500 kV四联耐张绝缘子串首末片绝缘子更换工具的研制

言大伟，汪勇军，齐辉

（国网浙江省电力公司杭州供电公司，杭州310009）

500 kV四联耐张绝缘子串首末片绝缘子更换工具的研制

言大伟，汪勇军，齐辉

（国网浙江省电力公司杭州供电公司，杭州310009）

四联耐张绝缘子串是杭州地区500 kV输电线路中采用较多的一种形式，其首末片绝缘子更换时，由于一侧连接二联板，造成闭式卡具难以使用；整串更换四联耐张绝缘子串难度较大，工器具要求高。通过研制新式更换工具并制定高效作业方案，实现非整串更换500 kV线路四联耐张绝缘子串首末片绝缘子，解决了长期困扰输电线路检修工作的难题。

500 kV；四联耐张绝缘子串；首末片绝缘子；更换工具

0 引言

受早期设计水平、设备制造能力的限制，杭州地区500 kV输电线路耐张塔普遍采用四联绝缘子串形式。该型绝缘子串结构复杂，四分裂导线组合张力大，整串更换绝缘子时存在作业时间长、劳动强度大的问题[1]。闭式卡具能非整串更换除首末片（一侧连接二联板与绝缘子相连的连接金具）外的任意绝缘子，但承受分布电压较高、易造成绝缘缺陷的首末片绝缘子却无法更换，只能采用整串更换的作业方法。此外，由于500 kV主干电网高供电可靠性的要求，必须缩短更换设备引起的计划停运时间，或尽可能采用带电作业方式[2，3]。因此，有必要开发研制安全、轻巧、可靠的更换工具，制定高效的作业方案，用于更换四联耐张绝缘子串首末片绝缘子。

1 传统的更换作业方法

1.1 四联耐张绝缘子串结构特点

四联耐张绝缘子串由4串160 kN（16 t）级悬式绝缘子及连接金具组成[4]：单侧上下2根子导线通过耐张线夹、U型挂环、调整板、直角挂板、二联板、平行挂板与上下2串绝缘子相连，再由上下2串绝缘子通过二联板、平行挂板、牵引板、U形挂环固定在横担上；单侧双串绝缘子通过支撑架构成方框状的四联串结构形式，如图1所示。早期超高压500 kV线路的机电荷载由该型绝缘子串承担，收紧单根子导线的张力达3～5 t。

1.2 传统作业方法存在的问题

更换单片绝缘子只需紧线装置转移其承受的机电荷载即可，这是闭式卡具握着所换绝缘子两端、收紧丝杠更换的原理，可大大减少整串更换时的过牵引长度。而首末片绝缘子的其中一侧连接二联板，因现有闭式卡具未考虑与二联板的固定方式，因而无法直接更换首末片绝缘子，导致每次出现首末片绝缘子劣化时都必须整串更换，大大增加了劳动强度。

整串更换的主要问题有：

（1）收紧距离过长。同时收紧单侧上下2根子导线至单侧上下2串绝缘子达到脱离金具的松弛状态，需收紧100～150 mm；安装新的绝缘子串时由于其自重较大且横担端高于导线端，易引起绝缘子串下滑，还要再收紧50～100 mm。因此，收紧距离总长会达到200 mm以上，引起导线水平张力大大增加[5]。如试验线路（沥富5921线）子导线收紧后张力增加30%～40%（通过沥富5921线典型参数如代表档距、耐张段长度以及弧垂等输入导线张力计算软件获得），用于收紧导线的承力工具需考虑收紧后的导线张力进行规格选择，且过大的收紧距离会引起子导线张力不均衡和间隔棒错位后扭曲变形，因此需提前拆除档距内的所有间隔棒。

（2）作业效率过低。整串更换前要拆除屏蔽环、支撑架和间隔棒，更换后再复位。将更换绝缘子所在侧联板的2串绝缘子降至地面，更换后再升高至原位置组装，整串更换的操作时间约为4 h（考虑操作人员一般熟练程度），且存在以下问题：收紧距离长且要注意同步，费时费力；拆除并复位附件以及整串绝缘子的复杂操作对单片绝缘子更换都是无用功。

