带电更换±800 kV特高压直流线路V型单串复合绝缘子的方法及其工器具研发

林政国，武 明，齐 东

（甘肃送变电工程公司，甘肃 兰州 730070）

带电更换±800 kV特高压直流线路V型单串复合绝缘子的方法及其工器具研发

林政国，武 明，齐 东

（甘肃送变电工程公司，甘肃 兰州 730070）

为满足±800 kV特高压直流输电线路带电作业发展的需要，根据海拔较高地区特高压线路杆塔结构尺寸、金具串型式等的特点，参考其他特高压线路带电作业思路,按照复合绝缘子组合安装形式对带电更换V型单串复合绝缘子的技术方法和工器具进行了研究设计。该技术方法及其工器具的研制成功，为全面提升海拔较高地区±800 kV线路带电作业水平打下了坚实的基础。

带电作业;特高压;V型复合绝缘子

0 引言

带电作业是输电线路检修工作的重要内容，也是设备检修的关键技术。甘肃地区的±800 kV特高压直流输电线路杆塔由于海拔高度、结构尺寸、绝缘子串的组装形式等方面与其他地区的特高压直流输电线路有较大不同，加上运行电压和绝缘配合原则的不同，在带电作业的安全防护、操作方法和使用的工器具等方面与其他地区存在较大差异。要安全科学地进行带电作业，必须针对海拔较高地区特高压直流输电线路的技术参数、结构特点等进行作业的绝缘配合、人员的安全防护、操作方法以及使用工器具的专门研究。

1 背景方法及其缺陷

±800 kV天中直流输电线路全线采用双极单回线路架设，左侧为正极，右侧为负极，电压等级±800 kV，输送容量8 000 MW，甘肃段线路长1 350.4 km，共有铁塔2 644基，线路所经地区大部分海拔高度在1 000～2 300 m之间。在海拔1 000 m及以下的地区，带电更换±800 kV特高压直流输电线路V型单串复合绝缘子通常采用六线提线器、绝缘拉棒、液压丝杠以及接头等工器具，从横担前后侧同时联合提线的方式卸去绝缘子荷载，其方法及使用的工器具如图1所示。

图1 提线器法更换单V绝缘子示意图Fig.1 A method for replacing the single V insulator diagram

以甘肃省在运的±800 kV天中线某直线塔V型单串复合绝缘子为例，如图2所示，其使用的复合绝缘子长9.6 m，金具串及复合绝缘子总长为11.805 m，最上层导线与横担施工孔的垂直距离为8.2 m。若采用提线器法带电更换此直线塔V型单串复合绝缘子，2根绝缘拉棒的金属部分长度为0.5 m（每根0.25 m），丝杠（0.6 m）及接头的长度（0.2 m）为0.8 m，最后得出有效绝缘长度为6.9 m。根据《±800 kV直流线路带电作业技术规范》（DL/T 1242—2013）的要求，海拔在1 000 m及以下地区绝缘工器具的最小有效绝缘长度为6.8 m，海拔在1 000～2 000 m地区绝缘工器具的最小有效绝缘长度为7.3 m。显然，在低海拔地区采用提线器法带电更换V型单串复合绝缘子是安全的，对于海拔高度大于1 000 m的地区，利用这种方法带电更换V型单串复合绝缘子时6.9 m的有效绝缘长度远小于规范规定的7.3 m，是不安全的。

图2 天中线某直线塔单V串尺寸示意图（单位：mm）Fig.2 Tianzhong line’s schematic diagram of single V string size of a linear tower

3 带电作业方法设计

3.1 进出等电位的方法

为了降低等电位作业人员进出强电场时的安全风险，提高带电作业的安全可靠性，在选择进入等电位的路径时，一般选用从导线下方或由塔身侧进入等电位的方式。由于±800 kV线路直线塔高度普遍较高，因此，为了减轻作业人员的劳动强度，缩短工作时间，经科学比较后决定以塔上吊篮摆入法进入等电位：在塔上选定进入电位的合适距离,等电位作业人员穿全套屏蔽服，佩戴防护面罩进入吊篮，利用两根轨迹绳控制2-2滑车组的动滑车，地面人员控制2-2滑车组的速度，在重力作用下，通过吊篮将等电位作业人员送入等电位。塔上吊篮摆入法如图3所示。

