)重的甚至?xí)斐稍O(shè)備燒毀。

圖1 直流電阻過(guò)大，接觸不良發(fā)熱

變電站直流電阻的測(cè)試，有采用高空接線鉗和升降車(chē)進(jìn)行測(cè)量這兩種方式。在220kV 變電站測(cè)量一次回路的直流電阻較少使用到升降車(chē)，原因如下：升降車(chē)數(shù)量不夠，且升降車(chē)體積較大，不方便在設(shè)備多密的變電站內(nèi)進(jìn)行移動(dòng)；升降車(chē)在變電站的操作和使用存在較大的安全風(fēng)險(xiǎn)；升降車(chē)的使用和申請(qǐng)程序繁瑣，成本較高。因此現(xiàn)在幾乎所有的220kV 變電站的直流電阻測(cè)試都是采用高空接線鉗的方式進(jìn)行測(cè)量。

采用高空接線鉗進(jìn)行220kV 電氣設(shè)備直流電阻測(cè)量是一項(xiàng)非常危險(xiǎn)的試驗(yàn)工作，需將回路電阻的線接在高空接線鉗上面，現(xiàn)場(chǎng)工作人員通過(guò)臂力將長(zhǎng)達(dá)近8米的絕緣桿（帶回路電阻線）舉起來(lái)，然后接掛在220kV 的隔離開(kāi)關(guān)或斷路器上端，由于絕緣拉桿長(zhǎng)度較長(zhǎng)（實(shí)測(cè)桿長(zhǎng)7.8m)，重量較大（實(shí)測(cè)絕緣拉桿帶回路電阻線重量8.1kg），重心很高（實(shí)測(cè)重心為距絕緣桿底部3.05m)，且220kV 的隔離開(kāi)關(guān)的上部接線處可達(dá)9米以上。該試驗(yàn)項(xiàng)目中高空接線鉗存在很大的傾倒風(fēng)險(xiǎn)，特別是在有風(fēng)的天氣，且周邊在大多數(shù)情況下就是帶電間隔或帶電母線，特別是在測(cè)試A 相和C 相時(shí)，一旦高空接線鉗傾覆將直接倒在相鄰帶電間隔上面，且一旦傾倒超過(guò)40度將無(wú)法在下落的過(guò)程中通過(guò)手臂力量扶正，一旦倒在旁邊帶電的線路上，將直接導(dǎo)致人身傷亡事故。

1 設(shè)定目標(biāo)、提出方案并確定最佳方案

安全性目標(biāo)。依據(jù)歷史大數(shù)據(jù)評(píng)估，220kV 變電站的直流電阻測(cè)試的傾倒風(fēng)險(xiǎn)大概為萬(wàn)分之一，該結(jié)果跟人員工作經(jīng)驗(yàn)、天氣狀況等緊密相關(guān)，人員技能經(jīng)驗(yàn)水平越差，天氣情況越惡劣，風(fēng)險(xiǎn)將成指數(shù)倍上升。本次安全性目標(biāo)將220kV 變電站一次設(shè)備的直流電阻測(cè)試的高空接線鉗的傾倒風(fēng)險(xiǎn)設(shè)定為五萬(wàn)分之一以下。安全性是此次活動(dòng)中最為重要的目標(biāo)。

可靠性目標(biāo)。根據(jù)《國(guó)家電網(wǎng)公司電力安全工作規(guī)程》要求，需要高空接線鉗的絕緣桿通過(guò)工頻耐壓試驗(yàn)；所用金屬連接構(gòu)件需滿足耐腐蝕和高強(qiáng)度要求；絕緣材料應(yīng)當(dāng)滿足絕緣性能、抗老化腐蝕和高強(qiáng)度的工作要求；所采用結(jié)構(gòu)應(yīng)該穩(wěn)定可靠。從而保證現(xiàn)場(chǎng)的工作能夠順利的開(kāi)展，保證結(jié)構(gòu)支撐的剛度，保證高空接線鉗的不倒伏。

靈活性目標(biāo)。小組調(diào)查統(tǒng)計(jì)了5組220kV 隔離開(kāi)關(guān)直流電阻測(cè)試的時(shí)間，每組220kV 隔離開(kāi)關(guān)的測(cè)試，平均所用時(shí)間為43分鐘。小組考慮到如果要增加抗倒伏結(jié)構(gòu)，將會(huì)增加高空接線鉗結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，考慮到現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的實(shí)際情況，如果測(cè)試能在60分鐘內(nèi)完成，將不會(huì)對(duì)220kV 直流電阻的測(cè)試靈活性帶來(lái)顯著影響。

