220 kV耐张杆塔导线侧金具更换工具的研制

俞翔，喻岩珑，张阳阳，王成

（国网浙江省电力公司杭州供电公司，浙江杭州 310009）

220 kV耐张杆塔导线侧金具更换工具的研制

俞翔，喻岩珑，张阳阳，王成

（国网浙江省电力公司杭州供电公司，浙江杭州 310009）

随着杭州市电网线路逐年增多，如何能够快速、安全、有效的更换220 kV耐张塔导线侧金具及其联板，已成为当务之急。通过仿真比较与现场测试，研制出了一套更换220 kV耐张杆塔导线侧翼型卡及配套工具的方法。现场测试结果表明，该方法有效地缩短了更换时间，改善作业技术条件，增加了送电可靠性。

220 kV；耐张杆塔；金具；翼型卡具

架空线路是连接不同地区的发电站、变电站、负荷点的“桥梁”，它利用输电铁塔支撑多相导线各自输电并与大地之间保持一定绝缘安全距离。杆塔按其所承受的荷载不同划分为直线杆塔、耐张杆塔等。直线杆塔在正常运行时承受水平荷载和垂直荷载；耐张杆塔除承受了水平荷载和垂直荷载外，还承受纵向荷载（由顺线路方向不平衡张力构成），所以这种杆塔结构往往比直线杆塔复杂，特别是在金具维修更换时，消耗人力物力大。

随着社会经济的快速增长，杭州对电力供应的需求越来越强劲，电网也迎来了长足发展。随着输电容量的不断增长，架空输电线路也逐年增加，截至2015年，杭州供电公司管辖线路合计233条，架空线路3 500多km。1 000 kV线路2条，共200多km；500 kV线路17条，共600多km；220 kV线路140条，共2 000多km；110 kV线路54条，共300多km[1-3]。

为了减小线路阻抗，提高输送效率，目前国内220 kV架空输电线路一般采用多分裂导线设计，所以220 kV输电线路的耐张杆塔金具繁多[4-6]。对于重度污染区、雷电密集区等特殊区域运行的线路，极易面临更换锈蚀金具、引流板等一系列常见且重要的检修问题，对于越复杂、金具繁多的塔形，更换起来更为不便[5-8]。在更换220 kV双串绝缘子的耐张塔导线侧的金具时，传统方法存在操作方法繁琐、作业人员过多、工器具笨重等一系列问题，不仅更换效率低而且所需的工器具种类繁多[9-12]。随着杭州电网新线路逐年增多，在检修人员数量有限情况下如何能够更快速、更有效、更安全地更换220 kV耐张塔导线侧金具，已成为当务之急。

1 模型设计

220 kV输电线路双分裂导线侧金具如图1所示，主要包括绝缘子串在导线侧的2个金属联板及其连接金具。由图1可知，导线侧2个联板相互垂直，其中导线联板面与导线面处在同一个平面；绝缘子外侧联板面与导线面垂直，如需更换金具，需使用紧线器收紧导线，而联板上没有能让紧线器收紧的平行受力点，紧线器起不到相应的作用。如需更换，只有将紧线器受力点设在横担上，这将使绝缘子串整体收缩发生弯曲，耗费极大的人力物力，存在很大的安全隐患，而且更换时，绝缘子串发生弯曲后，作业人员的作业空间狭小，给更换工作带来很大的困难。

图1 220 kV双分裂导线侧金具Fig.1 Conductor side fixture of 220 kV double split wire

为了解决导线紧线受力点和绝缘子串收缩的问题，可以将受力点从横担头转移到绝缘子串外侧联板，但此时需要解决受力方向问题。设想在检修时安装一个翼型卡具，此卡具是在联板原型的2侧加装一种类似翅膀的工具，组成一个联合器具，这样紧线时在导线平面联板的垂直方向上就创造了着力点，这时就可利用绝缘子串外侧联板来作为紧线受力点[13-16]。如设计成功，就可以顺利更换导线侧所有金具。秉承检修工器具选材恰当、结构合理、强度足够、轻便通用的设计原则，对设想模型进行分析和安全性能测试，三次改进后得到最终模型。

