一种降低进出耐张单串绝缘子翻落率的装置

洪行军 姜勇 施宏宇 施文华

摘  要：输电线路作为电网动脉，在数量、规模上都大幅度增加。为了保证输电线路安全健康的运行，需要对线路定期开展巡视、检测、登杆检查、消缺以及修理等运行维护和检修工作。采用徒手进出耐张单串绝缘子容易发生人员翻落，采用短绳适用性差、工作效率低。通过该装置的研制，可以实现各类型玻璃耐张单串绝缘子的进出，安全性高、稳定性好、不发生翻落，具有突出的安全效益，社会和经济效益，应用前景广泛。

关键词：耐张单串绝缘子;翻落;装置

中图分类号： TM216   文献标志码：A

0 引言

引流板检修是输电线路检修的质量控制点。输电线路部分杆塔采用耐张单串绝缘子，尤其是变电所构架侧，徒手攀爬单串绝缘子由于受力点单一，很难掌握平衡，经常发生作业人员翻落的情况，使用短绳辅助进出工作效率低。有必要针对以上问题，研发一种高效、轻便的进出耐张单串绝缘子防翻落装置[1]。

1 背景

检修引流板工作需要进出构架侧耐张单串绝缘子，由于单串绝缘子档距水平张力小、松弛架设，导致绝缘子间摩擦力小，绝缘子容易转动，作业人员徒手进出单串绝缘子串时重心失衡，容易从绝缘子串上翻落，容易因为安全带冲击断裂而导致高坠的危险，据不完全统计，每年发生的翻落率为2.26%，亟需对输电进出耐张单串绝缘子工具进行改进和创新研制。

2 现有技术研究

现有技术措施：使用短绳辅助进出耐张单串绝缘子和徒手进出耐张单串绝缘子。

使用短绳进出耐张单串绝缘子的技术弊端是工作效率低，需要准备短绳进行抛挂;适用性差，大风天气短绳挂设困难，内转角侧绝缘子与横担几乎成一直线，存在捆绑、攀爬困难的情况。

徒手进出耐张单串绝缘子的技术弊端是作业人員凭借经验攀爬，当有强风作用或者在攀爬中摇晃导致作用点偏移时，一旦绝缘子间提供的摩擦力矩小于作用点偏移产生翻转力矩时，绝缘子就会发生翻转，导致作业人员失手从绝缘子上翻落。

3 总体技术路线及关键技术

设计一种与绝缘子表面贴合底座设计，使受力分布均匀。

增加接触面积，提供足够有效摩擦力。

增加绝缘子接触数量，使翻转力矩小于摩擦力矩。

原有攀爬时，该工作组攀爬的作用点是双手，也就是2个作用面，作用面大小面积是手掌大小，约为0.01 m3。该工作组考虑增加接触面数量和接触面积，使受力的每片绝缘子翻转力距减少，从而接近或小于转动摩擦力距，这样绝缘子就不会发生转动。所以该工作组的设计方案是由原来一只手接触一片绝缘子，使用设计后的工具变成可以接触2片以上绝缘子。经过试验，接触2片绝缘子的工具不会影响人员攀爬，接触3片及以上绝缘子的工具反而会影响人员攀爬。

在进行设计该工作组借鉴更换绝缘子卡具的工作原理。这一原理主要增加了工器具的受力稳定性，初期考虑将受力点锁定在钢帽上，但是在实验中发现瓷裙的受力面要比在钢帽的受力面大，能更好地使受力控制在轴线中，减少左右侧应受力偏移发生的翻转力矩，所以该工作组将受力点锁定在绝缘子瓷裙上。

4 受力分析研究

运用通过圆心的力不会使物体发生旋转（翻转）。

原有技术力矩计算：人在徒手进出时的单手（单片绝缘子）受力，人在进出过程中下压力F的方向是改变的，角度范围一般为：0～α（朝向圆心为0°），当着力点不在绝缘子正上方时，即发生偏移， M徒手 =F×sinα×r。

该工作组研制的工具作用面是2个，单片绝缘子受力为徒手时的一半，即1/2F。同理作用在工具上面的方向是可以改变的，角度范围一般为：0～α（朝向圆心为0°），当M工具max=1/2F×sinα×d（d为工具卡在瓷裙后与圆心的距离）。为此在设计时d尽可能做的小，接近钢帽位置，d=r。当人体体重77 kg约等于750 N时，α=30°，r=0.06 m，代入上式，M工具=11.25 N·m ，M徒手=22.5 N·m。

5 绝缘子间摩擦力及摩擦力矩检测

110 kV变电所构架张力5 kN/相，220 kV变电所构架张力10 kN/相本工作组在施加0.5 T张力时，试验测得绝缘子（FC70P和PC16P 2种经常使用的型号）间最大能提供的摩擦力矩M在15.36 N·m～23.84 N·m，中间值为19.6 N·m。

M工具=11.25 N·m

6 装置简介

该装置主要由3个部分组成：定位座、支撑杆和手柄。主要材质为高强度铝合金。该装置使用定位座设计，形状为C型开口，定位在绝缘子瓷裙上，受力面积增大，表面有橡胶圈增大摩擦力，具有良好的稳定性;C型开口端部有支撑杆构造，2个定位座分别定位在前后相邻的2片绝缘子上;2个支撑杆件使用一个手柄进行连接（焊接而成），手柄方便作业人员握手支撑。

