110～220kV同塔多回输电线路耐张塔带电检修方法研究

隆晨海 邹德华 易子琦 李 稳 李金亮

（国网湖南省电力公司带电作业中心，长沙 410007）

110～220kV同塔多回输电线路耐张塔带电检修方法研究

隆晨海 邹德华 易子琦 李 稳 李金亮

（国网湖南省电力公司带电作业中心，长沙 410007）

为确保同塔多回输电线路的供电可靠性，开展同塔多回线路带电作业研究成为当前研究的热点。本文针对目前110～220kV同塔多回输电线路耐张塔带电作业存在的技术难点，对典型110～220kV同塔多回输电线路杆塔进行结构力学分析，提出了倒序操作法更换耐张串绝缘子，研制了配套工器具，有效地解决了 110～220kV同塔多回输电线路耐张塔带电检修面临的作业空间小、安全裕度低等难题，推动带电作业的发展。

输电线路；同塔多回；耐张塔；倒序操作法；带电检修

随着国民经济的发展，我国电力需求日益提高，电网改造进一步加快，输电线路走廊日趋紧张。鉴于此，近年来同塔多回输电线路被广泛应用与输电线路建设，它可以在提高单位面积输送容量、满足电力输送需求的同时，减少了综合造价和线路走廊需求，具有明显的经济效益和社会效益。同塔多回线路成为输电线路建设的必然趋势。

相对于常规的单回交流输电线路，同塔多回输电线路普遍存在杆塔高、杆塔型式多样、横担间距离和相间净空距离小、导体布置相对复杂等特征，在城市中间的同塔多回输电线路这一特征尤为明显，从而也导致了电场畸变严重、安全距离裕度小等一系列问题。目前已有的带电检修作业研究成果已不能满足同塔多回输电线路带电作业发展的需求，因此，更深入的研究同塔多回输电线路带电作业技术具有重要意义。

本文在总结我国目前同塔多回输电线路带电检修方法的基础上，结合 110～220kV同塔多回输电线路具体情况，研究了一种耐张塔带电检修方法，并研制了配套工器具。研究结果有效地解决了110～220kV同塔多回输电线路耐张塔带电检修面临的作业空间小、安全裕度低等难题，具有工程应用价值。

1　典型杆塔结构力学分析

1.1110kV同塔四回输电线路耐张塔

对于110kV同塔四回输电线路耐张塔需进行卡具所受荷载和过牵引计算，计算过程如下。

1）导线状态方程式

设已知气象条件下的温度为tm，比载为gm，应力为σm，令待求气象条件下的温度为tn，比载为gn，应力为σn，则状态方程式为

其中令

可得

式中，a为导线热膨胀系数；β 为导线的弹性伸长系数，151×10-6（mm2/9.8N）；l为代表档距。代表档距为135m，查阅导线安装曲线中得温度为-5℃、风速10m/s时的应力为：σm=3.06kg/mm2，求气象条件为风速10m/s，温度为-15℃时的导线应力和张力。

通过编制相关计算程序算得

导线张力为T=11065.9N，因为此处耐张绝缘子串为双联成串，则卡具额定荷载为5.53kN，安全系数为2.5。

2）导线过牵引计算

在带电更换耐张绝缘子时，须将导线收紧，使绝缘子松弛，此时其必造成应力势增大，可能出现横担变形、导线拉断或带电作业工具断脱等严重后果，因此除要计算水平张力外，需验算其容许过牵引长度。

设过牵引长度为 200mm，设温度为-15℃、风速10m/s时的应力为

用程序算得σn=9.26（9.8×106Pa），则此时导线应力为90.8MPa。又有导线抗拉强度σp为238MPa，则有所以，满足作业要求。

3）受力分析结论

更换耐张绝缘子时，作业工具需承受张力为5.53kN，过牵引长度在200mm时，满足安全系数要求。

1.2220/110kV混压同塔四回输电线路耐张塔

1）导线应力计算

根据已知导线参数及代表档距，查阅导线安装曲线，由导线状态方程式求得温度为-5℃、风速10m/s时的应力σm以及温度为-15℃、风速10m/s时的应力σn，见表1。

