超高压线路耐张串整串更换方案的研究

林世忠，孟 令,徐金林

安徽送变电工程公司，安徽合肥，230022

1 问题的提出

随着电网建设的发展，超高压交直流输电网密度不断加大，运维单位面临的检修作业也越来越多。由于耐张绝缘子串承受水平张力，且超高压输电线路绝缘子串较长，因此,整串更换耐张串作业方案研究较少，也没有适用性很强的作业工器具和作业方案。

更换输电线路耐张串整串绝缘子传统的方法有以下三种：(1)平衡开断法：采用三串或链条葫芦等施工工器具进行更换。这种方法，使用的工器具笨重，工效差，安全隐患大，不适合在停电检修时使用。(2)托瓶架辅助更换法：作业方法与施工作业法类似，且在打松一串绝缘子后导线受力大部分转移至链条葫芦，其受力很大，要求链条葫芦吨位大，安全隐患大。(3)分段更换法：采用闭式卡和端部卡对绝缘子进行分段更换。该方法使用的工器具少，作业方法简单，但由于每次只能更换2片绝缘子，因此，需进行多次操作才能完成一串绝缘子的更换，操作人员工作量大，耗时过长。

以上三种方案使用的工器具和操作方法均不相同，但各种方法都存在工器具过多、作业复杂或耗时过长等原因，而在停电检修过程中不适用。本文将介绍安徽送变电工程公司研制的更换超高压输电线路耐张整串的工器具以及作业流程和方案。

2 耐张绝缘子串受力计算

在研究耐张整串绝缘子更换作业方案前，首先要对线路耐张塔绝缘子串的受力情况进行计算，再根据绝缘子串受力情况进行更换方案的研究，为更换装置的设计和更换方案的选择提供依据。

线路中，根据耐张串的存在，分析耐张串的受力情况，如图1所示，以一端悬挂点有耐张绝缘子串为例。A、B为不等高的两悬挂点，其中悬挂点A连有耐张绝缘子串，AOB为架空悬线，最低点为O，则有关计算公式如下[1]。

图1 悬挂点A联有耐张绝缘子串

悬挂点A处的轴向张力。

(1)悬挂点A较高,此时有：

(1)

(2)悬挂点A较低,此时有：

(2)

式中：

H——架空导线的水平张力，N；

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ω——架空导线单位长度的自重力，N/m；

ω0——耐张绝缘子串单位长度的自重力，N/m；

λ——耐张绝缘子串的长度，m；

l——线档之间的档距，m；

ψ——两悬挂点高差角；

h——两悬挂点高差，m；

f0——不计耐张绝缘子串影响的架空导线最大弧垂，m。

运用上述方法，计算线路各耐张绝缘子串所承受的张力，为更换工器具的设计提供依据，为工器具的吨位、材质、抗拉强度、连接设计等选择提供依据。根据全线耐张串绝缘子的张力值，选择最大张力值作为工器具设计的受力基准，使得设计的工器具满足全线路耐张绝缘子更换的需要。

3 超高压输电线路耐张串整串更换装置的研制

3.1 设计原理与思路

如图2所示：耐张串整串更换装置主要由牵引板卡槽及配套螺钉1、前端翼形卡主体2、后端翼形卡主体7、高强度铝合金拉板4、托瓶架、卡具丝杠3、托瓶架连接孔及高强度螺栓8、螺钉9、垫片10组成。此卡具分前后两卡组合使用，前卡卡在耐张金具串牵引板上，后卡挂在耐张平行挂板金具上，两卡之间通过高强度铝合金拉板连接。卡具设有托瓶架连接孔，后卡上装设省力丝杠杆，用来收紧导线，高强度铝合金拉板上带有调节孔，根据绝缘子串长度，用销钉来调整铝合金拉板长度。

