带电更换500kV耐张串单片绝缘子的探讨

白盛伟 杨富淇 武 剑

（国网重庆市电力公司检修分公司，重庆 400039）

带电更换500kV耐张串单片绝缘子的探讨

白盛伟 杨富淇 武 剑

（国网重庆市电力公司检修分公司，重庆 400039）

本文对带电更换500kV耐张绝缘子的要点进行了分析，介绍了闭式卡法和托瓶架法两种经典操作方法，同时结合重庆电网操作时间对两种方法的操作效率进行了分析，得出了通常优先考虑闭式卡法，在绝缘子串劣化片数达到3片及以上时选择采用托瓶架法的结论。

带电作业；耐张串；闭式卡；托瓶架

0.引言

重庆地区地理环境特殊，集大城市、大农村、大山区、大库区于一体，高压输电线路在不同污秽程度、不同气象条件、不同海拔环境下运行，绝缘子劣化现象时有发生。近年来，随着重庆电网500kV线路长度的不断增加，其维护工作量显著增加。同时，受重庆地区地理环境限制，输电线路铁塔多位于丘陵或深山之中，道路交通不便、作业现场狭窄，无法像平原地区一样可携带较多、较全的工器具或使用重型机械装置节省人力。因此，在更换绝缘子前选择合适的作业方法、配置恰当的工具，是提高施工效率的关键。

1.带电更换500kV耐张绝缘子的要点

带电作业需要满足一些最基本的技术条件，带电更换500kV绝缘子作业是比较大型的项目，使用的工具种类繁多、作业流程较为复杂，在确定作业方式时，通常要充分考虑安全距离判定和工器具选型两个方面的要点。

1.1安全距离判定

保证足够的安全距离是带电作业的前提，直接决定了设备能否实施带电作业及作业的方式，《安规》要求500kV电压等级人体对带电体最小安全距离3.4m（海拔500m～1000m，重庆地区按此海拔考虑），最小相间安全距离5m，最小组合间隙4m，最小有效绝缘长度3.7m（操作杆4m）。500kV耐张绝缘子串除孤立档距外，一般结构为双串以上，因此进入电场通常采用沿绝缘子串的方法进入，在施工作业过程中，进入电场和更换过程中等电位电工会短接部分绝缘子或空气间隙，要随时保持最小组合间隙的要求。作业前需要测算：

（1）良好绝缘子有效绝缘片数大于23片（按照结构高度155mm考虑）。良好绝缘子有效绝缘片数=绝缘子总数量-作业时短接片数或进入电场时短接片数-劣化绝缘子片数，需要特别注意的是有的绝缘子串导线侧连有均压环，在人体进入等电位过程中，通常视为经均压环短接一至两片绝缘子，需要扣除。

（2）导线对人的距离+人对横担距离的组合空气间隙满足《安规》的要求，这段组合间隙主要体现在进入等电位的过程和用闭式卡更换时的操作过程，通常人体短接间隙按0.6m考虑，Sx=S1+S2≥4m。

1.2工器具选型

更换耐张绝缘子串的卡具所能承受的荷重主要校验额定荷重能否满足所要承受的最大张力。

悬挂点应力简化计算公式如下：

其中：fg为导线弧垂；σA为挂点应力；F为挂点荷重；ld为代表档距；f为代表档距最大弧垂；l为档距；σ0为代表档距应力；g1为导线自重比载；A为计算截面积。

对于双串绝缘子，卡具的荷重必须大于挂点荷重的一半。另外，卡具额定荷重满足要求后还要根据不同绝缘子的盘径选择卡具的尺寸，特别是涉及到更换首末两片绝缘子时，需要使用端部卡具，注意挂点结构，选择合适端部卡。

