220kV输电线路引流板带电消缺工具研制

王建军，苏梓铭，吴季浩

（1.上海市电力公司，上海 200122；2.中国电力科学研究院，湖北 武汉 430074）

随着中国电力事业的飞速发展，各电压等级输电线路和用电客户数量迅速增加，线路负荷也大幅度增长。输电线路长期暴露在户外，运行环境复杂，使得线路设备易发生锈蚀、磨损和发热等现象，耐张线夹引流板发热即是输电线路运行中经常发生的问题之一［1-2］。在线路满负荷运行情况下，耐张线夹引流板发热问题尤其突出，如不及时消除，会影响线路正常负荷的输送，严重时会发生熔断引流线的事故。目前各电压等级线路均采取停电作业的方式消除引流板发热故障。在高压输电线路上，由于目前电力系统采用N-1运行稳定模式，即在高压输电线路运行中，同方向运行的N条线路只能有一条线路停电，如果同时出现2条线路停电，就出现了N-2模式，有可能造成电力系统震荡失稳，造成系统解列恶性事故。同时，当有些重要线路出现引流板发热问题时，为了保证其供电，也不能立即停电进行故障消除处理，容易使引流板发热问题恶化导致事故，严重影响了输电线路的安全可靠性［3］。

从以往引流板消缺处理时发现［4-5］，整个消缺处理的时间和过程较短和简单，但为消缺处理而停电做安全措施的设计和实施所引起的变电等相关部门的操作工作量却非常大。耐张线夹引流板带电消缺作业可以通过安全防护工具和带电消缺作业专用工器具，在不影响输电线路正常送电的情况下安全、快速地解决引流板发热缺陷，既提高了消缺作业的反应速度，又降低了安保措施工作量，减少了线路停电次数，从而可以极大提高输电线路的安全可靠性，具有较大的经济和社会效益。

笔者进行220kV输电线路引流板带电消缺作业方法及其工器具研制的研究。针对220kV电压等级输电线路特点，采用理论分析、试验研究和现场应用试验相结合的研究方法，研制引流板带电消缺专用工器具。

1 引流板带电消缺工具工作原理

引流板带电消缺工具通过旁路缺陷引流板，承担通过缺陷引流板的线路负荷电流，为实现带电拆卸耐张线夹引流板和开断跳线支路创造条件［6-8］。在多分裂线路中，引流板带电消缺工具仅需承担单根分裂导线上的负荷电流；在单根线路中，引流板带电消缺工具需要承担线路负荷电流。引流板带电消缺工具工作原理如图1所示，可以看到，引流板消缺工具在对缺陷线夹进行旁路的过程中，主要存在2个关键点［9-10］：

1）引流板消缺工具需要承受单根分裂导线负荷电流，甚至是整条线路的负荷电流，消缺工具应该具有承受大电流的能力；

2）引流板消缺工具需要在两端分别完成与线路导线和线路跳线的接续，接续过程需要由带电作业人员完成，因此引流板消缺工具接续导线部分应该操作安全、方便，并保证接续的可靠性。

图1 引流板消缺工具工作原理示意Figure 1 Work principle of drainage board eliminating defects tools

引流板带电消缺工具主要由带电消缺引流线和带电消缺线夹2个部分构成，分别完成承担线路负荷电流和对线路进行接续的功能。因此，在调研的基础上分别对带电消缺引流线和带电消缺线夹的技术指标进行研究，为带电消缺工具材料和结构形式的确定提供依据。

2 引流板带电消缺工具性能研究

2.1 带电消缺引流线性能研究

1）引流线电气性能指标。

调研230km的220kV输电线路，得到220kV输电线路负荷电流限额统计数据，如表1所示，220kV输电线路常用导线有四分裂、两分裂和单根导线3种情况，其中，220kV电压等级线路上单根引流线负荷电流限额在664～774A之间，特别的，220kV单根导线输电线路负荷电流限额为774A，这说明带电消缺工具引流线需要承受774A的负荷电流，才能够实现在220kV单根导线输电线路上进行引流板带电消缺作业。