图3 塔上吊篮摆入法Fig.3 The tower basket put into law

3.2 作业方法思路

为了解决海拔较高地区带电更换±800 kV直流特高压线路V型单串复合绝缘子时采用提线器法最小有效绝缘长度不够的问题，必须另辟蹊径，对作业方法及其工器具进行新的研发。

±800 kV天中线单联V型悬垂串组装图如图4所示，由于复合绝缘子最短长度为9.6 m，如果沿着绝缘子串方向布置工器具，则绝缘长度远远大于规范规定的7.3 m的要求。

图4 单联V型悬垂串Fig.4 Single linked V type suspension string

由于天中线所使用的复合绝缘子上下连接都采用环状结构，因此，沿绝缘子串方向布置工器具时，下卡具不能安装在U型挂环处，经反复研究论证后，决定下卡具安装于悬垂联板施工孔的位置，上卡具安装在直角挂板处，利用两套绝缘拉棒及液压丝杠构成的收紧装置卸去复合绝缘子荷载，卸载后损坏的复合绝缘子很容易被更换。

如图5所示，由于绝缘拉棒的布置方向基本平行于绝缘子，绝缘子的最小长度为9.6 m，绝缘拉棒的长度大于绝缘子长度，所以最小有效绝缘长度远大于《±800 kV直流线路带电作业技术规范》（DL/T 1242—2013）要求的7.3 m。

图5 更换方法俯视图Fig.5 Top view of replacement method

如图6所示，等电位电工现场作业时对横担的距离为7.9 m，对侧面塔身构架的距离为8.4 m，均大于规范规定的7.3 m安全距离。

图6 安全距离示意图（单位：mm）Fig.6 Schematic diagram of safety distance

3.3 受力分析

在确保各种安全距离符合规范要求后，必须对承力工具进行机械受力分析，以受力分析为基础选择合适吨位的承力工具。

3.3.1 直线塔垂直档距的计算

直线塔所承受的重力即绝缘子所承受的重力，计算其必须对直线塔的垂直档距先进行计算。

式中：LV为杆塔的垂直档距；L1V、L2V分别为杆塔两侧的垂直档距；L1、L2为分别为杆塔两侧的档距；LH为杆塔的水平档距；σ0为水平应力；gV为电线的垂直比载；h1、h2分别为杆塔两侧悬挂点高差，当邻塔悬挂点低时取正号，反之取负号。

±800 kV天中线直线塔V型单串复合绝缘子使用于悬挂点较小的地区，悬挂点高差可以忽略不计，其垂直档距约等于水平档距，即

±800 kV天中线单V复合绝缘子直线塔两侧的最大档距为551 m和516 m，代入式（4）,计算得到其垂直档距为

如图7所示。

图7 垂直档距计算图Fig.7 Calculation of vertical span

3.3.2 绝缘子所承受的重力计算

使用的导线型号为JL/G2A-1000/80，其自重比载34.11 N/m。风速大于10 m/s时不宜进行带电作业，而风速为10 m/s的风对导线造成的垂直荷载

可忽略不计，因此，直线塔单V复合绝缘子所承载的重力就是导线、金具、防振锤、间隔棒等的重力，即

式中：G为复合绝缘子承受的重力；LV为垂直档距；q为电线单位长度的重力；G1、G2为金具、防振锤、间隔棒等的重力；n为每相导线的根数。

经查该塔金具组装图以及间隔棒、防振锤重量，得到金具、防振锤、间隔棒的总重力约8 000 N。

G=117 288 N≈120kN，此即为直线塔单V复合绝缘子所承受的总重力。

3.3.3 单个绝缘子受力分析

如图8所示，±800 kV天中线V型单串复合绝缘子串夹角在85°～105°之间，按最大角度105°计算，两个绝缘子承受的最大负荷共计为120 kN,根据力的闭合三角形法则计算得到单个绝缘子的最大负荷为98.6 kN。

图8 V型单串复合绝缘子受力分析图Fig.8 Stress analysis diagram of V single string composite insulator

