输电线路带电紧固耐张线夹组合工具研制

周自更 赵树喆 徐孝强 普忠 陈海东

摘要：针对35～220kV输电线路带电处理耐张线夹发热缺陷的局限性，提出研制输电线路带电紧固耐张线夹组合工具的思路，研制并介绍了带电紧固耐张线夹组合工具的优越性，并探讨了作业方法。对35～220kV输电线路带电处理耐张线夹发热缺陷工具更新换代、作业方法发展创新具有极大的推动作用。

关键词：带电处理、作业方法、发热缺陷、耐张线夹。

中图分类号：TM621文献标识码： A

1、现状调查

随着架空输电线路的增多、输电线路负荷的增大，线路耐张线夹发热的缺陷越来越多。供电企业对供电可靠性的提高，必须对带电消除耐张线夹发热缺陷的处理方式进行优化。目前，处理耐张线夹发热缺陷仅限于等电位作业方法或紧急停电处理，采用等电位方法进行处理，等电位作业人员必须进出强电场，安全风险高、劳动强度大、成本高、效率低。同时，同塔单回及多回垂直排列方式的架空输电线路尚不能采用等电位作业方法进行处理。紧急停电进行处理，降低供电可靠性，增大电网风险。针对以上两种作业方式的弊端，同时，为缩短作业时间，提高工作效率，降低作业安全风险，需要研制出一种既能避免停电处理，又能采用带电方式来处理此项缺陷的工具迫在眉睫。

耐张线夹发热原因分析：1、负荷增大引起线路设备接触部位发热；2、设备陈旧、接头松动、氧化导致发热。在一定的电流条件下 ,线夹发热的严重程度主要是由接触电阻的大小所决定的。随着导流面的逐渐氧化必然引起线夹连接处接触电阻的增大，导致过热。

2013年2月对110kV小牵I回线耐张线夹发热缺陷进行了带电处理。用随机抽样法从作业记录中抽取8基塔的作业时间进行统计，结果见表1。

110kV小牵I回线带电处理耐张线夹发热缺陷的时间统计表：

杆塔号

关键步骤 #6 #8 #10 #16 #19 #98 #99 #101 平均 比例

准备工作 5分 5分 4分 5分 5分 5分 6分 5分 5分 8.3%

上下杆塔 30分 32分 40分 35分 34分 36分 37分 38分 35分 58.3%

悬挂绝缘软梯 8分 9分 7分 8分 8分 9分 7分 10分 8分 13.4%

进出电场 2分 2分 2分 3分 3分 2分 2分 3分 2分 3.3%

耐张线夹发热处理 10分 9分 10分 8分 10分 11分 10分 9分 10分 16.7%

合计 55分 57分 63分 59分 60分 63分 62分 65分 60分 100%

表1表明：作业人员对110kV小牵I回线带电处理耐张线夹发热缺陷中，悬挂绝缘软梯及进出电场项目耗时各占到了整个作业时间的13.4%和3.3%，输电线路带电紧固耐张线夹组合工具研制成功，实现地电位作业方法处理此项缺陷，就能省去作业人员悬挂绝缘软梯和进出电场的时间。

2、耐张线夹发热主要机理

耐张杆塔引流线发热属于电流致热效应缺陷，当载流导体投入运行时，由于存在一定的电阻，必然有一部分电能损耗，从而使载流导体的温度升高。由此产生的发热功率为

P=KfI2R

式中，P为发热功率（W）；I为通过的电流强度（A）；R为载流导体的直流电阻（Ω）；Kf为附加损耗系数，表明在交流电路中及趋肤效应和邻近效应时而使电阻增大的系数。

（1）接触电阻的大小及与温度之间的关系

接触电阻Rj 的大小可以用经验公式表示

Rj=(K/Fn)×10-3

式中，F为接触压力（Kg）；K为与接触材料和接触面形状有关的系数，取0.07～0.1之间；n为取决于接触形式的指数（在0.5～0.75之间）

（2）接触电阻Rj 与温度之间的关系

Rj=Rj0(1+2/3×a×t)

式中，Rj0 为在温度为0℃时的接触电阻值（Ω）；a为接触金属的电阻温度系数（1/℃）；t为工作温度（℃）。

通过上述分析，输电线路中的各种连接件在理想情况下，接触电阻低于相连接导线部位的电阻，连接部位的损耗发热不会高于相邻载流导体的发热。只有在接触电阻异常且电流通过时，才会产生发热缺陷，并且接触电阻随温度的变化而变化，当接触部分温度达到70℃以上时，金属氧化开始剧烈，氧化后生成物使接触电阻增加更为迅速，甚至引起恶性循环，接触部位会进一步过热，导致烧毁。

