一种腐蚀架空地线张力更换跨越防护装置的设计

赵 港,韦佩才,何 森,黄金领,何宁安,王 闯,卢银炜

(1.中国南方电网超高压输电公司南宁局,南宁 530028; 2.中国南方电网超高压输电公司检修试验中心,广州510663)

0 引 言

高压输电线路架空地线长期暴露在野外环境中,在空气中的水分、腐蚀气体、盐类物质等作用下,其表面将逐渐发生腐蚀[1-2]。随着运行年限的增加,腐蚀程度将进一步加剧,在运行中易造成架空地线断股,严重时甚至会造成架空地线断线[3-4],对电网安全运行构成严重威胁。因此,通常采取张力放线的方式对腐蚀架空地线进行更换,以消除设备风险隐患[5-6]。

高压输电线路交叉跨越较多[7-8],包括公路、铁路、电力线路、通信线路等,由于腐蚀架空地线机械性能出现明显下降[9],特别是抗弯、抗扭性能[10],在张力更换时存在较高的断线风险。因此,必须在跨越施工过程中采取有效的防护方式,保护被跨越设施的安全。单军[11]、马凤臣[12]和肖立华[13]各自设计了一种防跑线装置,发生断线事故时,这些装置能够迅速锁紧断落的导地线或牵引绳,但锁紧瞬间通常会对杆塔和牵引绳造成较大冲击,且腐蚀架空地线的机械性能已出现明显下降,遭受冲击后会存在较高的二次断线风险;张建[14]通过搭设跨越架对被跨越设施进行防护,虽然这种防护方法效果比较显著,但跨越架普遍存在搭设成本高、工程量大、工期较长、在交通困难地区适用性差等缺点;邢俊杰[15]通过搭设封网绳对被跨越设施进行防护,虽然这种防护方法成本低、工程量小、工期较短、适用性强,但防护效果相对一般,特别是当更换对象为腐蚀架空地线时,由于其表面存在大量腐蚀坑,断线后会迅速摩擦、切割封网绳,容易造成封网绳断裂失效。

综上所述,目前针对腐蚀架空地线张力更换过程中所采取的断线防护措施均具有一定局限性。文中针对腐蚀架空地线跨越更换断线事故,分析封网绳断裂失效原因,并设计一种跨越防护装置。

1 封网绳断裂失效原因分析

架空地线发生断线事故后,由于断开处张力消失,架空地线一方面会顺着放线滑车向断开处两侧回抽,其回抽速度随着时间的累积将不断增大;另一方面将在自身重力的作用下发生下坠[16],当架空地线坠落至跨越档内架设的封网绳后,架空地线将与封网绳发生剧烈摩擦、切割。通常,新架空地线表面较为光滑平整,即使在张力更换过程中发生断线,并与封网绳摩擦、切割,也难以造成封网绳断裂失效,但是腐蚀架空地线表面存在大量凹凸不平的腐蚀坑,如图1所示。

图1 腐蚀架空地线表面腐蚀坑

在快速摩擦、切割的过程中极易造成封网绳断裂失效。以某500 kV输电线路GJ-70腐蚀架空地线张力更换断线为例,腐蚀架空地线断线后回抽,割断了某跨越档内布置的全部10根封网绳。由此可见,腐蚀架空地线断线后的摩擦、切割作用具有极大危害。

2 防护装置设计与试验

2.1 装置组成

防护装置结构如图2所示,其主要由2个底座、4个轴向布置的滑轮、4组固定座、锁紧销及吊环组成。底座上布置的固定座用于固定滑轮及与其配套使用的轴承、轮轴;4个滑轮组成装置的滑动系统,在张力更换过程中实现腐蚀架空地线的滑动传输;锁紧销用于连接锁紧2个底座,形成闭合结构;吊环与绝缘迪尼玛绳搭配使用,对防护装置进行固定。

图2 防护装置结构

2.2 防护原理

腐蚀架空地线张力更换前,先在跨越档内完成封网绳布置,然后将待更换的架空地线套于防护装置内部,并通过锁紧销锁紧装置。现场选择足够强度和长度的绝缘迪尼玛绳,一端与防护装置的吊环连接,另一端与跨越档杆塔导线连接。在张力更换的过程中,绝缘迪尼玛绳和防护装置构成的整体不影响架空地线的牵引滑行,还可辅助限制架空地线的活动范围,降低牵引过程中架空地线因弛度过低导致的与被跨越设施电气安全距离不足的风险。架空地线一旦发生断线坠落,防护装置与绝缘迪尼玛绳构成的整体可承载架空地线断落的冲击荷载,并且通过防护装置滑动系统对断落的架空地线进行传输,避免架空地线直接冲击,不断摩擦、切割封网绳,从而有效保障被跨越设施的安全。