表1　220/110kV导线应力表

LGJ-400/50导线张力为22099N，故双分裂导线所受张力为44198N，因耐张绝缘子串为双联成串，所以卡具额定荷载为22099N；LGJ-300/40导线张力为14676N，故双分裂导线所受张力为29352N，因耐张绝缘子串为双联成串，所以卡具额定荷载为14676N；LGJ-185/30导线张力为8873N，因耐张绝缘子串为单联成串，所以卡具额定荷载为 8873N。三种导线安全系数均为2.5。

2）导线过牵引计算

设过牵引长度均为 200mm，设温度为-15℃、风速10m/s时的应力σn列于表，经计算所得应力及抗拉强度与其之比列于表2中。

表2　220/110kV导线受力情况

由表2可知抗拉强度与过牵引计算所得应力之比均大于2.5，满足作业要求。

3）受力分析结论

更换耐张绝缘子时，三种导线下作业工具需承受张力分别为 22099N、14676N和 8873N，对于220kV和110kV线路过牵引长度在200mm时，均满足安全系数要求。

2　作业方法介绍

2.1作业原理

倒序操作法通过作业人员在等电位作业位置上利用绝缘工具反向对绝缘子横担侧进行操作，完成对耐张绝缘子的更换，主操作为等电位，作业人员不需要到达绝缘子横担连接处。

2.2安全距离与组合间隙分析

根据安规规定，在交流110kV和220kV输电线路进行的带电作业时，地电位作业人员距带电体、等电位作业人员距塔身、等电位作业人员距上横担或顶部构架的最小安全距离分别为1.0m和1.8m。该作业方法在输电线路上进行带电更换耐张整串绝缘子时，作业位置如图1所示。

图1　倒序操作法带电更换耐张整串绝缘子作业位置示意图

通过图1可以看出，主操作位置在绝缘子导线端，地电位作业人员不进入横担，远离上相跳线，对带电体保持足够的安全距离，此作业方法中只需考虑等电位作业人员在作业中对接地体的最小距离。110kV线路D值为2100mm，220kV线路D值为3200mm，假设作业人员活动范围为500mm，此时等电位作业人员与接地体的安全距离和危险率见表3。

表3　中相作业时安全距离和危险率

通过表3分析可知，安全距离满足《安规》规定，危险率小于1.0×10-5，满足《GB/T 18035带电作业工具基本技术要求及设计导则》标准要求，该作业方法安全。

2.3作业技术特点

倒序操作法更换耐张绝缘子作业方法具备以下优点：

1）解决了同塔多回的紧凑型线路耐张钢管杆横担与上相跳线之间的距离非常小，且横担窄小，人员无法进入横担进行作业的难题。

2）虽然横担处间距紧张，但导线相间距离完全能够满足作业要求，作业人员的工作位置在导线等电位，作业时的活动范围增大，降低了由于空气间隙小、安全距离不够而造成触电事故的风险。

3）钢管杆横担一般只有 0.1～0.15m宽，如果作业人员沿横担爬入作业位置，在进入过程中也很容易发生坠落而造成触电事故，倒序操作法消除了作业人员进入作业位置时发生坠落的危险。

2.4主要操作步骤

1）登塔。地电位电工携带绝缘传递绳登塔至横担与塔身连接处，悬挂好滑车；随后等电位人员登塔至合适位置。

2）传递、安装平梯。地面配合人员使用绝缘传递绳将绝缘平梯传递至塔上，地电位电工与等电位电工配合将平梯一端悬挂在导线上，另一端在塔身固定牢靠。

3）电位转移。等电位电工穿好全套合格屏蔽服，系好绝缘保护绳，用绝缘平梯法进入等电位作业位置。

4）起吊工器具。地面作业人员按顺序将作业工具连接好，起吊作业工器具至等电位作业位置，地电位电工使用绝缘操作杆远端操作配合等电位电工，将作业工具大刀卡前、后卡分别安装在横担侧和导线侧连板上。