2）引流线机械性能指标。

载流导线材料有铝绞线（LJ）、钢芯铝绞线（LGJ）和软质铜绞线（TRJ），这3种材料的载流导线在一定载流量下所需要的截面积如表2所示。

当导线载流量要求小于800A时，铜绞线截面积小于铝绞线和钢芯铝绞线截面积；当导线载流量要求大于1 000A时，3种材料导线截面积相同。由于各电压等级线路上单根引流线负荷电流限额为664～774A，故选取载流量为600～800A的载流导线。考虑到带电消缺用引流导线应该在达到电气性能标准的基础上具备良好的柔韧性，便于携带和安装，将不同载流导线单位长度的电阻和质量参数分别进行比较，如表3所示。

表1 220kV典型输电线路负荷电流限额统计数据Table 1 The quotas of load current on 220kV transmission line

表2 不同载流导线截面积Table 2 The cross-sectional area of different currentcarrying wires

表3 不同载流导线电阻和质量Table 3 The resistances and weights of different current-carrying wires

由表3可知：①从不同载流导线电阻方面考虑，载流量为600A的TRJ-185软质铜绞线单位长度导线电阻仅为0.100 0Ω／km，载流量为800A的TRJ-300软质铜绞线单位长度导线电阻仅为0.059 4Ω／km。因此，软质铜绞线通流性能优于铝绞线和钢芯铝绞线，进一步计算得到1.5mTRJ-185铜绞线电阻为0.150 00mΩ，1.5mTRJ-300铜绞线电阻为0.089 10mΩ。同时，从载流导线的柔韧性方面考虑，选取截面积为185或300mm2的软质铜绞线。②从不同载流导线质量方面考虑，当长度为1.5m时，载流量为600A的各型号导线质量为1.0～2.6kg，载流量为800A的各型号导线质量为1.6～4.4kg。其中，1.5mTRJ-185导线质量为2.6kg，可以方便地携带至作业位置；1.5mTRJ-300导线质量为4.4kg，不便于携带。因此，选取截面积为185mm2的软质铜绞线。

综上所述，引流板带点消缺引流线使用截面积为185mm2的软质铜绞线进行制作，引流线长度为1.5m。采用该技术参数制作的带电消缺引流线载流量为600A，可以满足大多数情况下承担导线负荷电流的任务；如果单根导线负荷电流超过600A，可以使用2套带电消缺工具并联在线夹两端，即采用2根软质铜绞线承担线路的负荷电流。

2.2 带电消缺线夹性能研究

输电线路导线及跳线是引流板带电消缺作业对象，导线型号是研制带电消缺专业工具中接续线夹部件的重要依据，通过调研浙江地区220kV电压等级输电线路导线型号可知：单根导线线路引流线常用截面积分别为400，300，240mm2，两分裂线路引流线常用截面积分别为500，400，300mm2，四分裂线路引流线常用截面积为300mm2。

1）线夹电气性能指标。

带电消缺线夹主要完成与导线、跳线的接续，在电气上要求其能够与各电压等级的导线可靠接续，并且在工作过程中的温升指标符合GB／T 2317.3—2008《电力金具试验方法第3部分：热循环试验》中的相关规定。

2）线夹机械性能指标。

带电消缺工具主要并联在故障线夹两端，通过分担输电线路负荷电流，为带电检修线夹引流板提供条件，因此，带电消缺线夹无需承受线路导线的拉力。在机械性能方面对带电消缺线夹有如下要求。

①质量。由于带电消缺工具由2个带电消缺线夹和1根带电消缺引流线组成，整套消缺工具需要作业人员携带至塔上进行作业，因此，应该对带电消缺线夹的重量进行控制，单个线夹的质量应在3kg以内。

②带电操作方便性。带电消缺线夹应能够方便地进行导线接续操作，其操作过程包括解开线夹螺栓、将线夹与导线接触、上紧线夹螺栓等操作，因此，线夹结构上应能够方便与导线连接，线夹紧固方式上应能够方便操作螺栓进行紧固。

③改装可行性。带电消缺线夹的接续操作是由作业人员在等电位状态下进行的，当线夹接续未完成的时候，等电位人员接触带电消缺线夹可能会分流部分负荷电流，使电流从屏蔽层表面流过，因此，需要对线夹进行改装，加装绝缘手柄，一方面避免人体表面成为负荷电流的通道，另一方面通过手柄的杠杆作用简化线夹的紧固操作。

