带电更换钢管杆玻璃绝缘子组合工具的研制

甄朝晖 李 稳 梅文建 何龙飞 郭 昊

（国网湖南省电力公司带电作业中心，长沙 410007）

带电更换钢管杆玻璃绝缘子组合工具的研制

甄朝晖 李 稳 梅文建 何龙飞 郭 昊

（国网湖南省电力公司带电作业中心，长沙 410007）

钢管杆作为一种新型输电杆塔，在城市电力建设中优点突出，因而被广泛应用。钢管杆输电线路多采用同塔多回架设，其结构尺寸紧凑，作业空间狭窄，难以开展绝缘子带电更换。本文针对110～220kV同塔多回钢管杆线路特点，通过对工器具的材料选择、制作和试验，研制出了带电更换玻璃绝缘子工具；同时，通过危险率校核提出了满足现场作业要求的作业方法。研究结果可为钢管杆带电作业工器具的研制提供参考，对推动钢管杆带电作业具有重要意义。

钢管杆；110kV；220kV；带电作业；绝缘子

钢管杆由于其安装快捷、占地面积小、造型美观实用，广泛应用于市区电力建设的高压架空输电线路中［1］。然而其结构紧凑，横担窄小，杆上检修作业空间狭窄，给常规带电作业方法带来了较大的限制。为实现钢管杆带电作业的顺利开展，有必要对其作业方法进行深入、全面的分析和研究。

文献［2］结合常规带电作业方法特点，通过对钢管杆结构尺寸进行分析，提出了适用于输电线路同塔多回直线钢管杆的带电作业方法，并对其进行了理论分析和模拟试用，验证了其可行性。文献［3］基于输电线路同塔多回路钢管杆的研究，针对提出的新方法研制了配套的作业工具，并对实际作业位置下的危险率进行了计算，证明方法的安全可行性。

本文结合国内外 110～220kV交流输电线路带电作业研究经验［4-5］，通过对同塔多回路钢管杆绝缘子更换难的现状进行系统分析，提出了一种适用于现有钢管杆绝缘子的带电更换新方法，并研制了配套工具。

1 设计研制的原则和要求

以110kV同塔多回路钢管杆为例:导线排列方式一般为垂直排列，上、中、下三相导线相距3500mm，每相绝缘子串组装长度最长达2000mm，即上相导线与中间横担距离仅为 1500mm，扣除1.0m 作业安全距离［6］，作业人员实际活动空间仅500mm；同时钢管杆不受标准定型杆塔的限制，横担型式多样、种类繁多，不利于工器具安装。

因此，在满足多回路钢管杆带电作业要求的基础上，本文认为工具的设计应遵循以下原则:

1）工具选材优良，绝缘材料不仅需要有足够的耐受电压水平和耐潮性能，还需具备足够高的机械强度；金属构件需选用抗弯性能强、重量轻的合金材料。

2）通用性能好，一套工具可更换不同杆型、串长的绝缘子串，减少工具配量。

3）适用于远端操作，且操作方便、灵活、省力，功能齐全。

4）运输方便，工具大部件设计成易装拆型。

2 工器具的设计

本项目研制了钢管杆玻璃绝缘子更换装置，其结构如图1所示。

图1 钢管杆玻璃绝缘子更换装置结构图

该装置由固定架和连接其上的两F型夹具、滑车部分、蜗轮蜗杆等其他装置组成。

固定架包括两根平行的边梁和连接于其两端之间的左连接梁和右连接梁；左连接梁位于边梁的杆身端，其上沿长度方向开设有长圆孔，长圆孔内有两根沿竖直方向的调节丝杆穿过，调节丝杆的下端连接有用于夹住横担底边的夹块，调节丝杆通过其上的螺母与左连接梁的顶面和底面定位；右连接梁位于边梁的导线端，其长度方向两端均连接有F型夹具，F型夹具的U型开口夹住右连接梁，其U型开口的对侧上端和下端均外延伸出形成两平行板，上平行板上连接有沿竖直方向的副调节丝杆，其上端通过螺母与该平行板固定、下端连接有夹臂杆，夹臂杆可滑动的穿过下平行板，其末端连接有夹板；边梁为空心环氧玻璃纤维管，其导线端外端面通过支座连接有共轴的双滑轮、其管内的杆身端通过滑轮轴连接有单滑轮，它们的滑槽均沿边梁的宽度方向，管内滑轮对应的管壁上开设有位于其上侧的缺口。

两 F型夹具夹住右连接梁侧的顶面均有连接块，两连接块之间通过横向的主调节螺杆连接为一个整体，连接块上有相应的螺纹孔；所述右连接梁上对应F型夹具的外侧有固定块，主调节螺杆穿过固定块后通过螺母固定。

滑车包括矩形卡板、吊杆和滑轮组，吊杆有四根，它们分立于矩形卡板的四个角上，每根吊杆的上端均连接有滑轮组，滑轮组的上、下两个滑轮通过C型架固定，矩形卡板长度方向同侧滑轮组的下滑轮轴之间通过连杆连接为一个整体。滑轮组的上、下滑轮分别位于所述边梁的顶面和底面，所述C型架的开口尺寸与边梁的高度尺寸匹配。

蜗轮蜗杆装置的蜗杆两端对应边梁位置处分别连接有单滑轮，蜗杆通过位于单滑轮两侧的连接板与边梁连接。蜗杆两端的滑轮分别与相应侧边梁导线端外双滑轮中的一个滑轮之间有同一根滑动绝缘绳绕过，滑动绝缘绳的两端分别固定于所述滑车同侧的内外C型固定架上。