（3）劳动强度过大。四联耐张绝缘子串每串长约5 m，重约300 kg，需要的托瓶架自重和尺寸都较大，造成操作人员安装使用困难。操作所用的4副手扳葫芦和紧线器集中布置在装置两侧，造成操作人员作业空间狭小。收紧距离过长且要兼顾4副手扳葫芦的均匀受力，使操作复杂程度增加。过长的操作时间容易导致操作人员疲劳，造成安全意识松懈。

传统作业方法效率低、劳动强度大，进而影响安全系数，因此较少采用，导致四联耐张绝缘子串的首末片缺陷绝缘子不能及时更换，从而影响了500 kV线路供电可靠性。因此，需要设计一套简便快捷的作业工具，将首末片绝缘子一侧的联板作为受力点，简化装置并减少工作量。

图1 500 kV四联耐张绝缘子串结构

2 新的作业工具

2.1 现有工具思考

大刀卡是输电线路现有检修作业中的专用联板卡具，如图2所示，其收紧绝缘子时会在F方向产生分力，造成打滑。改良后的设计如图3所示，虽能解决卡具受力稳定性问题，但增加了卡具重量。而且现有工具不管是否改良，大刀卡单端与闭式卡具双端的连接方式仍无法解决。

图2 大刀卡使用易打滑的缺陷

图3 解决大刀卡受力稳定性的改进

2.2 新工具的研制

通过思考与探索，发现卡体可以借鉴大刀卡稳定性改造方式，端部可借鉴翼型卡型式由双端与闭式卡具连接。因此，研制了可分离式新卡具，由卡体和机翼状的双端连接体两部分组成。

2.2.1 屈臂状的卡体

卡体设计如图4所示，纵向贯通的卡槽能够包在平行挂板与二联板连接的圆形端头处，屈臂状设计以及圆弧形[6]的卡槽有利于均匀承受荷载，有效消除受力薄弱点。端部设置螺孔，用拆卸方便且强度高的扁头螺钉将卡具可靠地固定在联板上。主体通过底部的4个螺孔连接翼型板。

图4 卡体设计

2.2.2 机翼状的双端连接体（翼型板）

翼型板设计如图5所示，其长度与现有闭式卡具相匹配，两端各设置1个贯穿的螺孔，通过螺栓连接丝杠和闭式卡具。为了增强翼型板对主体的抗弯、抗剪切性，一体化设计时在水平板前后增加了竖直支撑板，同时在保证强度的前提下合理减重，包括水平板与支撑板从中间向端部宽度缩小（类似机翼），以及在前后支撑板间采用镂空设计。

图5 翼型板设计

2.2.3 选材及制造

考虑高空携带操作的便捷性，选用强度高、重量轻的LC4铝合金作为主材，对成品进行机械强度校验（1.25倍额定载荷，持续10 min），确保无损伤、无可视变形，满足规程对安全使用的要求[7]。新工具成品如图6所示。

3 新的作业方案

新的作业方案以待换绝缘子为中心，一侧联板固定新式卡具，一侧间隔1片绝缘子固定闭式卡具，两者通过丝杠连接，使用状态如图7所示。

新方案将传统整串更换耐张绝缘子串时锚线与张力转移合二为一的方式改为独立方式。先用联板两侧手扳葫芦锚紧导线至待换绝缘子所在串放松，进而用新卡具-丝杠-闭式卡具的成套装置使待换绝缘子完全松弛，从而达到更换绝缘子的目的。操作时一旦发现绝缘子串出现松弛迹象，即可摇动丝杠转动扳手收紧两侧卡具至受力均匀；至待换绝缘子取出空间足够，即可拔掉钢帽与连接金具球头间、钢脚与第二片绝缘子钢帽间的锁紧销，用新绝缘子替换；替换结束后，摇松丝杠，放松链条葫芦，将荷载重新转移到耐张绝缘子串上。