2.两种经典操作方法分析

2.1闭式卡法

采用闭式卡法带电更换500kV耐张串任意单片绝缘子，使用统称为单片绝缘子卡具的工具，主要是闭式卡、端部卡（有时根据实际情况用大刀卡、翼型卡作为端部卡使用）和双头丝杠，主要材料由铝合金构成，具有良好的机械强度。更换单片绝缘子的最基本原理就是在劣化绝缘子两侧安装好前后卡，再利用两副双头丝杠将前后卡相连，形成一个整体，收紧丝杠把劣化绝缘子的应力转移到卡具上，绝缘子将会松动，即可直接取出更换。当涉及更换首末端绝缘子时，如果是双串双挂点结构一般直接使用端部卡，对于双串单挂点则使用大刀卡或翼型卡代替端部卡。必要时还需临时拆除均压环，利用均压环的安装孔洞进行安装。

闭式卡法主要用于带电更换500kV耐张串单片绝缘子，因为500kV绝缘子串的片数和距离足够等电位人员短接必要的绝缘子和空气间隙，对于220kV及以下的耐张绝缘子串则常出现安全距离不够的问题。作业时，操作电工一般处于中间电位，偶尔根据作业的需要在更换横担侧第一片绝缘子时可以在地电位操作，更换导线侧第一片绝缘子时则需要进入等电位。闭式卡法有工具轻便、操作简单、劳动力需求小、效率高的优点，是重庆电网最常用的作业方法，但是闭式卡法也存在以下不足：

（1）在不涉及更换端部第一片绝缘子时，闭式卡法的操作流程、使用的工器具较为统一，但是当更换第一片绝缘子时，情况则复杂、多变，不能简单的使用一套闭式卡，需要根据绝缘子串不同的挂点结构，配置相应的端部卡，端部卡总类较多，挂点的结构也各有不同，因此这种情况下作业的标准化程度相对较低，在前期查勘时需要准确地掌握杆塔挂点结构及相应参数，降低了消缺效率。

（2）因为利用闭式卡更换单片绝缘子只有一名电工直接操作，所以更换的效率与电工的技能水平和体力直接相关，特别是对于荷重较大的档距，丝杠收紧难度更大，而且为了保证安全系数，一般不推荐使用液压丝杠。

（3）当一串绝缘子劣化两片及以上时，更换每一个单片都必须按照同样的流程安装、拆解卡具一次，重复劳动过多，更换时间也将成倍增加。另外，当出现两片及以上劣化绝缘子处于连续位置的特殊情况时，安装闭式卡将短接更大的空气间隙，增大了安全风险。

2.2托瓶架法

托瓶架是带电更换各类型绝缘子中最传统的工具之一，托瓶架法带电更换耐张串单片绝缘子既指使用机械丝杆或液压紧拉绝缘拉杆收紧导线，将导线机械荷载转移至丝杠、绝缘拉板（杆），再用绝缘托瓶架或吊瓶勾托吊绝缘子串，用绝缘绳索通过绝缘滑车组牵引己呈足够松弛状态的绝缘子串，然后脱离绝缘子串与导线之间的金具连接，由托瓶架和绝缘绳索承担整个绝缘子串的重量，逐渐拉动绳索使绝缘子串整串由导线脱出，转移至地电位后（根据需要拉至横担或放至地面）即可更换任意绝缘子，更换完毕后再用同样的方法将绝缘子串重新安装至线路上。这种作业方法相较于闭式卡法最显著的特点就是使用托瓶架托住整串绝缘子，在带电作业中基本等同于整串绝缘子的更换。

托瓶架法带电更换单片绝缘子通用性强，适用范围广，无需根据不同的塔型、不同挂点结构进行大的调整；其次，在一串绝缘子劣化片数较多的情况下，更换多片与更换单片相比，几乎没有较大变化，特别是当达到3片时，时间上的优势更加明显；最后，只要良好绝缘子片数能满足23片以上，就可带电更换，如果等电位电工无法通过绝缘子串安全进入导线，可选择从地线施放软梯进入电场等方法，不短接绝缘子。托瓶架法带电更换单片绝缘子通常用于220kV及以下电压等级，在500kV电压等级下绝缘工器具、金属工器具的绝缘强度、机械强度要求更大，存在以下不足：