④通用性。带电消缺线夹应能够完成与400，300，240mm2截面积导线的可靠接续。

综上所述，在电气性能方面，带电消缺线夹应采用铝合金制作，并进行表面处理，线夹与导线连接部位接触面积应尽可能大，从而使得接续电阻和温升要求达到标准的规定；在机械性能方面，带电消缺线夹应具有较轻的质量，在结构上能够方便的与导线连接，在紧固方式上够方便的操作螺栓进行紧固，同时也具备加装手柄的改装条件。

3 引流板带电消缺工具制作

3.1 带电消缺引流线制作

通过对带电消缺引流线技术指标的确定，使用185mm2软质铜绞线制作带电消缺引流线。为了保护软质铜绞线，通常在外套上一层绝缘橡胶，以避免内部铜丝的断裂，在带电消缺引流线的制作中，对是否使用铜绞线外层绝缘橡胶进行对比研究.

在实验室对单根铜绞线施加500A的工频电流，分别测量裸铜绞线和带绝缘橡胶层铜绞线的温度，为制作带电消缺引流线提供技术依据。

裸铜绞线在质量和表面温度方面的性能均优于带绝缘橡胶层铜绞线（长度均为1.5m），但是，裸铜绞线脱离橡胶层保护后会出现缠绕不紧密、容易折断等问题。针对以上问题，对软质铜绞线进行改装，如图2、表4所示，可以看到，针对铜绞线端部铜丝容易折断、中部铜丝容易散开的问题，使用绝缘胶带密绕在裸铜绞线端部以避免连接部位铜丝的折断，使用绝缘胶带缠绕在铜绞线三分点位置以避免多股铜线散开。

图2 改装软质铜绞线Figure 2 Modification of soft copper stranded

表4 铜绞线使用外层绝缘橡胶对比Table 4 Contrast of rubber in the outer insulation

3.2 带电消缺线夹选型

首先，从机械性能的角度对各种型号的线夹进行挑选，以确定带电消缺线夹的最优结构形式，然后，根据带电消缺线夹结构形式进行绘图、锻造、制作，最后，根据工程需要对带电消缺线夹进行改装。

如表5所示，3种类型线夹在重量上均可以满足方便携带的要求，而并沟线夹操作不方便、无法改装且不具备接续导线的通用性，故排除。异型并沟线夹和带电装卸线夹均具有良好的通用性，但是异型并沟线夹在操作方便性和改装可行性方面性能较差，因此，选择带电装卸线夹作为带电消缺线夹的结构类。

表5 各结构类型线夹比较Table 5 Comparison of different cable clamps

3.3 带电消缺线夹参数

基于机械性能选定带电装卸线夹作为带电消缺线夹结构类型，再通过比较不同尺寸线夹的电气性能确定带电消缺线夹参数。

1）线夹与导线接触面积。

根据调研情况，带电消缺线夹应能够完成与500，400，300，240mm2导线的接续，考虑到线夹与导线主要采用非压缩型连接方式，即主要采用拧紧螺栓施加压力进行接续的方式，因此，线夹与导线连接部位接触面积S接触应远大于导线截面积S导线。

根据S接触=1 0 S导线，当S导线为2 4 0，3 0 0，400mm2时，理论计算得出S接触分别为2 400，3 000，4 000mm2，具有较大的跨度。为了提高带电消缺线夹的接续可靠性，参考YZ型带电消缺线夹适用导线截面积范围，拟设带电消缺线夹导线连接部位接触面积为2 400～4 000mm2，可以满足240～400mm2导线接续，因此，确定线夹与导线连接部位接触面积约为3 000mm2。

2）线夹与导线接触部位厚度。

在线夹与导线的接续过程中，线夹太厚，不利于工具与导线的咬合；线夹太薄，接触面积较小，不利于有效接续，因此，应该按照接续导线半径选取带电消缺线夹厚度，即线夹厚度d线夹是导线半径r导线的3倍。对线夹厚度进行计算，如表6所示，居中考虑，确定Ⅰ型线夹厚度为30mm。

表6 Ⅰ型线夹厚度计算Table 6 Thickness calculation of typeⅠclamps mm

3）线夹与导线接触部位半径。

根据公式S接触=2πR接续半径·d线夹，计算线夹与导线接续部位半径R接续半径，线夹与导线接续部位等效半径为15mm。

4）确定带电消缺线夹参数。

通过对带电消缺线夹进行机械性能和电气性能方面的研究和计算，确定带电消缺线夹参数，根据表中参数进行机械制图，如图3、表7所示。

图3 带电消缺线夹CAD制图（单位：mm）Figure 3 The CAD drawings of charged eliminating defects clip（Unit：mm）