1.1 加装翼原型

加装翼模型就是在联板2侧加翼，但其与联板不是一个整体，如图2所示。

图2 加装翼原型Fig.2 The prototype of add wings

在设计完成后，经讨论和分析，发现该加装翼原型解决了垂直受力问题，能有效使得牵引工具正常使用，拆装方便，利用现有材料，也便于加工。问题是合成体受力强度不足，不能满足大部分导线张力要求；整体也较笨重，不够轻便。加装翼原型设计方案被否定。

1.2 整体式翼型卡I型

由于加装翼原型设计不能满足大部分线路要求，整体较笨重，不够轻便，考虑到卡具整体的强度及稳定性，设计了整体式翼型卡I型，翼型卡主体采用一体式浇铸，将整体分成上、下、左、右4翼，翼型卡上下左右四翼采用开孔设计，便于各种工具的连接可靠。整体式翼型卡I型及其安全性能测试图如图3所示，通过ANSYS软件，可以直观地看出最大破坏点集中出现在翼型卡的螺栓处（连接点），即螺栓处最容易变形损坏，危险系数较高。由此可见，此模型存在很大的安全隐患，仍需要改进，整体式翼型卡I型的设计方案也被否定。

图3 整体式翼型卡I型及其安全性能测试Fig.3 TapeIof Integrated wing fixture and the safety performance test

1.3 整体式翼型卡Ⅱ型

根据整体式翼型卡I型的设计思路和安全性能分析，为了增强翼型卡的屈服强度，抵抗因拉力引起的变形，可将翼型卡上下2翼做圆弧状，整体呈弓形设计。这样能使得受力点分散到面上，增加机械强度，结构更加合理。于是对整体式翼型卡I型进行改进，得到整体式翼型卡Ⅱ型，如图4所示。通过ANSYS技术，让机械零件在结构载荷条件下进行安全性能测试仿真，结果如图5所示。在施加80 kV（实际最大荷载）的静态作用力下，最小安全系数为2.436 8，满足了2倍的要求，且最易受破坏点未出现在连接点处。与此同时，再进行静态变形测试仿真，施加最大荷载持续1 min，结果如图6所示，可以看出，只有顶端发生了微弱的变形，形变值约0.494 mm，可忽略不计。

图4 整体式翼型卡Ⅱ型Fig.4 TapeⅡof Integrated wing fixture

图5 安全性能测试图Fig.5 The safety performance test

图6 静态变形测试Fig.6 The Static deformation test

经上述分析可知，整体式翼型卡Ⅱ型上下2翼为圆弧状设计，使得翼型卡的屈服强度增强，抵抗因拉力引起的变形能力强，且2翼部分采用凹槽设计，使得设计的翼型卡具用量少，结构更合理。此外，上下2翼采用多孔设计，以满足不同间距的双分裂导线。

2 方案及材料的选择

通过分析了3种不同的模型，就优缺点综合比较，如表1所示。

表1 方案比较分析表Tab.1 Analysis of scenario comparison

经过分析比较可知，第1节2种模型都存在一定的不足，而第3种整体式翼型卡Ⅱ型具有机械强度良好，结构合理，安全性能测试与静态变形测试结果良好，并可以运用于多种型号的导线上，轻便通用。所以，最终采用整体式翼型卡Ⅱ型设计。

在确定设计模型为整体式翼型卡Ⅱ型后，还需要选择合适的材料进行加工。通过理论调研和经验分析，最终选定3种高抗拉强度的合金材料，如表2所示。由表2可知，3种材料都有较高的抗拉强度，而铝合金的比重分别是合金钢的0.35倍和钛合金0.63倍。综合考虑，在强度都能满足要求的情况下，铝合金材料在比重面具有一定的优越性，因此选择铝合金材料作为卡具的材料。

表2 卡具材料参数表Tab.2 Material parameters of fixture

3 成品及现场测试

在翼型卡具设计方案和加工材料确定后，通过电力工具加工厂家进行了加工制造，加工后的成品如图7所示。工具雏形重量3.8 kg，大大低于预计成品重量（10 kg），满足了检修工具设计原则。

