带电更换ZM塔悬垂串绝缘子专用卡具的设计及应用

周晓虎，汪建勤，吴宝贵，周 秧

（1.浙江省电力公司培训中心，浙江 建德 311600；2.金华电业局，浙江 金华 321017）

1 问题的提出

为保证电网的安全可靠稳定运行，减少因停电消缺带来的电量损失，带电更换因雷击、外力损坏的绝缘子串，是消除输电线路缺陷的主要方法。带电更换绝缘子时，需先将导线荷载转移到承力工具上，使绝缘子串松弛，从而更换损坏绝缘子。紧线丝杆法[1]带电更换悬垂串绝缘子具有操作方便、所用工具少、效率高、适应性广等优点，因此在带电作业中得到广泛应用。

ZM1b，ZM2a，ZM5等ZM型塔是华东电力设计院和浙江省电力设计院基于华东电网和浙江电网的需求而特别设计的塔型（见图1），具有结构稳定、适用各种地形条件、节省线路走廊等显著特点，在华东地区应用广泛。

图1 ZM直线塔

为加强该类型杆塔边相横担的受力稳定性，其边相横担由2块槽钢组合而成（如图2所示），2块槽钢的间距仅为10 mm，该设计很好地改善了横担端部绝缘子串连接部位的受力状况。

图2 ZM直线塔边相横担结构

而其它直线型塔的横担端部一般由2块角钢背向背组合而成，2块角钢的间距约为60～100 mm。由于目前通用的带电更换直线塔绝缘子专用卡头均按背靠背角钢端部连接设计（见图3），因此不适用于ZM1b，ZM2a，ZM5等ZM型塔。

图3 普通直线塔横担卡具安装示意

2 解决方案

针对ZM型横担的特点，结合500 kV线路其它杆塔带电更换直线塔绝缘子的综合要求，本文提出了“卡具专用、丝杆通用”的设计思路，研制了ZM1b，ZM2a，ZM5等ZM塔型横担的专用卡头[2]，见图4。在不同类型杆塔上进行相应的带电作业时只需更换卡头即可，从而一方面满足了现场带电作业的工作要求，同时又极大降低了绝缘工器具的制作成本[3]，提高了带电作业工器具的通用性和使用效率[4]。

由于ZM塔边相横担端部2块组合槽钢的间距只有10 mm，通用丝杆无法通过，经过大量的综合研究和方案对比后，决定在横担端部采用特制的铝合金卡头，将紧线丝杆安装在导线端，由等电位作业人员负责紧固。该设计解决了在横担上操作时安全距离不够的问题，基本不受ZM塔型尺寸变化的影响（即ZM1b，ZM2a，ZM5等塔型虽然塔头端部有差别，但仍可通用），并且得到了实用性验证。专用卡头在横担侧的安装示意和装有丝杆的四线钩在导线侧的安装示意分别如图5、图6所示。

图4 ZM1b，ZM2a，ZM5等塔型的横担专用卡头

图5 专用卡头在ZM塔横担上的安装示意

图6 紧线丝杆在导线上的安装示意

3 强度计算及试验

3.1 计算实例

设ZM塔导线参数为4×LGJ-630/45钢芯铝绞线，正方形布置，分裂间距450 mm；设计最大风速30 m/s，设计覆冰厚度10 mm；垂直档距最大取800 m。

导线使用垂直荷载G按下式计算∶

式中：LV为垂直档距；Q为导线单位长度的质量；n为每相导线的根数；GJ为绝缘子、金具及间隔棒重量。

取Q为2497 kg/km，GJ为800 kg，按式（1）计算，G为87.9kN。

为提高安全性，考虑适当裕度，取卡头的工作荷载G为100 kN。

专用卡头参数为：卡头拉板宽3 cm、厚0.9 cm，卡头顶端高度2 cm；所用材料为3A21铝合金， 抗拉强度 σ≥530 MPa； 抗剪强度 τ≥300 MPa；安全系数k为4，冲击系数k1为1.1。经计算[5]，卡头许用拉应力[σ]为 120.5 MPa，许用剪切力[τ]为68.2 MPa，卡头最大拉应力 σ1为 37.0 MPa， 小于[σ]； 卡头最大剪力 τ1为 8.3 MPa， 小于[τ]。

通过计算可知，所设计的专用卡头完全满足拉伸与剪切强度要求。

3.2 试验及应用情况

（1）出厂试验：将该提线工具组装在相应额定荷重的ZM塔直线绝缘子串上，施加2.5倍允许工作负荷，持续5 min，工具无变形及损伤；施加1.5倍允许工作动负荷，操作3次，工具灵活，无卡涩现象[6]。

（2）检验试验：2007年5月，金华送变电工程有限公司试验中心对500 kV专用卡头进行破坏性试验，将其组装成工作状态，加100 kN拉力，耐受2.5 h，结果无异常，认证该产品合格。

4 专用卡具的使用

作业开始前，作业人员应首先对绝缘子串的长度进行安全距离校核。根据相关规程，500 kV线路最小安全距离应不小于3.2（3.4）m，绝缘吊杆最小绝缘有效长度不小于3.7 m。若为瓷质绝缘子，应进行测零，保证良好绝缘子片数不少于23片，方可开始工作。地面电工用绝缘传递绳将卡具传递上塔，地电位电工在ZM塔横担钢槽上安装专用卡头，并与绝缘吊杆相连接。等电位电工采用定长荡入法或软梯法进入等电位，配合地电位电工将装有丝杆的四线钩安装在四分裂导线上，等电位电工收紧丝杆，使绝缘子串松弛。等电位电工摘除绝缘子串下端的螺丝，使绝缘子串脱离导线。地电位电工用传递绳系住绝缘子串，地面人员通过机动绞磨提升瓷瓶串，直到绝缘子串与横担连结处松弛。随后地电位电工摘螺丝，使绝缘子串与横担脱离。最后松下绝缘子串并换上新绝缘子串。

自2007年4月以来，金华电业局已多次在500 kV宁双线、龙王线等线路上带电更换ZM塔悬垂串绝缘子，解决了以往ZM塔直线串不能带电更换的难题，提高了供电可靠性，填补了技术空白，取得了较好的经济和社会效益。该技术已被多家电力公司采用，取得了良好的效果。

5 结论

广泛应用于华东电网和浙江电网的ZM1b，ZM2a，ZM5等ZM型铁塔，因其独特的横担槽钢结构而无法使用常规卡具带电更换绝缘子串。本着“卡头专用、丝杆通用”的设计理念，成功设计了适用于上述塔型的专用卡头，从而使丝杆法带电更换悬垂串绝缘子得以顺利开展。出厂试验及检验试验证明，该卡头完全满足额定负荷更换绝缘子的需要，设计结构简单，适用性强，已应用于数条500 kV线路，产生了较好的效益。

[1] 国家电网公司组编.带电作业操作方法第1分册，输电线路[M].北京：中国电力出版社，2009.

[2] GB/T 15632-2008带电作业用提线工具通用技术条件[S].北京：中国标准出版社，2010.

[3] DL/T 463-2006带电作业用绝缘子卡具[S].北京：中国电力出版社，2006.

[4] 郝旭东，纪建民，智润仓.带电更换500 kV直线转角塔绝缘子串通用工具的研制[J].华北电力技术，2008（2）∶8-9.

[5] 刘鸿文.材料力学（第4版）[M].北京：高等教育出版社，2004.

[6] 电力安全工作规程（线路部分）[M].北京：中国电力出版社，2009.

[7] DL/T 966-2005送电线路带电作业技术导则[S].北京：中国电力出版社，2006.