表7 带电消缺线夹参数Table 7 Clamps parameters

3.4 带电消缺线夹制作及改装

1）带电消缺线夹制作。使用铝金属制作带电消缺线夹，并且对其进行表面处理，如图4所示。

2）带电消缺线夹改装。改装带电消缺线夹主要分为2个步骤：

①加装绝缘手柄。通过加装绝缘手柄，当作业人员手持线夹与导线接触时，可以确保线路负荷电流不会经由人体表面通过，以保障作业人员安全；同时，绝缘手柄配合带电消缺线夹的钩形结构可以方便的钩住导线，便于进行接续操作；

②对紧固手柄进行改造。通过改造线夹上紧固导线的部位，加装横向紧固手柄，使作业人员在进行带电作业时，能够运用杠杆原理，方便、安全、可靠的完成线夹与导线的接续。

经过改装后的带电消缺线夹如图5所示。

3.5 引流板带电消缺专用工具制作

在不带电的环境下完成带电消缺线夹与软质铜绞线（带电消缺引流线）的拼接，在拼接过程中使用185mm2接续端子，采用液压压紧的方式进行连接，并且使用绝缘胶带缠绕在连接部位，避免钢片隔断铜丝，如图6所示；通过改装带电消缺线夹、连接线夹与引下线等操作，研制出符合带电消缺工具技术参数的带电消缺专用工具，如图7所示。

4 引流板带电消缺工具试验

4.1 带电消缺线夹接续电阻试验

根据标准，对于压缩型金具，如果其电阻值不大于金具等长的参照导线电阻值，则电气性能满足要求；对于非压缩型金具，如果其电阻值不大于与金具等长的参照导线电阻值的1.1倍，则试验通过。带电消缺线夹属于非压缩型金具，因此，其与导线的接续电阻应不大于同等长度导线电阻的1.1倍。

试验设备：大电流发生器、回路电阻测试仪、相应夹具；试验材料：输电线路导线（400，300，240mm2）、带电消缺线夹、带电消缺引流线（185mm2软质铜绞线）。试验布置如图8所示。

图8 带电消缺线夹接续电阻试验示意Figure 8 Resistance test schematic

接续不同截面积导线时，通过计算带电消缺线夹与导线连接部位的接续电阻，与同等截面积导线单位长度电阻进行对比，判别带电消缺线夹接续导线的可靠性。采用新、旧（在接触部位用砂纸磨掉氧化层）导线时接续电阻计算数据如表8所示。

表8 接续电阻计算数据Table 8 Splice resistance calculation

从表8中可以看到，带电消缺线夹与新导线（表面无氧化层）接续时，温升前、后线夹接续电阻均小于1.1倍的同等长度导线电阻，特别的，线夹与240，300mm2导线接续电阻小于同等长度导线电阻，因此，带电消缺线夹能够与表面无氧化层导线进行可靠接续。由于旧导线表面氧化层的存在，接续电阻和导线电阻均比新导线试验中的电阻测量值高。在与旧导线进行接续时，温升前、后线夹接续电阻仍小于1.1倍的同等长度导线电阻，特别的，线夹与240，300mm2导线接续电阻小于同等长度导线电阻，因此，带电消缺线夹能够与经过打磨、表面存在部分氧化层的导线进行可靠接续。

综上所述，Ⅰ和Ⅱ型带电消缺线夹能够可靠接续240，300，400mm2导线。在接续表面氧化层较多的旧导线时，应该首先对导线表面接续部位进行砂纸打磨处理，并涂上导电膏，再进行接续操作，以降低接续电阻。

4.2 带电消缺工具温升试验

接续不同截面积导线时，通过测量带电消缺工具与导线接触面的邻近测量点温度，判别带电消缺工具的载流性能。

试验设备：大电流发生器、相应夹具、热电耦测温仪；试验材料：输电线路导线（400，300，240mm2）、带电消缺线夹、带电消缺引流线（185mm2软质铜绞线）。试验布置如图9所示。