3.3.4 工具额定负荷选择

不平衡系数取1.2，则卡具的额定负荷不得小于98.6 kN×1.2=118.3 kN，上、下卡具的额定负荷定为150 kN（工器具制造时安全系数按2.5考虑）。

由两付绝缘拉棒承担卸荷，不平衡系数取1.2，则绝缘拉棒的额定负荷不得小于118.3 kN/2×1.2=71 kN，绝缘拉棒、液压丝杠的额定负荷定为80 kN（工器具制造时安全系数按2.5考虑）。

3.4 工器具材料选择

因为特高压直流输电线路直线塔绝缘子串所承受的拉力远远大于超高压线路，所以选择强度高、质量轻、工作安全可靠的工器具材料是确保现场可以实际操作的关键。综合比较钛合金、铝合金、合金钢等材料，机械性能如表1所示。

表1 几种材料机械性能比较Tab.1 Comparison of mechanical properties of several materials

从表1中可以看出：优质合金钢、铝合金、钛合金等三种材料的机械强度都较高，铝合金材质较轻，但力学性能较差，制作的卡具必然尺寸较大，使用时要有足够大的作业空间，这与带电作业狭小的间隙形成了矛盾。优质合金钢的比重是钛合金的1.8倍，质量太重的工器具会造成作业人员劳动强度太大。钛合金的比重是铝合金的1.6倍，但强度却是铝合金的2倍，做成的卡具尺寸及质量较铝合金要小。

经过比较，由于钛合金具有强度高和质量轻的特点，考虑高空作业的难度，选取钛合金材料作为制作卡具的材料，工器具质量轻，承载能力强，安全裕度大，安装空间小，操作方便，具有很强的实际操作性。

4 研究成果

4.1 作业技术方法

利用悬垂联板上方中间施工孔安装V型单串专用下卡具，利用金具串上的直角挂板安装V型单串专用上卡具，上、下卡具通过两套高强度绝缘拉棒、液压丝杠连接成一体,基本平行于绝缘子串，组成绝缘子串的机械荷载转移系统，实现绝缘子更换工作，其工器具安装如图9所示。

图9 工器具安装图Fig.9 Installation drawing of tools and equipment

4.2 主要工器具

V型单串上卡安装在直角挂板上，其结构示意图如图10所示。

图10 V单上卡具结构Fig.10 V type single structure of upper part

V型单串下卡安装在悬垂联板上方的施工孔上，其结构示意图如图11所示。

图11 V单下卡具结构Fig.11 V type single structure of lower part

5 结语

通过本论文研制开发的技术方法及其工器具，经±800 kV天中线停电期间模拟带电更换V型单串复合绝缘子，取得了良好的效果：一是能够满足规范规定的各种安全距离，从而确保带电作业人员的安全；二是使用钛合金材料加工的工器具重量轻、承载能力强，能够有效降低带电作业人员的劳动强度；三是操作方法简单，工器具承载的机械负荷较小，能够有效缩短工作时间。

该方法及其工器具的研制成功，为全面提升±800 kV线特高压直流线路带电作业水平打下了坚实的基础，是带电作业应用技术领域的重大突破。

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The Research and Development of V Single Composite Insulator in the Charged Replacement of±800 kV UHV DC Transmission Line

LIN Zhengguo,WU Ming,QI Dong
(Gansu Electric Transmission&Transformer Company,Lanzhou Gansu 730070,China)

To catch up with the development of live working on the±800 kV UHV DC transmis⁃sion lines,in accordance with the composite insulator installation forms,with reference to the thoughts of other UHV lines in live working,the technical methods of V Single Composite Insula⁃tor String in the charged replacement of±800 kV UHV DC transmission lines are explored and in⁃struments are designed according to the UHV line tower structure sizes and other hardware string types in higher elevations.The successful development of the technology methods and instruments have laid a solid foundation of the hot-line work on±800 kV lines in high area,and is a major breakthrough in the field of applied technology.

live workin;ultra-high voltage;V type composite insulator

TM84

B

1006-3986(2016)04-0036-06

10.19308/j.hep.2016.04.009

2016-03-05

林政国（1977），男，甘肃靖远人，工程师。