3、新工具的研制

带电紧固耐张线夹组合工具主要解决的问题是：现有技术不能实现对单回耐张塔（杆）耐张线夹发热间接作业及同塔多回垂直排列方式的架空输电线路耐张线夹发热缺陷进行带电处理。

技术方案：此工具是在棘轮扳手手柄处安装可滑动的夹具或在套筒扳手手柄处安装固定的夹具，与绝缘操作杆组装连接后，对耐张线夹螺栓进行带电紧固的一种新工具。该工具主要由绝缘操作杆、棘轮扳手、套筒扳手、套筒、夹具、穿心螺栓组成。带电紧固耐张线夹组合工具利用杠杆传递原理将棘轮扳手或套筒扳手的力臂转向并延长，使人员只需站立在铁塔上就能对长距离的螺栓进行紧固。采用此工具能避免人员进入强电场，降低了作业风险；减少了作业人数，降低了成本和作业人员的劳动强度。

附图说明：

图1是 棘轮扳手组合工具设计图；

图2是 套筒扳手组合工具设计图；

图3是 棘轮扳手组装图；

图4是 套筒扳手组装图；

图中，1.绝缘操作杆 2.夹具 3.穿心螺栓 4.套筒 5.套筒扳手6.棘轮扳手。

图1

图2

图3

图4

带电紧固耐张线夹组合工具包括有：

绝缘操作杆（2套、8截）、夹具（6片）、棘轮扳手（M24、M21、M18）各2把、套筒扳手（2把）、套筒（M24、M21、M18）各2套、穿心螺栓（2个）

见图1，第一种具体的组装方式是：棘轮扳手组合工具，将4截绝缘操作杆两端旋口依次组装，穿心螺栓与夹具一端连接组装在绝缘操作杆顶端的夹具槽内，夹具另一端与棘轮扳手手柄处活动连接。

见图2，第二种具体的组装方式是：套筒扳手组合工具，将4截绝缘操作杆两端旋口依次组装，穿心螺栓与夹具一端连接组装在绝缘操作杆顶端的夹具槽内，夹具另一端与套筒扳手手柄处固定连接，套筒安装在套筒扳手顶端卡槽。

六角头螺栓—全螺纹—C级规范

M24螺栓

根据杠杆原理：设螺栓上的力为F1=2000N推力F2

根据查表得：螺栓力臂为r=1.2cm

最长斜边为R=24.36cm

最大推力斜角为θ=60°

F1r=F2R

2000N*1.2=F2max*Rcos60° 得F2max =197N

2000N*1.2=F2min*R 得F2min =98.5N

M18螺栓 2000N*0.9=F2max*Rcos60° 得F2max =147.75N

2000N*0.9=F2min*R 得F2min =73.875N

M21螺栓 2000N*10.5=F2max*Rcos60° 得F2max =172.375N

2000N*10.5=F2min*R 得F2min =86.1875N

M18 M21 M24

F2max 147.75 172.375 197

F2min 73.875 86.1875 98.5

结论：带电紧固耐张线夹组合工具符合人体用力大小

4、实施效果

有益效果：此工具将解决单回耐张耐张线夹发热间接作业及同塔多回垂直排列方式的架空输电线路带电耐张线夹发热缺陷的处理。利用此工具进行带电耐张线夹发热缺陷处理，减少了作业人员和工器具的投入、降低了作业人员的劳动强度及作业风险、提高了效率、降低了成本，同时提高了供电可靠率，减少了停电次数。

2013年9月，在220kV马埂线保供电巡视过程中，红外测温发现#5塔中相小号侧耐张线夹发热温度83℃。此缺陷为紧急缺陷，11时25分，抢修人员到达现场，利用带电紧固耐张线夹组合工具对发热部位进行了处理。

下图为处理前后测温照片对比：

（图1 处理前测温图片）（图2 处理后测温图片）

从上图可以看出经处理后的耐张线夹从先前的83℃降到了24℃，处理效果明显有效。

2013年8月带电紧固耐张线夹组合工具投入使用以来，共计处理耐张线夹发热缺陷10起，减少停电时间35小时，同比多供电量342.72万千瓦时，有效提高了线路的供电可靠性，大大提高了输电线路的可用系数，取得了很好的经济性并缩短了处理耐张线夹发热的时间，确保了电网的安全稳定运行。

参考文献：

[1] DL/T 59-1996 电力设备预防性试验规程

[2] 董吉谔 电力金具手册 北京 中国电力出版社 2010.1

[3]陈家斌 电力架空线路运行维护与带电作业 北京中国水利水电出版社 2006.1

[4]王清葵 送电线路运行和检修 北京 中国电力出版社2003.12