基于金具连接的通用特高压V串更换承力工具研究设计

李荣超　徐旺　赵杰　田靖

[摘 要]本文通过对交流特高压输电线路中相V串绝缘子连接结构的研究分析，提出了承力工具的制作思路，采用特殊的固定及连接方式，基于绝缘子金具的通用工具的设计方案，针对性地解决了中相V串绝缘子整串更换的难题。

[关键词]交流特高压 V串 金具 通用 承力

中图分类号：TP9I 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）04-0350-02

[Abstract]This article puts forward the idea of making the bearing tools， which have special mode in fixing and connecting， through the research of the structure of "V" type string in the UHV transmission lines. This proposal is based on the general utility tool of the insulator hardware ，solving the problem of replacing the whole "V" type string.

[Key words]AC UHV；"V" type string；fittings；force bearing tool

引言

1000kV交流特高压试验示范输电线路南荆I线运行已超过6年，各项检修工作所需要的工器具研制还未全部完成。由于特高压线路相较于500kV线路级别，其线路元件显著增大、承力工器具的吨位级别明显提高，相应的铁塔结构承力方面也有不同的特点。如果沿用原有思路，则可能出现检修工具笨重，甚至无法完成检修工作。

特高压交流线路，直路塔中相普遍采用了V形串的绝缘子挂线。相应的绝缘子串的更换工作，在500kV线路中也是技术要求较高的检修项目。由于特高压线路绝缘子长度增加巨大，绝缘子吨位增大，自重明显增大，导线为500mm2八分裂结构，垂直档距普遍在500m左右，铁塔绝缘子挂点、导线端联板等均不同于500kV线路，需要针对性的研究，才能研制做出通用性好的检修工器具。

1 交流特高压中相V形绝缘子串结构分析

交流特高压输电线路南荆I线，直路塔中相挂线绝缘子除特殊地形外，均采用V形绝缘子串结构，根据地形、负荷大小等，采用了不同吨位级别的单串或双串形式，导线侧则使用半月形联板连接另一联板挂接8根导线。塔身侧采用U型螺栓+调整版+金具与绝缘子串相连接。图1是塔身侧和导线侧的实物照片。

经过查阅图纸及实际调查，塔身侧的结构根据塔型不同也稍有不同，挂点两侧均没有设置检修用预留孔。挂点为耳轴挂板，挂点连接的塔材为∠160x14背靠背设计，两材间间隙很小，给布置检修承力工具带来较大困难。

在铁塔结构方面，中相横担的中间下平面前后两侧均布置了施工用孔，方便在放线时悬挂放线滑车。且导线上方至该施工孔为空气间隙，特别适合布置带电作业用绝缘工具，如软质绝缘拉棒。

直路塔中相V形串结构主要有单串、双串两种型式，其中包含直路小转角塔。在导线悬挂联板方面，有多种形式，吨位从16吨到42吨共4个级别，相应的金具吨位分别配套。其中16吨、21吨金具安装型式尺寸相同。金具结构根据塔型不同稍有区别，特别是小转角塔的区别较大，但连接导线的结构形式基本相同。连接双串的均为一块半月形联板，且联板中间的上边均预留有承力孔，这为整串更换工具的设计提供了方便。小转角塔均为双串绝缘子的结构，导线侧通过一个三角形联板与半月形联板相连。图2是典型的V形绝缘子串的金具连接图。

2 中相V形绝缘子串承力分析

利用导线机械力学理论进行计算，结合设计资料，可以得出：南荆I线交流特高压输电线路使用8x500分裂导线结构，按平均的垂直档距计算，单相垂直荷载约为6吨，考虑一定的余度系数，根据该线路普遍使用的承力工具额定荷载级别，按照8吨进行规约及相关力学计算是合理的，可以接受的。

V串的夹角接近90度，根据分力计算结果，V串受力为8/2/1.414=2.82，取整为3吨。但是根据有关安全工具的要求，考虑单边承受整个单相导线垂直荷载，所有工器具仍按照8吨进行设计。

3 中相V形绝缘子串更换承力工具设计思路

中相V串绝缘子整串更换，既要考虑不同的铁塔与金具结构，也要考虑不同作业方式，综合进行设计考虑，达到安全高效及通用的目的。

单串结构，如果在绝缘子串塔身挂点处布置承力工具，则需要两侧对称布置，不仅塔身侧没有施工孔可用存在较大困难，并需要2套承力工具及8分裂导线提线器，由于是倾斜方向提升，上没有对应的提线器可用。另外由于绝缘子存在较大悬挂角度，绝缘子串很长自重很大，工具多、重，劳动强度大，不利于安全作业。

