一種腐蝕架空地線張力更換跨越防護裝置的設計

趙 港,韋佩才,何 森,黃金領,何寧安,王 闖,盧銀煒

(1.中國南方電網超高壓輸電公司南寧局,南寧 530028; 2.中國南方電網超高壓輸電公司檢修試驗中心,廣州510663)

0 引 言

高壓輸電線路架空地線長期暴露在野外環境中,在空氣中的水分、腐蝕氣體、鹽類物質等作用下,其表面將逐漸發生腐蝕[1-2]。隨著運行年限的增加,腐蝕程度將進一步加劇,在運行中易造成架空地線斷股,嚴重時甚至會造成架空地線斷線[3-4],對電網安全運行構成嚴重威脅。因此,通常采取張力放線的方式對腐蝕架空地線進行更換,以消除設備風險隱患[5-6]。

高壓輸電線路交叉跨越較多[7-8],包括公路、鐵路、電力線路、通信線路等,由于腐蝕架空地線機械性能出現明顯下降[9],特別是抗彎、抗扭性能[10],在張力更換時存在較高的斷線風險。因此,必須在跨越施工過程中采取有效的防護方式,保護被跨越設施的安全。單軍[11]、馬鳳臣[12]和肖立華[13]各自設計了一種防跑線裝置,發生斷線事故時,這些裝置能夠迅速鎖緊斷落的導地線或牽引繩,但鎖緊瞬間通常會對桿塔和牽引繩造成較大沖擊,且腐蝕架空地線的機械性能已出現明顯下降,遭受沖擊后會存在較高的二次斷線風險;張建[14]通過搭設跨越架對被跨越設施進行防護,雖然這種防護方法效果比較顯著,但跨越架普遍存在搭設成本高、工程量大、工期較長、在交通困難地區適用性差等缺點;邢俊杰[15]通過搭設封網繩對被跨越設施進行防護,雖然這種防護方法成本低、工程量小、工期較短、適用性強,但防護效果相對一般,特別是當更換對象為腐蝕架空地線時,由于其表面存在大量腐蝕坑,斷線后會迅速摩擦、切割封網繩,容易造成封網繩斷裂失效。

綜上所述,目前針對腐蝕架空地線張力更換過程中所采取的斷線防護措施均具有一定局限性。文中針對腐蝕架空地線跨越更換斷線事故,分析封網繩斷裂失效原因,并設計一種跨越防護裝置。

1 封網繩斷裂失效原因分析

架空地線發生斷線事故后,由于斷開處張力消失,架空地線一方面會順著放線滑車向斷開處兩側回抽,其回抽速度隨著時間的累積將不斷增大;另一方面將在自身重力的作用下發生下墜[16],當架空地線墜落至跨越檔內架設的封網繩后,架空地線將與封網繩發生劇烈摩擦、切割。通常,新架空地線表面較為光滑平整,即使在張力更換過程中發生斷線,并與封網繩摩擦、切割,也難以造成封網繩斷裂失效,但是腐蝕架空地線表面存在大量凹凸不平的腐蝕坑,如圖1所示。

圖1 腐蝕架空地線表面腐蝕坑

在快速摩擦、切割的過程中極易造成封網繩斷裂失效。以某500 kV輸電線路GJ-70腐蝕架空地線張力更換斷線為例,腐蝕架空地線斷線后回抽,割斷了某跨越檔內布置的全部10根封網繩。由此可見,腐蝕架空地線斷線后的摩擦、切割作用具有極大危害。

2 防護裝置設計與試驗

2.1 裝置組成

防護裝置結構如圖2所示,其主要由2個底座、4個軸向布置的滑輪、4組固定座、鎖緊銷及吊環組成。底座上布置的固定座用于固定滑輪及與其配套使用的軸承、輪軸;4個滑輪組成裝置的滑動系統,在張力更換過程中實現腐蝕架空地線的滑動傳輸;鎖緊銷用于連接鎖緊2個底座,形成閉合結構;吊環與絕緣迪尼瑪繩搭配使用,對防護裝置進行固定。

圖2 防護裝置結構

2.2 防護原理

腐蝕架空地線張力更換前,先在跨越檔內完成封網繩布置,然后將待更換的架空地線套于防護裝置內部,并通過鎖緊銷鎖緊裝置。現場選擇足夠強度和長度的絕緣迪尼瑪繩,一端與防護裝置的吊環連接,另一端與跨越檔桿塔導線連接。在張力更換的過程中,絕緣迪尼瑪繩和防護裝置構成的整體不影響架空地線的牽引滑行,還可輔助限制架空地線的活動范圍,降低牽引過程中架空地線因弛度過低導致的與被跨越設施電氣安全距離不足的風險。架空地線一旦發生斷線墜落,防護裝置與絕緣迪尼瑪繩構成的整體可承載架空地線斷落的沖擊荷載,并且通過防護裝置滑動系統對斷落的架空地線進行傳輸,避免架空地線直接沖擊,不斷摩擦、切割封網繩,從而有效保障被跨越設施的安全。