如图10所示，A，B，C，D，E分别为左端线夹附近导线表面温度、左端线夹表面温度、带电消缺引流线表面温度、右端线夹附近导线表面温度、右端线夹表面温度测量点。

图9 引流板消缺工具试验室试用布置Figure 9 Layout of tools trial

图10 温升试验测量点位置Figure 10 Measurement points of temperature rise test

如表9所示，可以看到，在引流板带电消缺工具单独承担负荷电流的温升试验中，当回路电流为300A时，带电消缺线夹表面温度均低于各截面导线表面温度，185mm2带电消缺引流线表面温度稳定在42℃；当回路电流为500A时，带电消缺线夹表面温度均低于各截面导线表面温度，185mm2带电消缺引流线表面温度稳定在62℃。

表9 引流板带电消缺工具温升试验数据Table 9 Data of temperature rise test

结合带电消缺线夹接续电阻测量试验的试验数据分析可知，引流板带电消缺线夹与导线接续部位电阻较小，再加上线夹具有较大的散热面积，因此，线夹表面的温度小于导线表面的温度；引流板带电消缺引流线在截面一定的情况下其表面温度基本稳定，不随接续导线型号发生变化。

综合以上温升试验数据，带电消缺线夹在与导线接续的过程中，其各部位温升（线夹接触面、线夹表面）的温度升高应小于接续导线的温度升高，因此，带电消缺线夹具有承担输电线路负荷电流的能力。

5 结语

笔者对220kV电压等级输电线路引流板带电消缺作业工器具进行了研制，引流板带电消缺专用工器具有如下特点。

1）便于携带。带电消缺线夹和引流线可以在试验室进行组装，消缺工具具有较好的完整性，无需在杆塔上进行拼装；

2）操作方便。带电消缺线夹采用绝缘手柄拧紧操作实现对导线的可靠接续，无需使用扳手拧紧螺栓；

3）操作安全。带电消缺工具经过改装，加装了绝缘手柄和引流线保护层，可以有效阻碍输电线路负荷电流从人体表面通过；

4）通用性强。带电消缺工具独有的紧固方式可以有效接续多种截面积的导线，因此一个型号的带电消缺工具可以使用在多个电压等级的输电线路上，具有良好的通用性。

［1］刘强，周平，朱雪松，等.220kV变电站带电作业的安全间隙试验分析［J］.电力科学与技术学报，2013，28（3）：77-82.LIU Qiang，ZHOU Pin，ZHU Xue-song，et al.Experimental research on safe gap for live working in 220kV substations［J］.Journal of Electric Power Science and Technology，2013，28（3）：77-82.

［2］张华杰，朱丹，曾东，等.500kV线路杆塔引流板带电消缺安全校核［J］.电气技术，2013（2）：86-90.ZHANG Hua-jie，ZHU Dan，ZENG Dong，et al.The security checking for live eliminate defects working on drainage board on 500kV transmission line［J］.Electrical Engineering，2013（2）：86-90.

［3］王震，凌惠民.带负荷检修500kV线路耐张线夹引流板［J］.高电压技术，2005，31（10）：82-83.WANG Zhen，LING Hui-ming.Living maintenance of tension clamp current plate of 500kV line［J］.High Voltage Engineering，2005，31（10）：82-83.

［4］许箴，秦勇明，唐盼，等.35kV线路带电作业安全距离计算与放电特性分析［J］.电力科学与技术学报，2014，29（2）：71-75.XU Zhen，QIN Yong-ming，TANG Pan，et al.Discharge characteristics analysis and minimum approach distance calculation for live working on 35kV line［J］.Journal of Electric Power Science and Technology，2014，29（2）：71-75.

［5］牛永志，屈以军.带负荷检修处理输电线路耐张跳线引流板过热缺陷［J］.安徽电力，2014，31（2）：12-20.NIU Yong-zhi，QU Yi-jun.Living maintenance processing of transmission line tension jumper current plate of overheating defect［J］.Anhui Electric Power，2014，31（2）：12-20.

［6］DL／T 876—2004.带电作业绝缘配合导则［S］.

［7］DL／T 966—2005.送电线路带电作业技术导则［S］.

［8］GB／T 18037—2008.带电作业工具基本要求与设计导则［S］.

［9］胡毅.送变电带电作业技术［M］.北京：中国电力出版社，2004.

［10］胡涛，胡毅，李景禄，等.输电线路带电作业的安全防护［J］.高电压技术，2006，32（5）：22-25.HU Tao，HU Yi，LI Jing-lu，et a1.Safe protection for live working on transmission line［J］.High Voltage Engineering，2006，32（5）：22-25.