带电作业绝缘转位滑梯的研制

龙洋，陈坚平，何龙飞

(国网湖南省电力公司带电作业中心，湖南长沙410076)

带电作业绝缘转位滑梯的研制

龙洋，陈坚平，何龙飞

(国网湖南省电力公司带电作业中心，湖南长沙410076)

本文介绍了输电线路带电作业现状中绝缘平梯使用的局限性以及研制绝缘转位滑梯的必要性。通过绝缘转位滑梯研制，对其进行结构设计、受力分析、试验测试，并最终得以成功应用。该装置的研制解决了绝缘平梯拆装繁琐、安全距离和组合间隙难以保持稳定的问题，减少了作业人员劳动强度，提高了作业的安全性。

绝缘转位滑梯；带电作业；结构设计；受力分析；输电线路

绝缘平梯是带电作业一种常用的工具〔1〕，因其操作简单、适用范围广等特点而被广泛应用，但作业人员普遍认为带电作业常用的绝缘平梯存在较大的安全风险。因此，研制带电作业绝缘转位滑梯以保证人员安全、降低作业风险是十分必要的。

1 带电作业绝缘平梯现状调查

1.1 安全距离及组合间隙

安全距离是带电作业人员的一道安全屏障，是带电作业人员必须遵守不可逾越的红线〔2〕。保证足够的安全距离和组合间隙是绝缘梯设计需考虑的关键因素。

以220 kV输电线路带电作业为例，带电作业时人身与带电体的安全距离需达到1.8 m及以上〔3〕，等电位作业人员沿绝缘梯进入强电场时，其与接地体和带电体两部分所组成的组合间隙不允许小于2.1 m。

1.2 现状调查

绝缘平梯是组装在杆(塔)上与地面基本保持水平的一种绝缘梯〔4〕，经过大量带电作业现场调查，发现现有绝缘平梯在使用过程中存在如下问题:

1)现有绝缘平梯在杆塔上均采取用绝缘绳索捆绑进行起吊和固定，此方法繁琐、费力、耗时，且固定困难，安全距离难以保证。如图1所示。

图1 现有绝缘平梯起吊和固定示意图

2)等电位作业人员沿绝缘平梯进出电场时，作业人员在移动过程中身体前后晃动，手部与身体支开形成短接，使得安全距离和组合间隙难以保持稳定，增大了带电作业转位的安全风险。如图2所示。

图2 作业人员进出电场示意图

3)作业人员采用现有绝缘平梯进出电场都是依靠作业人员本身体力，手脚并用，手撑前移，速度慢，体力消耗大〔5〕。如图2所示。

2 新型带电作业绝缘转位滑梯的研制

2.1 结构设计

2.1.1 整体结构设计

带电作业绝缘转位滑梯的整体设计要求符合带电作业工具的设计要求。整体结构遵从工具简单化、通用化、人性化的特点〔6－7〕，如图3所示。

图3 整体结构设计

2.1.2 后端固定座

带电作业绝缘转位滑梯后端装设了固定座，可以将固定座直接固定在横担塔材上，减少了绝缘绳索绑扎的工序，便于安装和拆除，节省了作业时间。如图4所示。

图4 后端固定座

2.1.3 梯头滑轮

带电作业绝缘转位滑梯前端安装了滑轮代替吊物滑轮，用于安装绝缘传递绳，简化了带电作业工器具组装工序，节省了梯头空间。如图5所示。

图5 梯头滑轮

2.1.4 滑梯座椅

带电作业绝缘转位滑梯装有滑梯座椅，改变了原来手脚并用前移进出电场的作业方式，减小了人体短接的长度，使得进入电场的组合间隙有了保障。绝缘绳索穿过滑梯座椅上的挂钩，转位过程中，作业人员手握座椅扶手，通过地面拉动绝缘绳索控制滑梯座椅进出强电场，使得作业过程省力且安全稳定。如图6所示。

图6 滑梯座椅

2.2 受力分析

绝缘转位滑梯增加了座椅的重量，梯子整体受到的弯矩增大，同时后端固定座的连接也成为薄弱点，需要经理论分析验证其安全性。

2.2.1 弯矩强度计算

绝缘转位滑梯有作业人员在梯头作业与过梯子过程中2种受力状态，即同时受到横向力和轴向力的作用，但横向力仍为主要受力〔8〕。梯子由此受到较大弯矩，为受力薄弱点，。现以220 kV绝缘转位滑梯为例进行受力分析:

设梯子本身(包括滑梯座椅)重G1＝150 N，梯子长为L＝4.5 m，在计算弯矩时按均布荷重考虑，即:

最大弯矩计算由弯矩受力图得出，如图7所示。

图7 弯矩计算受力分析图

截取梁固定座一侧长为x，取反时针为正，

作业人员在梯子中间时受力状态比在另一端时更加大，梯子的强度和稳定性将以此种状态为准。作业人员重量在计算时按集中荷重考虑，连同工具材料的总重量设为G2＝1 000 N，则弯矩