加裝防護裝置后,腐蝕架空地線斷線后狀態模擬如圖3所示,紅色線條為腐蝕架空地線,封網繩上方的圓形結構為防護裝置,其通過絕緣迪尼瑪繩與桿塔上子導線連接,斷裂的腐蝕架空地線由于受到防護裝置的支撐和滑動傳輸作用,不會觸碰、切割下方的封網繩及被跨越設施。

圖3 腐蝕架空地線斷線后狀態模擬

該裝置防護原理不同于防跑線裝置,因此不會對桿塔和牽引繩造成沖擊,不存在二次斷線的風險。防護裝置具有結構簡單、安裝使用方便、適用性強的特點,在防護成本、施工工期、現場使用便利性等方面均要優于跨越架工程,同時有效彌補了斷線后封網繩遭受摩擦、切割易發生斷裂的不足。

2.3 裝置荷載試驗

為驗證防護裝置的安全性,對其開展荷載試驗,如圖4所示。

圖4 載荷試驗

使用靜荷拉力測試機,一端連接裝置吊環,另一端連接裝置滑輪, 對裝置施加靜負荷, 試驗前各部件均未發生變形、損壞。當防護裝置滑輪材質采用尼龍滑輪時,施加20.69 kN及40.56 kN的荷載,持續時間為100 s,裝置均未發生變形、損壞,當施加負荷增至50.75 kN,持續時間100 s后,停止試驗,取下裝置后發現軸承發生輕微彎曲變形,其他部件無變形、損壞,如圖5所示,試驗荷載曲線如圖6所示。

圖5 試驗后裝置(尼龍滑輪)

圖6 裝置試驗荷載曲線(尼龍滑輪)

當防護裝置滑輪材質采用鐵滑輪時,施加50.76 kN及70.46 kN的荷載,持續時間為100 s,防護裝置均未發生變形、損壞,繼續施加負荷至94.24 kN時,裝置吊環被拉斷,其他部件無變形、損壞,如圖7所示,試驗荷載曲線如圖8所示,試驗數據見表1。防護裝置材質可根據現場荷載情況進行選取,為提高作業安全系數及便利性,通常選取輕便的高強度材料。

表1 防護裝置試驗數據

圖7 試驗后裝置(鐵滑輪)

圖8 裝置試驗荷載曲線(鐵滑輪)

3 防護裝置現場使用步驟及注意事項

3.1 現場使用步驟

防護裝置現場主要使用步驟如下:

1)地面作業人員先在地面將絕緣迪尼瑪繩一端與防護裝置的吊環進行可靠連接,隨后傳遞給高空作業人員,為提高作業效率,高空作業人員宜由兩人組成,一人在地線掛點處開展作業,另一人在跨越檔內的導線上開展作業。

2)地線掛點作業人員將腐蝕架空地線套在防護裝置內部,并將鎖緊銷鎖緊。

3)導線作業人員手持絕緣迪尼瑪繩另一端,將防護裝置拖至跨越點上方,然后將絕緣迪尼瑪繩與導線進行可靠連接。

4)拆除時順序相反。

3.2 注意事項

1)防護裝置材質及搭配使用的絕緣迪尼瑪繩強度應根據現場荷載情況進行選擇,防護裝置宜采用高強度材料,絕緣迪尼瑪繩直徑不應小于封網繩直徑。

2)作業開始前應確認導、地線均已可靠接地,避免被線路感應電傷害。

3)安裝多個防護裝置時,應在導線上選擇合適的安裝間距,避免張力更換過程中裝置和絕緣迪尼瑪繩出現干涉、打攪。

4)張力更換前應重點檢查絕緣迪尼瑪繩與防護裝置吊環、導線連接是否安全可靠,避免施工時出現滑脫、松動。

4 防護裝置現場應用案例

防護裝置在±500 kV天廣直流線1291—1292號跨越高鐵開展腐蝕架空地線夜間更換施工中進行現場應用,如圖9所示。

圖9 現場應用案例

通過現場應用證明,裝置的滑動系統可以確保腐蝕架空地線在更換過程中順利牽引滑行,輔助限制架空地線的活動范圍,并且明顯降低了封網繩遭受摩擦、切割斷裂的風險,保障了張力更換過程中被跨越物的安全。

5 結 語

針對腐蝕架空地線跨越張力更換發生斷裂,回抽墜落后摩擦、切割封網繩易造成封網繩斷裂失效、被跨越設施受損問題,分析了封網繩斷裂失效原因,設計了一種跨越防護裝置。該防護裝置可在腐蝕架空地線發生斷線后承載其斷落沖擊荷載,并通過滑動系統對其進行傳輸,可有效避免封網繩直接遭受摩擦、切割而發生斷裂,從而保障被跨越設施的安全。

經實際工程驗證,該裝置可滿足現場使用需求,且防護裝置安裝數量越多,防護效果愈加明顯。設計的跨越防護裝置,為斷線防護提供了一種可行的方案。