在2013年底，该翼型卡已运用到乔运4407线、乔河4408线停电大量更换金具工作中，更换导线侧金具工作由原有4个班3 d（12个班次）的工作量缩减至2个班2 d（4个班次）工作量，减少线路停电时间1 d，大大的增强了计划检修效率，实际检修工作的效率也飞升。

图7 翼型卡成品Fig.7 The finished wing fixture

该工具不仅在停电时能独立更换220 kV导线侧金具，而且在满足《电力安全工作规程》要求的组合间隙条件下，此翼型卡可以用于带电更换220 kV耐张杆塔导线侧相关金具。与停电进行更换的作业方法相比，带电作业克服了停电对用户造成的严重影响，加强了缺陷管理计划的时效性，提高电气设备运行的可靠性，从而提高了经济效益和社会效益。翼型卡的实际操作模拟图如图8所示。

图8 翼型卡使用模拟图Fig.8 The simulated diagram of wing fixture using

4 结语

新设计的翼型卡能安全、快捷地更换导线侧各类不同种类的金具，与以往的检修工具相比，在操作方法、工具的便捷度、工具的安全系数等都有了长足提高。另外输电线路检修人员工作的效率也大大提升，减少了检修人员数量和塔上作业的时间，从而降低了高空作业的危险性。

[1]秦波.杭州电网供电能力的研究[D].北京：华北电力大学，2012.

[2]赵宇明，谢竹青，傅观君，等.大载荷及耐张塔用悬式复合绝缘子机械特性[J].南方电网技术，2011，5（4）：60-64.ZHAO Yuming，XIE Zhuqing，FU Guanjun，et al.The mechanical characters of suspension-type composite insulators for heavy load and tension towers[J].Southern Power System Technology，2011，5（4）：60-64（in Chinese）.

[3]石岩龙，闫士涛，刘影强.带电更换750 kV耐张双联串绝缘子方法探讨[J].高压电器，2010，46（11）：9-11.SHI Yanlong，YAN Shitao，LIU Yingqiang.Live replacement method for 750 kV strain twin-insulator strings[J].High Voltage Apparatus，2010，46（11）：9-11（in Chinese）.

[4]任德顺，佟继春.高海拔地区220 kV同塔双回耐张换位方式[J].电力与能源，2013，34（4）：360-364.REN Deshun，TONG Jichun.Study on a new way of 220 kV double-circuit transposition in high altitude area[J].Power &Energy，2013，34（4）：360-364（in Chinese）.

[5]余长水，周立波，黄晓明，等.进口500 kV复合绝缘子断裂原因分析与研究[J].电瓷避雷器，2009（5）：9-14.YU Changshui，ZHOU Libo，HUANG Xiaoming，et al.Analysis and study on fracture causes of imported 500 kV composite insulator[J].Insulators and Surge Arresters，2009（5）：9-14（in Chinese）.

[6]史磊，曹志全，李晓兵，等.带电更换750 kV线路直线单串复合绝缘子技术实践与改进 [J].电网与清洁能源.2011，27（9）：41-45.SHI Lei，CAO Zhiquan，LI Xiaobing，et al.Live operation ofreplacing linearsingle-string composite insulators: technical practice and improvement on 750 kV transmission line[J].Power System and Clean Energy，2011，27（9）：41-45（in Chinese）.

[7]吕健双，李健.特高压输电线路覆冰断线张力计算与分析[J].电力科学与工程，2013，29（8）：10-15.LÜ Jianshuang，LI Jian.The tension calculation and analysis of UHV transmission line when the condition of iced line is broken[J].Electric Power Science and Engineering，2013，29（8）：10-15（in Chinese）.

[8]包建强，张勇，吴依群，等.220 kV架空输电线路相双分裂垂直排列导线粘连原因分析及技术防范措施[J].电力设备，2008，9（5）:76-78.BAO Jianqiang，ZHANG Yong，WU Yiqun，et al.Case study and technical countermeasures of conductor adhesion with phase twin bundled and vertical arrangement for 220 kV overhead transmission line[J].Electrical Equipment，2008，9（5）:76-78（in Chinese）.