方案提出、評(píng)價(jià)和選優(yōu)。小組集思廣益，使用親和圖，歸納大家提出的各種設(shè)想，如圖9所示。根據(jù)親和圖，小組通過(guò)討論、分析，提出了高空扶穩(wěn)型、底部支撐型、高空牽引型三個(gè)總體方案。由于電壓較低時(shí)，高空作業(yè)鉗的節(jié)數(shù)不多，工作人員能夠控制。小組本次活動(dòng)主要是想解決220kV 直流電阻測(cè)試中高空接線鉗易倒伏問(wèn)題。

從安全性、可靠性、靈活性、經(jīng)濟(jì)性看：方案一安全性能可靠，能夠維持不倒；通過(guò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可靠性能保證；拼裝和拆卸可進(jìn)行改良設(shè)計(jì)，以確保靈活性；人力成本增加，材料費(fèi)用增加；利大于弊。方案二安全性能欠佳，隨著電壓等級(jí)越高，穩(wěn)定性越差；部件較少，但是底座容易銹蝕和破壞。

底座重量和面積都大，不便于搬運(yùn)和移動(dòng)；人力成本增加，材料費(fèi)用增加；弊大于利。方案三安全性能欠佳，特別是測(cè)試220kV 母線隔離開(kāi)關(guān)時(shí)，牽引將使得更難控制；部件較少，可靠性較好；基本沒(méi)有太多變化；人力成本增加，材料費(fèi)用增加；弊大于利。可看出方案一的安全性最好，通過(guò)設(shè)計(jì)和改良其可靠性和靈活性也能夠得到滿足，在三個(gè)方案都需要增加人力成本和材料成本的前提下，方案一的安全效益最佳。

圖2 高空牽引型抗倒伏絕緣拉桿初次設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單示意圖

2 對(duì)策實(shí)施

2.1 束縛環(huán)的選型和設(shè)計(jì)

按照市場(chǎng)調(diào)查結(jié)果，束縛環(huán)應(yīng)當(dāng)采用316不銹鋼材質(zhì)，該材質(zhì)具有抗腐蝕、強(qiáng)度高等優(yōu)良的性能，可滿足束縛環(huán)的生產(chǎn)設(shè)計(jì)要求。現(xiàn)有高空接線鉗從下往上，依次為第1、2、3、4、5節(jié)，直徑分別為43mm、40mm、35mm、33mm、30mm。由于每節(jié)需要從上往下穿過(guò)去，因此束縛環(huán)的內(nèi)孔徑必須要大于43mm，據(jù)調(diào)查統(tǒng)計(jì)，現(xiàn)將內(nèi)孔徑設(shè)計(jì)為45mm 便可滿足市面所有高空接線鉗從中穿過(guò)。其中從旁邊以10mm 的直徑開(kāi)三個(gè)孔深15mm 的螺紋孔，其中三孔的開(kāi)角為120°，束縛環(huán)的設(shè)計(jì)如圖3。

圖3 束縛環(huán)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)兩視圖（俯視圖、正視圖）

2.2 固定連桿的選型和設(shè)計(jì)

固定連桿設(shè)計(jì)為單節(jié)，直徑為25mm，采用環(huán)氧樹(shù)脂玻璃纖維復(fù)合材質(zhì)，該種材質(zhì)的固體絕緣材料具有超高的介電強(qiáng)度和抗沖擊韌性，并具有強(qiáng)度高、耐腐蝕、重量較輕的特點(diǎn)，因此能夠滿足固定連桿對(duì)材質(zhì)的要求。

固定連桿的設(shè)計(jì)長(zhǎng)度，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，發(fā)現(xiàn)220kV 斷路器最大瓷瓶直徑為400mm，此次設(shè)計(jì)的束縛環(huán)半徑為50mm，當(dāng)采用如上尺寸時(shí)，由圖3可知，53.1°開(kāi)角可讓束縛環(huán)和斷路器瓷瓶相切，所以當(dāng)束縛環(huán)開(kāi)角120°時(shí)，可完全滿足高空接線鉗在220kV 斷路器上端的鉤掛要求。這還是在高空接線鉗在最垂直的情況下，事實(shí)上由于束縛環(huán)內(nèi)孔徑大于高空接線鉗的孔徑，所以在試驗(yàn)時(shí)，可在保證固定桿垂直的情況下，讓高空接線鉗適度傾斜來(lái)進(jìn)行鉤掛。綜上所述，完全不用擔(dān)心束縛環(huán)對(duì)高空接線鉗鉤掛的影響。

圖4 束縛環(huán)和斷路器相切時(shí)幾何分析圖

從圖5可知，當(dāng)圓1和斷路器相切時(shí)，圓1的半徑只有45cm，為了考慮固定連桿的活動(dòng)直徑要盡可能的小，并且為了滿足靈活性的要求，在此將固定連桿的長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為60cm，便可以滿足靈活性和安全性的需求。

圖5 固定連桿的半徑設(shè)計(jì)依據(jù)圖

2.3 固定桿的選型和設(shè)計(jì)

