500kV耐张塔重锤片提升装置的研制

国网河南省电力公司超高压公司 高昆鹏 韩 旭 马 志 靳 航 余 良

1 引言

线路运行过程中，随着时间的推移线路原始绝缘引流跳线串时常会出现绝缘性能下降、老化发热的现象，不能继续保证运行过程中的使用要求，严重影响线路的安全稳定运行，以往的跳线串更换工作因涉及提线提重锤等工作程序，在操作过程中需杆塔上下大量工作人员，过程既费时又费力，使用500kV 耐张塔重锤片提升装置可极大缩短更换跳线串的时间，人员劳动强度降低，经济效益和工作效率都有了显著提升。

2 500kV 耐张塔重锤片提升装置的概述

2.1 500kV 耐张塔重锤片提升装置的技术背景

由于线路运行过程中随着时间的迁移，线路原始绝缘引流跳线串时常会出现绝缘性能下降、老化发热现象，不能继续保证运行过程中的使用要求，严重影响线路的安全稳定运行。目前运维单位使用以往传统的绝缘传递绳及转向滑车组合，依靠人力牵引，在操作过程中需杆塔上下大量工作人员共同操作提升工作，塔上作业人员在利用现有绝缘工器具及绳索对重锤进行捆扎固定和修正提升时稳定性的过程既费时又费力。

本设计主要阐述了卡具的设计思路，结构及工作原理，其由横担端卡和导线端卡组成。横担端卡的U 型槽卡座在横担角钢上，用T 型螺杆进行紧固，横担端卡伸出两翼且连接有左右直线丝杠，导线端卡设置在重锤片的连接螺钉的紧固螺母上，分左右两片，横担端卡的左右丝杠分别与导线端左右卡通过绝缘拉板连接，横担端与导线端均需一人可连接整套卡具，横担端操作人员伸缩丝杠，导线端操作人员配合更换绝缘引流跳线串。这样可以简化检修流程和所有的设备及人员，在保证安全的前提下加速检修的工作进度和效率。

2.2 5 00kV 耐张塔重锤片提升装置的结构及性能特点

首先500kV 耐张塔重锤片提升装置主要由横担端部卡具和导线端部卡具组成，两者之间由丝杠及绝缘拉板连接[1]。

由于输电线路高空作业，操作人员使用的工具尽量轻量化，体积小，容易运输及操作的，所以在选材方面做了对比采用航空用高强度铝合金7A04材质加工，强度高，方便可靠。

该装置主要性能特点如下。

一是卡具主体结构、主要受力零部件的原材料，在使用前，已经对其化学成分、力学性能进行了复验，铝合金材料按GBn223相关条款组织进行低倍复验。卡具主体由7A04铝合金材料锻件或锻件毛坯加工成形（不允许采用板料加工），抗拉强度σb（MPa） 不小于490，屈服强度σs（MPa）不小于420，比重P（kg/m³）不大于2.85,材料应符合GB/T3191的有关规定。毛坯锻打时保证了锻件低倍组织和流线。产品试制对采用的毛坯低倍组织及流线，按照GBn223的有关要求检验，毛坯热处理后的硬度HB ≥125。卡具主体成型后，进行了荧光及超声波探伤，确保卡具主体无裂纹后，并对表面进行阳极氧化处理[2]。

二是丝杆与其他主要受力零件，采用40Gr 材料以及性能更好的合金钢材料，材料符合GB/T3077的有关要求。

三是钢制零件的表面，全方位进行镀锌及发兰处理，镀锌层及发兰质量都按照有关规定进行了检验。40Gr、45Mn2等易氢脆材料在镀锌处理后除氢。

2.3 500kV 耐张塔重锤片提升装置的工作原理

两端卡具为简支梁结构，通过丝杠的螺旋线的转动，将旋转转化为线性运动，进行上下伸缩，从而达到更换的目的。

2.4 500kV 耐张塔重锤片提升装置的技术参数

线路等级：500kV；工作负荷：30kN；材质：铝合金；执行标准：DL/T463-2006带电作业用绝缘子卡具。

2.5 500kV 耐张塔重锤片提升装置的要求

2.5.1 安全性强

传统跳线串工作需要的辅助工具多且两点提升时绝缘子容易歪斜而翻转，而500kV 耐张塔重锤片提升装置，该装置可以抑制悬垂串的歪斜及翻转，降低更换作业的风险，安全性强。

