500kV耐張塔重錘片提升裝置的研制

國網河南省電力公司超高壓公司 高昆鵬 韓 旭 馬 志 靳 航 余 良

1 引言

線路運行過程中，隨著時間的推移線路原始絕緣引流跳線串時常會出現絕緣性能下降、老化發熱的現象，不能繼續保證運行過程中的使用要求，嚴重影響線路的安全穩定運行，以往的跳線串更換工作因涉及提線提重錘等工作程序，在操作過程中需桿塔上下大量工作人員，過程既費時又費力，使用500kV 耐張塔重錘片提升裝置可極大縮短更換跳線串的時間，人員勞動強度降低，經濟效益和工作效率都有了顯著提升。

2 500kV 耐張塔重錘片提升裝置的概述

2.1 500kV 耐張塔重錘片提升裝置的技術背景

由于線路運行過程中隨著時間的遷移，線路原始絕緣引流跳線串時常會出現絕緣性能下降、老化發熱現象，不能繼續保證運行過程中的使用要求，嚴重影響線路的安全穩定運行。目前運維單位使用以往傳統的絕緣傳遞繩及轉向滑車組合，依靠人力牽引，在操作過程中需桿塔上下大量工作人員共同操作提升工作，塔上作業人員在利用現有絕緣工器具及繩索對重錘進行捆扎固定和修正提升時穩定性的過程既費時又費力。

本設計主要闡述了卡具的設計思路，結構及工作原理，其由橫擔端卡和導線端卡組成。橫擔端卡的U 型槽卡座在橫擔角鋼上，用T 型螺桿進行緊固，橫擔端卡伸出兩翼且連接有左右直線絲杠，導線端卡設置在重錘片的連接螺釘的緊固螺母上，分左右兩片，橫擔端卡的左右絲杠分別與導線端左右卡通過絕緣拉板連接，橫擔端與導線端均需一人可連接整套卡具，橫擔端操作人員伸縮絲杠，導線端操作人員配合更換絕緣引流跳線串。這樣可以簡化檢修流程和所有的設備及人員，在保證安全的前提下加速檢修的工作進度和效率。

2.2 5 00kV 耐張塔重錘片提升裝置的結構及性能特點

首先500kV 耐張塔重錘片提升裝置主要由橫擔端部卡具和導線端部卡具組成，兩者之間由絲杠及絕緣拉板連接[1]。

由于輸電線路高空作業，操作人員使用的工具盡量輕量化，體積小，容易運輸及操作的，所以在選材方面做了對比采用航空用高強度鋁合金7A04材質加工，強度高，方便可靠。

該裝置主要性能特點如下。

一是卡具主體結構、主要受力零部件的原材料，在使用前，已經對其化學成分、力學性能進行了復驗，鋁合金材料按GBn223相關條款組織進行低倍復驗。卡具主體由7A04鋁合金材料鍛件或鍛件毛坯加工成形（不允許采用板料加工），抗拉強度σb（MPa） 不小于490，屈服強度σs（MPa）不小于420，比重P（kg/m3）不大于2.85,材料應符合GB/T3191的有關規定。毛坯鍛打時保證了鍛件低倍組織和流線。產品試制對采用的毛坯低倍組織及流線，按照GBn223的有關要求檢驗，毛坯熱處理后的硬度HB ≥125。卡具主體成型后，進行了熒光及超聲波探傷，確保卡具主體無裂紋后，并對表面進行陽極氧化處理[2]。

二是絲桿與其他主要受力零件，采用40Gr 材料以及性能更好的合金鋼材料，材料符合GB/T3077的有關要求。

三是鋼制零件的表面，全方位進行鍍鋅及發蘭處理，鍍鋅層及發蘭質量都按照有關規定進行了檢驗。40Gr、45Mn2等易氫脆材料在鍍鋅處理后除氫。

2.3 500kV 耐張塔重錘片提升裝置的工作原理

兩端卡具為簡支梁結構，通過絲杠的螺旋線的轉動，將旋轉轉化為線性運動，進行上下伸縮，從而達到更換的目的。

2.4 500kV 耐張塔重錘片提升裝置的技術參數

線路等級：500kV；工作負荷：30kN；材質：鋁合金；執行標準：DL/T463-2006帶電作業用絕緣子卡具。

2.5 500kV 耐張塔重錘片提升裝置的要求

2.5.1 安全性強

傳統跳線串工作需要的輔助工具多且兩點提升時絕緣子容易歪斜而翻轉，而500kV 耐張塔重錘片提升裝置，該裝置可以抑制懸垂串的歪斜及翻轉，降低更換作業的風險，安全性強。