5）转移荷载。作业工具安装可靠后，地面作业人员拉紧绝缘托瓶架控制绳，使托瓶架紧紧托住耐张绝缘子下平面；等电位电工使用绝缘操作杆拔出横担侧弹簧销，然后收紧紧线丝杆，使绝缘子横担侧松弛后用绝缘操作杆将横担侧脱离；地面作业人员放松托瓶架，使绝缘子自然垂直。

6）更换绝缘子。等电位电工将绝缘子用绝缘传递绳绑扎牢固，拔出导线侧弹簧销；地面作业人员拉紧绝缘传递绳，使绝缘子导线连接处松弛，等电位电工将绝缘子导线侧脱离放至地面，然后相反作业程序完成新绝缘子的安装。

7）拆除工器具。作业完成后，等电位电工拆除工器具，在地面作业人员配合下将工器具传递至地面。

3　配套工器具研制

3.1工具的设计和使用

倒序操作法全套作业工具包括：碳纤维大刀卡如图2所示、绝缘拉杆如图3所示、绝缘托瓶架、绝缘操作杆及配合相应操作头等。碳纤维大刀卡分为前卡和后卡；前卡上有操作孔，使用绝缘操作杆上操作头提取，间接操作安装在绝缘子横担侧三联板上；后卡安装在导线侧连板上。碳纤维材质较铝合金材质更加轻便，容易安装到位，提高安装的可靠性。绝缘拉杆为操作主绝缘部分，两端都有连接孔，一端与大刀卡前卡相连，另一端通过紧线丝杆与大刀卡后卡相连。紧线丝杆是作为紧线的工具，用来转移导线荷载。绝缘托瓶架用以承托绝缘子串重量，方便对绝缘子的更换。绝缘操作杆配合相应操作头完成间接操作。

图2　碳纤维大刀卡

图3　绝缘拉杆

3.2工具机械强度校核

1）大刀卡强度校核（如图4所示）

图4　大刀卡所受荷载

根据线路受力分析结果，本文设计碳纤维大刀卡额定荷载P0=15kN，K=3，P2=45kN

由P1×200=P2×383及P=P1+P2

得P1=86kN，P=131kN

由大刀卡的受力分析（如图5所示）可得

图5　大刀卡受力简化图

因为两板受力各1/2，所以A点受力PA=131/2= 65.5kN

又有PC=45.5kN

所以PB=PA+PC=110.5kN

B为支点，求AB、BC臂长：

由PA×LAB=PB×LBC

又LAB=383- LBC

可得LBC=227mm

LAB=383-227=156mm

所以

式中，σBM为碳纤维材料需用应力，h为受弯矩截面高度，b为受弯矩截面宽度1.5cm，P=PB= 110.5kN，L为 AC臂长 38.3cm。参考相应实验数据可得σBM=52.8kN/mm2。满足h≤27mm，就满足K=3安全要求。

A点h计算：

故碳纤维大刀卡满足要求。

2）绝缘拉杆强度校核

绝缘拉杆材料为3240环氧树脂，其结构如图6所示。

由图6可知，导线端卡具在M—M截面处受最大拉伸应力，故对绝缘拉板强度计算校核主要以此截面为主。

图6　绝缘拉板结构示意图

图7　绝缘拉板M—M截面

危险截面积M：

拉伸应力：

许用拉应力：

故截面积M拉伸强度足够。

4　结论

1）本文所提出的倒序操作法有效地解决了110～220kV 同塔多回输电线路检修因空间限制无法进出电场的难题。

2）创新性将碳纤维材料应用于大刀卡研制，解决工器具轻质化与强度大的矛盾，极大的减轻工具重量，降低作业人员的劳动强度，有效提高工作效率。

3）110～220kV同塔多回输电线路耐张塔带电检修工具研制成功，可靠地保证了作业人员的安全，减少电场对作业人员的辐射影响，降低了劳动强度又提高了工作效率，拓展了带电作业范围，保证了供电可靠性和设备的健康水平，应该大力地推广和应用。

［1］ 胡毅， 刘凯. 带电作业技术研究与标准制定［J］. 高电压技术， 2012.11， 38（11）.