带电作业方式下，如果在V串附近布置绝缘及承力工具，则因V串距离塔身较近，加上作人员工作时短接空气间隙，有效组合间隙明显减小甚至存在不足，是不安全的作业方式，因此不能考虑这种工具设计思路。比较可行的是，在导线半月形联板与中相导线上方塔身横担施工孔间布置检修承力工具最为可靠和安全高效。停电作业方式下则无此限制，如果能够做到减少工具、提高效率，则可以单独研制一套承力工具，靠近V形绝缘子串布置。

单串结构，在线路上使用较少。通过调查及了解施工工艺，中相导线上方的横担塔身侧施工孔和导线侧半月形联板上边的预留孔可作为承力工具的连接部位。由于塔身侧的施工孔在受力时，设计为双侧受力，因此承力工具需要2套对称布置，塔身侧通过卡环与施工孔连接，导线侧则需要一个具备双横臂的构件与半月形联板预留孔连接，承力工具则与双横臂两端的挂孔相连。因此，仅需要设计制作双横臂卡，借用已有的类似工具结构，也可命名为翼型卡，其结构相对简单，制作加工难度不大，但需要较好的承力特性和较轻自身重量，钛合金是优先考虑的制作材料。

双串结构，在以往500kV线路中有一种利用杠杆原理进行提升导线的大刀卡相对简单，只需要单套承力。在特高压线路中，由于塔身挂点处无法布置、连接承力工具，且倾斜的绝缘子串较长、自重较大，提升效率低下，在大刀卡的允许行程收紧后也无法取下绝缘子连接金具，因此不采用此种方法。如果能够在双串中间布置承力工具，则仅需要一套，且提升的点为导线悬挂最高点，提升效率最高。需要考虑的，是如何在塔身侧、导线侧连接承力工具。

小转角塔的绝缘子串均为双串，与普通双串结构相同，不同的仅是半月形联板不一样。因此双串结构比较适合停电作业方式，能够适用于绝大部分直路铁塔（除单串结构外）。在双串中间布置承力工具一套，承力工具与塔身的连接，需要借用连塔金具作为根据，可行的是与调整版的最远端孔进行连接。由于2个调整板间距600mm，一套工具与它们相连需要通过一块三角形联板进行连接，塔身侧的连接需要研制的就是这块三角形联板，每个角都有一个承力孔。导线侧，考虑制作一个双Y形卡对导线侧三角联板进行夹固，一端与承力工具连接即可。同样的，制作材料优先考虑钛合金材料。

因此更换V绝缘子串承力工具设计制作思路就是：采用钛合金材料，分带电作业（含单串停电作业方式）、停电作业方式（双串结构形式），分别在不同的空间路径进行承力工具连接结构件设计。

4 整套承力工具设计结果与总结

根据以上的思路，结合优化计算结果，最终设计结果如图3，左侧是单串及带电作业方式下的承力工具布置示意图，右侧是双串停电方式下的承力工具布置示意图。

单串及带电作业方式下：仅需要设计导线侧与半月形联板预留孔连接的翼型卡即可。需要考虑的也只是预留孔及半月形连板的厚度，即按最大吨位级别的半月形连板厚度考虑连接槽开口尺寸，预留孔的孔径是一致的，均为φ32，翼型卡两端连接孔考虑按8吨工具通用考虑即可。

双串停电检修方式下：塔身侧承力工具安装点，采用在双侧调整板上进行固定布置，中间的承力采用三角形板式结构，该联板与调整板间的连接，采用类似直角挂板的形式，需要考虑不同调整板厚度，即按照最大吨位（42吨级别）调整板的厚度考虑开口尺寸，同时考虑调整板最远端连接孔的边距尺寸，设计开口深度；按照最小吨位（16吨级别）调整板的调整孔设计连接承力螺栓。导线侧的双Y形卡设计，则按照最大、最小吨位对应的三角联板厚度，考虑螺栓长度，确保夹紧三角联板。Y形的叉口开口尺寸，则需要考虑最大吨位的U型螺栓（即U84S）能够卡入并适当留有余地，避免金具尺寸误差引起不能卡入、贴紧。

此种设计，因为承力结构件是固定于通用的金具上，与塔身结构无关，适用于直路塔中相V形绝缘子串的整串更换工作的两种情况，成立结构件的连接均考虑了不同吨位级别的差异，在保证安全、轻便、高效的前提下，实现了很好的的通用性，设计思想及制作方法值得在类线路中推广。

参考文献

[1] 1000kV南荆I线竣工图纸，2009

[2] 郑州市电业局，输电线路运行及检修，中国电力出版社

作者简介

李荣超（1966年——），男、湖北枣阳人、毕业于华中科技大学电机专业、工学学士学位；高级工程师、供职于国网湖北省电力公司检修公司鄂西北运维分部，从事超特高压输电线路运维工作。联系电话： 07103326208手机 13508666556，Email：13508666556@139.com