2.5.2 通用性強

500kV 耐張塔重錘片提升裝置，導線端由于該工具的結構簡單，無內置型腔，只是連接于重錘片的連接螺釘的兩端螺母上，可適用于不同型號的重錘片，通用性比較強。

2.5.3 節約成本

500kV 耐張塔重錘片提升裝置，導線端卡具可以快速安裝于重錘片連接螺釘的兩端螺母處，通過該裝置的安裝代替了用鋼絲套、高強度吊帶對導線在綁扎工作中，降低了作業難度，對人力、物力和工器具的依賴減少。

3 500kV 耐張塔重錘片提升裝置的設計

3.1 500kV 耐張塔重錘片提升裝置的初步方案

耐張塔型及重錘片懸垂串的連接結構如圖1所示。

圖1 導線側重錘片

該裝置初步方案如圖2所示。

圖2 裝置方案

3.2 500kV 耐張塔重錘片提升裝置的強度校核

該鋁合金裝置主要性能參數，適用絕緣子：500kV 絕緣引流懸垂串。

主要技術參數。額定負荷P=10kN ， 動試驗負荷Q=15kN，安全系數n=2.5，主體材料 LC，σs=412MPa，σb=490MPa。

3.3 橫擔端部卡具

卡具受力分析如圖3所示，中間作為支撐點，可簡化為一兩端懸臂的簡支梁進行受力計算。

圖3 受力分析

簡支梁受力分析如圖4所示。

圖4 簡支梁受力分析

上圖可以看出，因為最大彎矩在A-A,B-B 截面處，所以對此截面的計算為主[3]。

A-A 截面處的強度，該截面慣性距為：IY=170550mm4，該截面的抗彎截面模量為W =6828mm3，施加于該截面上的彎距M =（P/2）×210=（10000/2）×210×2.5=2625000N·mm，則該截面上的彎曲應力σ=M/W，σ=395MPa<σs=422MPa。

B-B 處截面結構如圖5所示，2B-B 截面處強度計，經計算截面慣性距為：IY=260500mm4，該截面抗彎截面的模量為W=10516mm3。施加于該截面上的彎距M =（P/2）×210=（10000/2）×210×2.5=2625000N·mm，則該截面上彎曲應力σ=M/W，σ=262MPa<σs=422MPa。

圖5 B-B 截面處強度

3.4 導線端卡具

卡具受力分析如圖6所示，中間作為支撐點，可簡化為一兩端懸臂的簡支梁進行受力計算[4]。

圖6 卡具受力分析

簡支梁受力分析如圖7所示。

圖7 簡支梁受力分析

由圖6、圖7所示可看出，最大彎矩在A-A,B-B截面處，對此截面計算為主。

A -A 截面處的強度， 截面慣性距為：IY=379540mm4，該截面的抗彎截面模量為W=4474mm3

B. 施加于該截面上彎距M =（P/2）×110=（10000/2）×110×2.5=1375000N·mm，則該截面上的彎曲應力σ=M/W，σ=318MPa<σs=422MPa

B-B 截面處的強度計算[5]，經計算該截面慣性距IY=4320000mm4，則該截面的抗彎截面模量為W=7300mm3，施加于該截面上的彎距M =（P/2）×110=（10000/2）×110×2.5=1375000N·mm，則該截面上的彎曲應力σ=M/W，σ=200MPa<σs=422MPa。

4 結語

卡具的主體在工作負荷為30kN 時，工作是安全的，并且能夠保證2.5倍的安全系數。新研制的500kV 耐張塔重錘片提升裝置可增加使用過程中的實用性及適用性。極大的提高了工作效率，保障了安全供電，為公司生產帶來了一定的經濟效益，具有較好的經濟效益與社會效益。