（1）若使用绝缘托瓶架等工具，不仅绝缘工具庞大笨重，携带搬运困难，且高空操作的难度和劳动强度都很高，导致人员数量需求大，更换时间长，增加了带电作业的不稳定因素。

（2）使用丝杠收紧导线时，为保证被换绝缘子串达到能脱离金具连接的松弛状态，需要一定的过牵引距离，较难控制。按照《110～500kV架空电力线路施工及验收规范》规定，在孤立档收紧导线过牵引长度不得超过200mm。即使在连续档耐张段中，导线收紧200mm以上，其水平张力也会大大增加，对于四分裂导线，会出现显著的受力不平衡，容易导致间隔棒错位。

3.实践操作效率分析

在带电更换500kV耐张串单片绝缘子的实践操作中，国网重庆检修分公司对实际工作效率情况进行了统计分析，如图1和图2所示。

可以看出，闭式卡法随着更换片数的增加，作业耗时增长明显，而托瓶架法在不同情况下用时几乎不变，证明“重复劳动”的问题会导致闭式卡法在更换效率上存在较大波动。但上述统计所反映出的效率未考虑人工、材料、运输及作业环境等因素，而实际工作中这些因素必须着重考虑。

4.直线闭式卡更换耐张绝缘子

国网重庆检修分公司为解决部分直线塔横担侧不适合安装丝杠的问题发明了直线闭式卡，在用于耐张塔托瓶架法更换绝缘子时也有减少短接间隙、增大安全距离的作用。

闭式卡是更换单片绝缘子的核心工具，其自身结构的特点是利用芯具结构锚定绝缘子钢帽，主要用于耐张单片绝缘子的更换。直线闭式卡顾名思义是用于直线绝缘子串的闭式卡（常规闭式卡也可用于直线绝缘子串，但使用条件和安装都较为不便），相较于常规闭式卡，结构上最大的不同之处在于两翼旋转了90°，用于连接双头丝杠的螺栓孔改为了上大下小的碗形孔槽，丝杠从中穿过，利用导线的荷重固定于碗形孔中，操作时的传动杆位于绝缘子之上，因此有效缩小了短接距离，增大了安全系数，主要用于直线整串更换，有效解决了某些直线塔挂点处横担位斜材结构，不适合丝杠直接锚定的问题，同时也可用于耐张塔托瓶架法更换绝缘子。

结论

根据上述分析，我们得出了以下结论：

（1）在带电更换500kV耐张串单片绝缘子工作中，闭式卡法更换效率普遍高于闭式卡法，但是随着更换片数的增加，闭式卡法效率降低，托瓶架法几乎不变，因此绝缘子劣化片数不同，应适当考虑作业方式的选择。

（2）托瓶架法会耗费大量的劳动力，因此通常优先考虑闭式卡法。而在绝缘子串劣化片数达到3片及以上时，应尽量选择采用托瓶架法，以保证安全。

（3）工器具的研发对于一项带电作业的完成具有决定性作用，尤其是更换端部绝缘子对于在工器具的要求较高。利用国网重庆检修分公司研制的直线闭式卡，可以在托瓶架法中有效增加安全距离。

虽然带电更换绝缘子的方法已经发展得非常成熟，施工作业的安全性、可靠性也有较高的保障，但是，不管检修技术发展得如何纯熟、高效，也不能把保障电网安全运行的希望完全寄托在设备的维护之上。设备本身运行的稳定性、可靠性才是电网安全的根本，可靠性越高越好、检修消缺次数越少越好，只有不断研究开发新材料，提升绝缘子性能，才是保证电网安全运行，提升经济效益、社会效益的长治久安之策。

［1］冯俊武.带电更换500kV耐张串单片绝缘子的探讨［J］.低碳世界，2014（18）：98-99.

TM216

A