该装置是为进出耐张单串绝缘子而专门设计的，采用一体式设计，C型开口端为定位座，在攀爬绝缘子时卡在耐张绝缘子上，手柄是作业人员攀爬绝缘子时手握的部位。作业人员到达耐张杆塔横担处，将一组C型定位座（2只为一组）卡在绝缘子上，作业人员通过该装置从一片单串绝缘子转移到另一片单串绝缘子上，然后将耐张爬瓶器卡在前进方向的另一片绝缘子上，作业人员通过该装置支撑绝缘子转移位置，重复此过程完成在耐张单串绝缘子上的位置移动。

输电线路进出耐张单串绝缘子降低翻落率的装置，装置轻巧，携带方便，该工具利用C型定位座作用在绝缘子瓷裙上，减少绝缘子的翻转力矩，解决了进出耐张单串绝缘子作业时人员翻落问题。

7 现场使用情况及应用前景

耐张单串作业攀爬装置设计新颖、使用轻便，极大地提升了进出耐张单串绝缘子的工作效率和作业安全性，彻底解决了作业人员徒手进出耐张单串绝缘子易翻落，采用短绳进行抛挂，操作烦琐，准备工作持续时间长，抛挂短绳成功率低，大风等恶劣天气时抛挂短绳困难，人员攀爬费时费力等问题[2]。

该装置已在浙江省内输电线路检修工程、湖南省输电线路检修工程、四川省输电线路检修工程上推广应用，截至2019年12月，使用该装置已进出超过1 000多串耐张单串绝缘子，未发生翻落情况。经过现场实际使用证明，该工具安全可靠，适用性强，充分满足输电线路耐张单串工作需要。全国输电线路情况基本一致，主要采用徒手进出耐张单串绝缘子作业，存在作业人员进出耐张单串绝缘子容易翻落的普遍问题，作业安全可靠性低，使用该装置能彻底解决上述问题，所以该装置可以推广至全国电力行业输电检修作业（包括基建施工）领域，推广应用前景广泛[3]。

8 装置检测

整套装置稳定性检测：C1-适用盘径280 mm（如FC100P/146U 、FC160/155 等），整套装置倾斜角20°时，施加50 kg垂直力在整套装置时，持续3 min后，底座不发生位移，各绝缘子不发生转动为合格。

整套装置承重性能检测：承受质量100 kg重物，持续3 min，装置无明显变形，无损坏、无裂纹。

装置的性能经CNAS检测符合要求，装置安全可靠，使用该装置能有效杜绝进出耐张单串绝缘子翻落情况[4]。

9 装置创新点

装置创新点有3个。1）改善力矩布置，提高攀爬稳定性。传统徒手攀爬作业接触面少（2个面），该装置提供4个接触面，使单片绝缘子所受翻转力矩减少为传统方式的1/2，最大提供摩擦力矩远大于翻转力矩，避免人员翻落，提高作业稳定性。理论计算中，使用该装置单片绝缘子所受的翻转力矩M工具=11.25 N·m，徒手进出单片绝缘子所受的翻转力矩M徒手=22.5 N·m，使用该装置由于翻转力矩小于摩擦力矩不会发生转动，经过理论计算和现场实际使用证明该结构设计是行之有效的，已经彻底解决了作业人员进出耐张单串绝缘子翻落的问题。2）优化作业接触面，提高重心可控度。传统攀爬作业接触面积为0.01 m2，采用该装置可以有效增大接触面，与此同时接触宽度由80 mm增加至274 mm，使作业重心更可控。徒手接触时单只手的接触面约为0.01 m2，设计后的工具单个接触面面积0.0147 m2，面积增加47%。受力面积增加能使作业人员更容易控制重心和提供更多的摩擦力矩[5]。3）设计C型定位座，均匀分布受力点。定位盘内侧腰形通孔边缘环绕橡胶带，使定位座与绝缘子紧密贴合，增加摩擦力，并將受力点均匀分布于绝缘子瓷裙表面。

10 结语

使用本装置后作业人员进出耐张单串绝缘子时稳定性大幅度提高，提高安全作业可靠性，减少因事故而产生的人员伤亡损失，作业人员安全得到有效保障，已经彻底解决了作业人员进出耐张单串绝缘子翻落问题[6]。

参考文献

[1]刘洪正，刘凯，孟海磊，等.±660kV直流同塔双回输电线路带电作业试验研究[J].高电压技术，2011（12）：2997-3005.

[2]王力农，胡毅，刘凯，等.特高压输电线路带电作业组合间间隙的放电机理[J].高电压技术，2011（5）：1224-1231.

[3]胡毅，肖宾，刘凯，等.±500 kV同塔双回直流线路带电作业试验研究[J].高电压技术，2010（2）：318-321.

[4]蒋正龙，龚政雄，赵纯，等.500 kV湘云同塔双回线路带电作业安全性分析[J].湖南电力，2010（6）：23-26，30.

[5]胡毅，王力农，刘凯，等.特高压交流输电线路带电作业现场应用试验[J].高电压技术，2009（9）：2053-2058.

[6]舒印彪，胡毅，李雪.特高压交流输电线路的运行维护与带电作业[J].高电压技术，2007（6）：1-5.