[9]邓凯.220 kV贺青甲线路耐张杆塔跳线断股成因及对策[J].水电能源科学，2012，30（8）:146-148.DENG Kai.Causes analysis of occurrence of connecting line and disconnect one or several roots in Heqingjia 220 kV transmission lines and its countermeasures[J].Water Resources and Power，2012，30（8）:146-148（in Chinese）.

[10]孙兵，李晓刚，陈立钧.中间电位法带电更换220 kV线路耐张零值绝缘子[J].华北电力技术，2009（9）:32-36.SUN Bing，LI Xiaogang，CHEN Lijun.Live line replacement of zero sequence insulator on 220 kV line with midpotential working[J].North China Electric Power，2009（9）:32-36（in Chinese）.

[11]刘洁.制作后备保护装置，提高更换110～220 kV线路耐张杆塔绝缘子工作的安全可靠率[J].宁夏电力，2007（2）: 35-37.LIU Jie.Making reserve protecting device，improving safe and reliable rate of replacing insulator for 110 kV～220 kV transmission circuit strain tower[J].Ningxia Electric Power，2007（2）:35-37（in Chinese）.

[12]曹国文.带电更换220 kV耐张串金具的工器具研制与应用[J].内蒙古电力技术，2011，29（5）:82-83.CAO Guowen.Development and application of metal utensils for replacing tension strings in 220 kV line with live working[J].Inner Mongolia Electric Power，2011，29（5）:82-83（in Chinese）.

[13]王璋奇，陈海波，周邢银.垭口型微地形对输电线路风载荷影响的分析[J].华北电力大学学报，2008，35（4）: 23-26 WANG Zhangqi，CHEN Haibo，ZHOU Xingyin.Effects of yakou micro-relief on the wind loading formulation for transmission line design[J].Journal of North China Electric Power University，2008，35（4）:23-26（in Chinese）.

[14]张鹏，秦怡宁，熊细涛，等.耐张线夹和接续管压接质量的在线检测[J].江苏电机工程，2015，34（2）:65-68.ZHANG Peng，QIN Yining，XIONG Xitao，et al.Online crimping quality monitoring of strain clamp and splicing sleeve in overhead transmission lines[J].Jiangsu Electrical Engineering，2015，34（2）：65-68（in Chinese）.

[15]何金定，贺星棋.考虑可修多状态的输电线路可靠性评估模型[J].电力系统保护与控制，2010，38（4）:11-14.HE Jinding，HE Xingqi.Evaluation model ofreliability for overhead transmission line with considerations of repairable multi-state[J].Power System Protection and Control，2010，38（4）:11-14（in Chinese）.

[16]熊小伏，恭秀芬，王燕祥.输电网可靠性评估中基于气象因素的处理方法[J].电力系统保护与控制，2013，41（11）:32-37.XIONG Xiaofu，GONG Xiufen，WANG Yanxiang.A method fortransmission network reliabilityevaluation considering meteorological factors[J].Power System Protection and Control，2013，41（11）:32-37（in Chinese）.

（编辑 董小兵）

Developing the Replacing Tools for Metal Fittings at Conductor Side on 220 kV Tension Towers

YU Xiang，YU Yanlong，ZHANG Yangyang，WANG Cheng
（Hangzhou Power Supply Company，State Grid Zhejiang Electric Power Company，Hangzhou 310009，Zhejiang，China）

In the replacement of fittings at the conductor side of the tension tower of 220 kV line with double strain insulators，the traditional method involves with complicated operations，too many personnel and heavy equipment，leading to a low replacement efficiency and demand for a variety of tools and devices.For this purpose，we have developed a new set of wind fixtures with its supporting tools.The results of simulations and field tests suggests that this wing fixture helps to short the replacement time，improve the technical conditions of the operation and thus enhance the power transmission reliability.

220 kV；tension tower；metal fittings；wing fixture

国网浙江省电力公司杭州供电公司群众性创新项目（5211HZ135072）。

Project Supported by Mass Innovation of State Grid Hangzhou Power Supply Company（5211HZ135072）.

1674-3814（2016）08-0046-05

TM755

A

2016-01-08。

俞 翔（1969—），男，本科，高级技师，国家电网公司输电线路带电作业技能专家，从事输电线路检修工作。