加装防护装置后,腐蚀架空地线断线后状态模拟如图3所示,红色线条为腐蚀架空地线,封网绳上方的圆形结构为防护装置,其通过绝缘迪尼玛绳与杆塔上子导线连接,断裂的腐蚀架空地线由于受到防护装置的支撑和滑动传输作用,不会触碰、切割下方的封网绳及被跨越设施。

图3 腐蚀架空地线断线后状态模拟

该装置防护原理不同于防跑线装置,因此不会对杆塔和牵引绳造成冲击,不存在二次断线的风险。防护装置具有结构简单、安装使用方便、适用性强的特点,在防护成本、施工工期、现场使用便利性等方面均要优于跨越架工程,同时有效弥补了断线后封网绳遭受摩擦、切割易发生断裂的不足。

2.3 装置荷载试验

为验证防护装置的安全性,对其开展荷载试验,如图4所示。

图4 载荷试验

使用静荷拉力测试机,一端连接装置吊环,另一端连接装置滑轮, 对装置施加静负荷, 试验前各部件均未发生变形、损坏。当防护装置滑轮材质采用尼龙滑轮时,施加20.69 kN及40.56 kN的荷载,持续时间为100 s,装置均未发生变形、损坏,当施加负荷增至50.75 kN,持续时间100 s后,停止试验,取下装置后发现轴承发生轻微弯曲变形,其他部件无变形、损坏,如图5所示,试验荷载曲线如图6所示。

图5 试验后装置(尼龙滑轮)

图6 装置试验荷载曲线(尼龙滑轮)

当防护装置滑轮材质采用铁滑轮时,施加50.76 kN及70.46 kN的荷载,持续时间为100 s,防护装置均未发生变形、损坏,继续施加负荷至94.24 kN时,装置吊环被拉断,其他部件无变形、损坏,如图7所示,试验荷载曲线如图8所示,试验数据见表1。防护装置材质可根据现场荷载情况进行选取,为提高作业安全系数及便利性,通常选取轻便的高强度材料。

表1 防护装置试验数据

图7 试验后装置(铁滑轮)

图8 装置试验荷载曲线(铁滑轮)

3 防护装置现场使用步骤及注意事项

3.1 现场使用步骤

防护装置现场主要使用步骤如下:

1)地面作业人员先在地面将绝缘迪尼玛绳一端与防护装置的吊环进行可靠连接,随后传递给高空作业人员,为提高作业效率,高空作业人员宜由两人组成,一人在地线挂点处开展作业,另一人在跨越档内的导线上开展作业。

2)地线挂点作业人员将腐蚀架空地线套在防护装置内部,并将锁紧销锁紧。

3)导线作业人员手持绝缘迪尼玛绳另一端,将防护装置拖至跨越点上方,然后将绝缘迪尼玛绳与导线进行可靠连接。

4)拆除时顺序相反。

3.2 注意事项

1)防护装置材质及搭配使用的绝缘迪尼玛绳强度应根据现场荷载情况进行选择,防护装置宜采用高强度材料,绝缘迪尼玛绳直径不应小于封网绳直径。

2)作业开始前应确认导、地线均已可靠接地,避免被线路感应电伤害。

3)安装多个防护装置时,应在导线上选择合适的安装间距,避免张力更换过程中装置和绝缘迪尼玛绳出现干涉、打搅。

4)张力更换前应重点检查绝缘迪尼玛绳与防护装置吊环、导线连接是否安全可靠,避免施工时出现滑脱、松动。

4 防护装置现场应用案例

防护装置在±500 kV天广直流线1291—1292号跨越高铁开展腐蚀架空地线夜间更换施工中进行现场应用,如图9所示。

图9 现场应用案例

通过现场应用证明,装置的滑动系统可以确保腐蚀架空地线在更换过程中顺利牵引滑行,辅助限制架空地线的活动范围,并且明显降低了封网绳遭受摩擦、切割断裂的风险,保障了张力更换过程中被跨越物的安全。

5 结 语

针对腐蚀架空地线跨越张力更换发生断裂,回抽坠落后摩擦、切割封网绳易造成封网绳断裂失效、被跨越设施受损问题,分析了封网绳断裂失效原因,设计了一种跨越防护装置。该防护装置可在腐蚀架空地线发生断线后承载其断落冲击荷载,并通过滑动系统对其进行传输,可有效避免封网绳直接遭受摩擦、切割而发生断裂,从而保障被跨越设施的安全。

经实际工程验证,该装置可满足现场使用需求,且防护装置安装数量越多,防护效果愈加明显。设计的跨越防护装置,为断线防护提供了一种可行的方案。