图2 耐张整串更换装置结构连接图

图3 前端翼形卡组装图

3.2 材质选择

对高强度铸铁、锰钢、钛合金、航空用铝合金锻件等材料的机械性能、电气性能、综合性能进行对比与分析，结果如下：

(1)铸铁[2]承受压缩的能力远远大于承受拉伸的能力，密度大(约7.9×103kg/m3)，抗压强度远远超过抗拉强度，属于典型的脆性金属材料。

(2)锰钢[2]被列为机械制造业最为重要的金属材料,因为它具有极好的铸造性能和良好的机械性能,密度大(约7.9×103kg/m3)，但抗腐蚀性能一般。

(3)钛合金[3]密度小(约4.51×103kg/m3)，具有优越的机械性能和抗腐蚀性能、加工性能和焊接性能，是具有广泛用途的耐综合性腐蚀性能较好的合金，但价格昂贵，造价过高。

(4)航空用铝合金[3]是一种通过适当的热处理工艺，可在大范围内调整机械性能、组织气密性和铸造工艺性，性能优良的热处理型铸造铝合金。铸件有较高的强度、抗腐蚀性能和耐疲劳性能，能承受较大的动、静态载荷及抗剪载荷，且密度小(约2.7×103kg/m3)。

综上所述，航空用铝合金锻件的综合性能明显优于其他材料，可以作为耐张四联串整体更换装置的制造材料。

3.3 翼型卡设计

前端翼形卡具(图3)、后端翼形卡具(图4)的组合设计。前、后端翼形卡具分别卡在导线耐张金具牵引板和平行挂板金具上，两卡之间通过特制高强度铝合金拉板连接；卡具装有托瓶架连接孔，后卡上还装有省力丝杠，用来收紧导线。

图4 后端翼形卡组装图

3.4 高强度铝合金拉板设计

设计了高强度铝合金拉板通过高强度销钉连接，其调节长度范围为0～2 m。其特点在于：具有很强的抗拉、抗弯性能，并能通过中间调节孔调节拉板长度，以满足更换不同长度耐张绝缘子串的需要。

3.5 托瓶架的配合使用

当绝缘子为瓷质或玻璃绝缘子时，由于绝缘子串自身具有一定的重力，在绝缘子串具有一定长度后就具有柔性悬垂链特性，因此，在绝缘子串进行摘除作业过程中，松弛绝缘子会因为自身重力使得绝缘子串发生横向挤压，可能产生绝缘子断裂或自爆等严重后果，对电网设备和作业人员的安全构成威胁。为此，在更换此类绝缘子串时，对耐张绝缘子串安装托瓶架，承托松下的耐张绝缘子串。托瓶架通过端头的高轻度销钉连接在翼型卡上。

4 超高压输电线路更换耐张整串作业要点及流程

4.1 作业要点

利用该装置进行耐张串整串更换作业的要点为：布置好作业前地面工器具，根据耐张串长度调整铝合金拉板、吊绳、滑车等辅助工器具就位；更换装置就位；调整、收紧丝杠；摘除绝缘子；下放、更换绝缘子，提升新的绝缘子串；绝缘子串就位，拆除工器具，工作结束。

4.2 作业流程

作业流程参照图5。

5 实际应用与效果

安徽送变电工程公司经过论证与试验，完成了超高压输电线路耐张整串绝缘子更换装置的研制，进行了作业方案的评审，并于2009年3月在500 kV龙政直流输电线路成功应用，完成耐张串合成绝缘子更换工作。在本次更换作业中，塔上高空人员仅需4人，作业时间为1.5小时。

图5 作业流程图

该更换装置的成功应用，极大地提高了检修的安全性及工作效率，将有效减少输电线路停电，从而创造巨大的经济效益和社会效益。通过本项目的研究，也使得本公司在超高压输电线路耐张串检修领域迈出了新的一步。

6 推广应用前景及建议

超高压输电线路耐张整串更换装置的成功研制与推广运用，为其他绝缘子串型整串更换作业研究提供了借鉴，也可为750 kV、800 kV及1 000 kV特高压输电线路新型检修工器具的研制工作创新，提供新的思路。

参考文献：

[1]李博之.高压架空输电线路架线施工计算原理[M].北京：中国电力出版社，2002：57-65

[2]张英云，涂佑青.最新实用金属材料手册[M].南昌：江西科学技术出版社，1999：312-313

[3]王笑天.金属材料学[M].北京：机械工业出版社，2001：272-282