绝缘梯使用绝缘的环氧玻璃钢材料制成，分为空心管和泡沫填充管〔9〕，现以更为常用的空心管(3240环氧酚醛玻璃丝布层压制品)为例，其极限应力:

安全系数取3，即K＝3，则

3240环氧酚醛玻璃丝布层选取80 mm×10 mm板材压制可得:

抗弯截面系数:

强度验算:

因此绝缘转位滑梯弯矩薄弱点强度满足要求。

2.2.2 固定座连接螺帽受力分析

绝缘转位滑梯固定后由于导线与横担塔材高度不一致存在有一定倾角，后端固定座的连接处在微倾时受到较大剪切力〔10〕成为受力薄弱点，需要加以计算验证安全。倾角受力简图如图8所示。

图8 倾角受力简图

分析对象为连接处螺栓1，2，其材料型号为常用标准连接螺栓M16，性能为4.6(公称抗拉强度400 MPa，屈强比值0.6)，受力为F，梯子及人员重量G视为集中荷重。梯子受力分析图如图9所示。

图9 梯子受力分析图

由于梯子整体静力平衡，水平力合力以及垂直合力为0，选取梯子中点为力矩中心，由力矩平衡可得:

得到

α取90°时，

螺栓1，2剪切力均为F，因此可算得剪切应力:

对于一般钢材，材料许用剪切应力与许用拉应力有如下关系:

塑性材料τ[]＝0.6－0.8 b[]；

脆性材料τ[]＝0.8－1.0 b[]。

取τ[]＝0.8 b[]＝320 MPa≪τb

因此绝缘转位滑梯螺栓薄弱点剪切强度满足要求。

2.3 工具试验

带电作业220 kV绝缘转位滑梯(额定负荷1 000 N)机械、电气性能直接威胁到作业人员、设备的安全〔11〕。按规定需要通过以下试验检测合格才能使用:

1)静荷载试验:额定负荷1 000 N的绝缘转位滑梯在负荷1 200 N下持续5 min无变形、无损伤为合格；

2)动荷载试验:在1 000 N负荷下操作3次，动作灵活无卡住现象；已通过电气预防性试验为合格:

3)电气预防性试验〔12〕。

工频耐压440 kV下持续1 min，工具无击穿、无闪络、无过热。

国网湖南省电力公司电力科学研究院试验检测结果表明该工具合格。因此理论分析和试验结果均表明工具的性能满足安全要求。

3 现场应用

2015年4月，国网湖南省电力公司带电作业中心在娄底豹康线＃29实施作业，利用带电作业缘转位滑梯成功完成安装、转位、拆卸等操作，顺利地更换了第5片、第11片自爆绝缘子，修复了线路设备缺陷，保证了电网安全运行。如图10，11所示。

图10 现场应用——后端固定

图11 现场应用——转位

在整个操作过程中使用方便，人员安全距离组合间隙保持稳定，滑梯座椅的设计有效地减少了作业人员劳动强度。

4 结论

1)在带电作业现场调查中发现绝缘平梯在使用中存在较大安全风险，且费时、费力，研制绝缘转位滑梯有效解决了生产实际中的问题。

2)从实际出发，对绝缘转位滑梯进行整体结构设计，解决了工序繁杂，组合间隙无法保证的问题，从而节省人员体力、保证人员安全。

3)对绝缘转位滑梯进行受力分析，并根据相关规定对其进行试验，通过理论分析和试验测试确定其安全性、可靠性。

4)成功应用绝缘转位滑梯进行220 kV输电线路带电作业，效果良好。

〔1〕郝旭东，朱芸，李雪彦，等.220 kV紧凑型线路带电作业的研究与工具开发〔J〕.电力设备，2007，8(8):33-36.

〔2〕王力农，胡毅，邵瑰玮，等.1 000 kV输电线路带电作业安全距离研究〔J〕.高电压技术，2006，32(12):78-82.

〔3〕国家电网公司.国家电网公司电力安全工作规程(线路部分):Q/GDW 1799.2—2013〔S〕.北京:中国电力出版社，2013.

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Study on insulating transposition slide for live working

LONG Yang，CHEN Jianping，HE Longfei
(State Grid Hunan Electric Power Corporation Live Operations Center，Changsha 410076，China)

This paper states the necessity of developing insulating transposition slide and the limitations of insulating flat ladder available for live working on transmission line at current situation.The insulating transposition slide is developed by stress analysis，structural design，testing and finally application，which solves the difficulty of insulating flat ladder’s assembly and disassembly and the problem of maintaining safe distance and combined gap stably，reduces labor intensity and improves operation safety.

insulating transposition slide；live working；structure design；stress analysis；transmission line

TM755

B

1008-0198(2016)01-0021-04

龙洋(1991)，男，湖南长沙人，主要从事高电压技术线路检修与带电作业方面工作。

10.3969/j.issn.1008-0198.2016.01.006

2015-08-25 改回日期:2015-10-21

国家电网湖南省电力公司群众性科研项目(5216AD1500A)

陈坚平(1983)，男，广东台山人，国网公司专家人才(技能)，主要从事带电作业检修。

何龙飞(1988)，男，湖北宜昌人，主要从事带电作业检修。