調(diào)查顯示，市場(chǎng)上的固體絕緣材料中，環(huán)氧樹(shù)脂與玻璃纖維復(fù)合材質(zhì)最能符合本次QC 活動(dòng)的需求，因此本次將采用環(huán)氧樹(shù)脂與玻璃纖維復(fù)合材質(zhì)。固定桿采用三節(jié)設(shè)計(jì)，總長(zhǎng)度4.7米，從上往下為第一、二、三節(jié)，第一節(jié)長(zhǎng)1.7米，直徑30毫米；第二節(jié)長(zhǎng)1.5米，直徑33毫米；第三節(jié)長(zhǎng)1.5米，直徑36毫米。固定桿的連接形式與高空接線鉗的連接形式一樣，采用螺紋連接（圖6）。

圖6 高空接線鉗

2.4 束縛環(huán)、固定連桿和固定桿的連接設(shè)計(jì)

圖7為固定連桿與束縛環(huán)的連接設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖，該材質(zhì)采用不銹鋼316型材質(zhì)（圖9），銹鋼壁厚為1mm，將固定連桿一端在鉚接孔處進(jìn)行鉚接固定（圖8），確保上圖設(shè)計(jì)與固定連桿的連接不松脫。圖7為固定連桿與固定桿的連接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖，該結(jié)構(gòu)在帶鉚接孔處與固定連桿一端連接，固定桿用帶螺紋的結(jié)構(gòu)與之相擰接（圖9）。

圖7 固定連桿與束縛環(huán)的連接設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖

圖8 固定連桿與固定桿的連接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖

圖9 抗倒伏高空接線鉗結(jié)構(gòu)示意圖

3 效果檢查

安全性目標(biāo)確認(rèn)。為了確認(rèn)該套裝置的安全性，本小組成員在一個(gè)月內(nèi)，在不同條件下總共做了368次抗倒伏試驗(yàn)，在試驗(yàn)過(guò)程中，沒(méi)有一次測(cè)試的傾斜角度低于85°，測(cè)試人員能夠方便的進(jìn)行控制，根據(jù)計(jì)算分析，在正常的情況下，新型抗倒伏高空接線鉗100%抗倒伏。將人員、天氣因素等加以考慮后，采用新型抗倒伏高空接線鉗，在220kV 變電站一次設(shè)備的直流電阻測(cè)試中，高空接線鉗的傾倒風(fēng)險(xiǎn)將低于十萬(wàn)分之一，從而順利實(shí)現(xiàn)了先前設(shè)定的安全目標(biāo)。

可靠性目標(biāo)確認(rèn)。通過(guò)采用316型不銹鋼和環(huán)氧樹(shù)脂玻璃纖維復(fù)合材質(zhì)，強(qiáng)度和耐腐蝕性能大大提高，采用316不銹鋼鉚釘對(duì)連接部位進(jìn)行可靠鉚接，大大增強(qiáng)了耐用性，避免了結(jié)構(gòu)上出現(xiàn)松散的情況。對(duì)該裝置進(jìn)行了極端情況下的反復(fù)測(cè)試，試驗(yàn)表面該套裝置各種性能均能滿足要求。經(jīng)過(guò)368次抗倒伏試驗(yàn)，經(jīng)過(guò)了近3年的拼裝次數(shù)測(cè)試，并且還在極端條件下經(jīng)過(guò)了嚴(yán)苛測(cè)試后，所研制的抗倒伏高空接線鉗仍可滿足正常使用需求，可確定新型抗倒伏高空接線鉗可保證可靠性要求。

經(jīng)濟(jì)性確認(rèn)。在此次活動(dòng)中對(duì)該套裝置的整體經(jīng)濟(jì)性做了評(píng)估，假定該套裝置有1000次的使用壽命（假定均測(cè)試220kV 的設(shè)備），在該套裝置的整個(gè)生命周期中，新型和傳統(tǒng)抗倒伏高空接線鉗全生命周期經(jīng)濟(jì)性調(diào)查，傳統(tǒng)的采用五個(gè)員工測(cè)試，每次40分鐘，搬運(yùn)成本是30元、安全收益是150元、裝置成本是2250元。新型的抗倒伏測(cè)試是6人，需要55分鐘，搬運(yùn)成本40元，每次安全收益150元、裝置購(gòu)置成本3500元，一千次測(cè)試一共可節(jié)省費(fèi)用1.795萬(wàn)元。

標(biāo)準(zhǔn)化。將新型抗倒伏高空接線鉗的制作方法、產(chǎn)品選材、強(qiáng)度、耐腐蝕性和抗老化性試驗(yàn)報(bào)告、產(chǎn)品使用方法等整理，進(jìn)行資料編撰、排版，制作了新型抗倒伏高空接線鉗的產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)和作業(yè)指導(dǎo)書(shū)；將小組成果申請(qǐng)實(shí)用新型專(zhuān)利《抗倒伏高空接線裝置》，已獲國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局受理，受理號(hào)202022560779.6。