［2］ 雷冬云. 带电作业人员资质认证培训专用教材-配电线路［M］. 北京： 中国电力出版社， 2012.

［3］ 孙建龙， 吴锁平. 同塔多回架空输电线路设计［J］.江苏电机工程， 2005， 24（2）： 1-3.

［4］ 胡丹晖， 蔡汉生， 涂彩琪， 等. 同杆并架双回线路电气特性研究［J］. 高电压技术， 2005， 31（4）： 21-23.

［5］ 刘洪正， 刘凯， 孟海磊， 等. ±660kV直流同塔双回输电线路带电作业试验研究［J］. 高电压技术， 2011，37（12）： 2997-3005.

［6］ 胡毅， 王力农， 刘凯， 等. 750kV输电线路带电作业安全防护研究［J］. 高电压技术， 2006， 32（10）： 1-4.

［7］ 胡毅. 送变电带电作业技术［M］. 北京： 中国电力出版社， 2004.

［8］ 马志坚， 傅春蘅. 500kV同塔多回输电线路技术及其推广应用［J］. 电力设备， 2005（10）： 25-27.

［9］ 窦飞， 李树森. 500kV同塔四回架空送电线路电场分布的研究［J］. 江苏电机工程， 2004（1）： 11-16.

［10］ 余朝胜. 220kV及110kV六回路同塔线路的设计应用［J］. 电力建设， 2008， 29（8）： 50-54.

基于双电容模块的MMC型多端口电力电子变压器

近日，国家知识产权局公布专利“基于双电容模块的MMC型多端口电力电子变压器”，申请人为东南大学。

本发明公开了基于双电容模块的 MMC型多端口电力电子变压器，包括模块化多电平变换器（Modular Multilevel Converter，MMC）、DC/DC变换器和逆变器，其中MMC中有两种子模块；DC/DC变换器分为前级部分、高频变压部分、后级部分，其中前级部分有四种选择拓扑。

本发明能在高压直流侧低压时运行；具有直流故障穿越能力且所使用器件较少；MMC中模块与DC/DC变换器分别承担直流电压控制和功率控制；可对模块单个电容电压单独控制或两个电容电压同时控制；具有高压直流、高压交流、低压直流和低压交流四个端口，适合于多种类多电压等级的高压大功率场合，特别是应用于能源互联网中，如作为能量路由器等。

Research on New Method of Electric Maintenance for 110～220kV Multi-Circuit Strain-Resistant Transmission Lines on the Same Tower

Long Chenhai Zou Dehua Yi Ziqi Li Wen Li Jinliang
（Hunan Provincial Live Working Center of State Grid， Changsha 410007）

In order to ensure the power supply reliability of multi-circuit transmission lines on the same tower. Live operation of multi-circuit transmission lines on the same tower has become a research hotpot. Arming at the current technical difficulties of electric maintenance for 110～220kV multi-circuit strain-resistant transmission lines on the same tower， The structural mechanics analysis and accessory apparatus have been carried out to support the reverse operation method for replacing strain insulator. Difficulties such as small working space， low margin of safety on electric maintenance for 110～220kV multi-circuit strain-resistant transmission lines on the same tower can be solved by the method.

transmission line； multi-circuit transmission lines on the same tower； strain tower；reverse operation method； electric maintenance

隆晨海（1990-），男，硕士研究生，研究方向为高电压与绝缘技术。