2.5.2 通用性强

500kV 耐张塔重锤片提升装置，导线端由于该工具的结构简单，无内置型腔，只是连接于重锤片的连接螺钉的两端螺母上，可适用于不同型号的重锤片，通用性比较强。

2.5.3 节约成本

500kV 耐张塔重锤片提升装置，导线端卡具可以快速安装于重锤片连接螺钉的两端螺母处，通过该装置的安装代替了用钢丝套、高强度吊带对导线在绑扎工作中，降低了作业难度，对人力、物力和工器具的依赖减少。

3 500kV 耐张塔重锤片提升装置的设计

3.1 500kV 耐张塔重锤片提升装置的初步方案

耐张塔型及重锤片悬垂串的连接结构如图1所示。

图1 导线侧重锤片

该装置初步方案如图2所示。

图2 装置方案

3.2 500kV 耐张塔重锤片提升装置的强度校核

该铝合金装置主要性能参数，适用绝缘子：500kV 绝缘引流悬垂串。

主要技术参数。额定负荷P=10kN ， 动试验负荷Q=15kN，安全系数n=2.5，主体材料 LC，σs=412MPa，σb=490MPa。

3.3 横担端部卡具

卡具受力分析如图3所示，中间作为支撑点，可简化为一两端悬臂的简支梁进行受力计算。

图3 受力分析

简支梁受力分析如图4所示。

图4 简支梁受力分析

上图可以看出，因为最大弯矩在A-A,B-B 截面处，所以对此截面的计算为主[3]。

A-A 截面处的强度，该截面惯性距为：IY=170550mm4，该截面的抗弯截面模量为W =6828mm3，施加于该截面上的弯距M =（P/2）×210=（10000/2）×210×2.5=2625000N·mm，则该截面上的弯曲应力σ=M/W，σ=395MPa<σs=422MPa。

B-B 处截面结构如图5所示，2B-B 截面处强度计，经计算截面惯性距为：IY=260500mm4，该截面抗弯截面的模量为W=10516mm3。施加于该截面上的弯距M =（P/2）×210=（10000/2）×210×2.5=2625000N·mm，则该截面上弯曲应力σ=M/W，σ=262MPa<σs=422MPa。

图5 B-B 截面处强度

3.4 导线端卡具

卡具受力分析如图6所示，中间作为支撑点，可简化为一两端悬臂的简支梁进行受力计算[4]。

图6 卡具受力分析

简支梁受力分析如图7所示。

图7 简支梁受力分析

由图6、图7所示可看出，最大弯矩在A-A,B-B截面处，对此截面计算为主。

A -A 截面处的强度， 截面惯性距为：IY=379540mm4，该截面的抗弯截面模量为W=4474mm3

B. 施加于该截面上弯距M =（P/2）×110=（10000/2）×110×2.5=1375000N·mm，则该截面上的弯曲应力σ=M/W，σ=318MPa<σs=422MPa

B-B 截面处的强度计算[5]，经计算该截面惯性距IY=4320000mm4，则该截面的抗弯截面模量为W=7300mm3，施加于该截面上的弯距M =（P/2）×110=（10000/2）×110×2.5=1375000N·mm，则该截面上的弯曲应力σ=M/W，σ=200MPa<σs=422MPa。

4 结语

卡具的主体在工作负荷为30kN 时，工作是安全的，并且能够保证2.5倍的安全系数。新研制的500kV 耐张塔重锤片提升装置可增加使用过程中的实用性及适用性。极大的提高了工作效率，保障了安全供电，为公司生产带来了一定的经济效益，具有较好的经济效益与社会效益。