图6 新卡具成品

图7 新方案成套工具使用状态

4 新工具及方案的优点

（1）采用手扳葫芦略微放松绝缘子串后，应用新的成套工具更换首末片绝缘子，收紧距离与整串更换相比几乎可以忽略不计。与整串更换时因收紧距离增大导致导线张力增加的程度相比，新工具方案整套装置承受导线张力的增加几乎为零，既提高了操作的安全性，又可在保证安全裕度的情况下选择一般规格的承力工具。

（2）为了成功更换首末片绝缘子，收紧丝杠只转移新卡具与闭式卡具间2～3片绝缘子的荷载，对应的操作步骤都是有作用的，大大提高了工作效率，作业时间只需约1 h，较原作业方案明显缩短[8]。

（3）不需安装、使用自重和尺寸都较大的托瓶架，取而代之的是轻便成套工具。由于收紧距离较小，只需要在所换绝缘子两侧布置手扳葫芦，与整串更换需布置4副手扳葫芦相比数量减半，大大简化了工器具布置。

（4）与停电作业相比，带电作业只需用绝缘锚线杆取代手扳葫芦，并将成套装置在地面组装好后用绝缘绳传递至塔上进行更换操作。由于新工具及方案可高效便捷地更换缺陷绝缘子，能较好地适应带电作业的要求，操作人员作业时容易保持安全距离和组合间隙距离。

5 结语

（1）采用新工具对500 kV四联耐张绝缘子串进行首末片绝缘子更换，导线过牵引距离小，施工简便，安全可靠。

（2）新卡具解决了所换绝缘子一侧为联板的固定问题，采用分离式设计，拆装方便，可适应不同型号联板，通用性强；与丝杠、闭式卡具组合可成功更换担序或线序第一片绝缘子；在满足《电力安全工作规程》要求的组合间隙条件下，可以带电更换四联耐张串首末片绝缘子。

（3）使用整套工具及作业方案，制定相应的作业指导书，满足国家标准和行业标准的各项安全要求，有效缩短了更换四联耐张串首末片绝缘子的时间，提高了工作效率和线路的可靠性，为企业赢得了经济效益和社会效益。

[1]邢军，张云飞，王俊，等．500kV四联耐张绝缘子双串整体法带电更换工具[C]．中国电机工程学会年会论文集, 2008．

[2]DL/T 741-2001架空送电线路运行规程[S]．北京：中国电力出版社，2001．

[3]国家电网公司．架空输电线路管理规范[M]．北京∶中国电力出版社,2006．

[4]孙鑫茂，刘新平，谢小松．带电更换500 kV线路四联耐张串绝缘子[J]．上海电力，2007（2）∶207-208．

[5]孙鑫茂，刘新平，谢小松．带电更换500 kV线路四联耐张串绝缘子[J]．华东电力，2007，35（6）∶70-72．

[6]张四国，齐延平，何玉宝．单跨复合圬工圆弧拱受力特性分析研究[J]．城市道桥与防洪，2013（6）∶238-243．

[7]DL/T 596-1996电力设备预防性试验规程[S]．北京：中国电力出版社，1996．

[8]赵志修．改进的翼型卡具在配电网带电作业中的应用[J]．浙江电力，2013，32（11）∶63-65．

（本文编辑：徐晗）

Development of Tools for Head and End Pieces of Strain Fourfold Insulator Strings on 500 kV Lines

YAN Dawei，WANG Yongjun，QI Hui
（State Grid Hangzhou Power Supply Company，Hangzhou 310009，China）

The strain fourfold insulator strings are widely used in 500 kV lines in Hangzhou.The closed fixtures cannot be used for replacement of the head and end pieces of strain fourfold insulator strings due to connection with two-joint boards at one side.However，it is rather difficult to replace the whole strain fourfold insulator strings and there are higher requirements on tools and implements.By development of new tools and efficient replacement program，replacement of the head and end pieces of strain fourfold insulator strings other than the whole strings is implemented.Therefore，difficulties that exist long in transmission line maintenance are eliminated.

500 kV；strain fourfold insulator strings；the head and end insulator；replacement tools

TM752+.2

：B

：1007-1881（2014）12-0069-04

2014-08-28

言大伟（1987-），男，浙江杭州人，输电线路高级工，从事输电线路运行检修维护工作。