边梁内杆身端的单滑轮和该边梁导线端外双滑轮中的另一个滑轮之间有同一根提升绝缘绳绕过，提升绝缘绳的一端固定于所述滑车靠导线侧的吊杆上，另一端依次从边梁导线端外滑轮的上侧和杆身端内单滑轮的下侧绕过后从该处的缺口中导出。边梁的长度方向外侧对应所述右连接梁处通过支架连接有滑轮，该滑轮的滑槽沿边梁的长度方向，滑轮上连接有绝缘绳，该绝缘绳的下端连接有挂钩。

该装置使用时的配合工具有绝缘操作杆、取销器、托瓶器等。

本装置工作原理如下:将固定架置于杆身横担上，使边梁位于横担的两侧，杆身端通过调节丝杆及其下端的夹块与横担固定，导线端通过F型夹具、调节螺杆及丝杆和夹板组件与横担固定。蜗轮蜗杆装置通过绝缘绳及滑轮带动滑车沿边梁移动。通过提升从边梁杆身端内滑轮处导出的绝缘绳使滑车的外端往上倾斜。通过边梁导线端外侧的滑轮及绝缘绳和挂钩将导线提升，使绝缘子串上的载荷转移。

3 带电更换钢管杆绝缘子串方法

由于多回路钢管杆输电线路横担间距和相间净空距离小，导线布置相对复杂，采用绝缘平梯进出电场安装工器具无法满足带电作业安全距离；鉴于此，新工具安装时采用间接操作的方式。

3.1 带电更换钢管杆绝缘子操作步骤

采用新工具更换钢管杆绝缘子时，主要分为以下几个步骤:

1）地面作业人员将本装置的滑车单独组装好、固定架与其他部件及各绝缘绳组装好。

2）杆身作业人员将固定架放置于横担上平面的合适位置，使固定架的边梁位于横担的长度方向两侧，通过操纵杆调节固定架导线端两F型夹具之间连接的主调节丝杆及纵向的副调节丝杆，使F型夹具及副调节丝杆下端的夹板夹住该端横担的两侧及底边。

3）通过操作杆调节固定架杆身端的调节丝杆，使其下端的夹块夹住横担宽度方向底边两侧。

4）将滑车上端的 C型架挂接于固定架的边梁上。

5）过操纵杆将提升绝缘绳的下端固定于滑车近导线端的吊杆上、滑动绝缘绳的两端分别固定于滑车上端同一侧的C型架上。

6）通过操纵杆将固定架导线端的两挂钩分别钩住导线，同时收紧绝缘绳使导线荷载转移至固定架上，通过操纵杆将绝缘子串下端的W销和碗头挂板脱离。

7）启动蜗轮蜗杆装置通过滑动绝缘绳带动滑车靠近绝缘子串。

8）地面作业人员将提升绝缘绳收紧，使滑车的U型卡板卡在第二片和第三片绝缘子之间，并将绝缘子串向上提起。

9）杆身作业人员通过操纵杆拔出绝缘子串上端的W销和球头。

10）地面作业人员松放提升绝缘绳，使滑车的U型卡板回位。

11）杆身作业人员启动蜗轮蜗杆装置，牵引滑车拖住绝缘子串移动至杆身侧。

12）通过悬挂在杆塔上的无极绳将绝缘子串取下移至地面。

13）将新的绝缘子串通过滑车运至合适位置安装。

3.2 新方法安全性分析

新工具在110kV线路进行带电更换钢管杆绝缘子的作业点分布如图 1所示。杆塔结构参数如图 2所示。

图2 110kV钢管杆绝缘子更换作业示意图

考虑到上、中、下三相横担间距均为3500mm，若作业人员对中相绝缘子进行更换，由于新工器具的使用，作业人员仅需在如图所示的横担位置操作，对任一相绝缘子进行更换都只需考虑与作业位置处横担上、下导线间的安全距离，假设作业人员活动范围为500mm，此时作业人员与带电体的安全距离和危险率见表1。

表1 110kV线路中相作业时安全距离和危险率

同时，该新工器具适用于220kV钢管杆线路绝缘子更换，更换作业人员位置同图 2，区别仅在于220kV线路上、中、下三相横担间距均为5900mm，上、中、下相横担长分为 3500mm、5300mm和3600mm，绝缘子串长3047mm。对中相导线进行作业时，设人员活动范围为500mm，作业人员安全系数见表2。

表2 220kV线路中相作业时安全距离和危险率

由表1和表2可知，对中相绝缘子进行带电作业时，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，该作业方法是安全的。

4 结论

利用该装置更换同塔多回路钢管杆直线单串绝缘子，通过杆身作业人员和地面作业人员的相互配合，作业人员均采取地电位间接操作更换绝缘子，使得绝缘子串的更换操作均在杆身端，远离绝缘子串，实现了安全、高效的目的:

1）通过对工器具的设计制造和作业方法的改进，在保证作业人员人身安全的前提下，有效地解决了 110～220kV同塔多回路钢管杆玻璃绝缘子更换困难的难题。

2）研制的工具轻便、安全，作业效率高，能够有效地减少线路停电时间，保障可靠有效供电。

3）作业人员不需进入钢管杆横担，降低了人员坠落风险。

4）全部采用间接作业，消除了人员触电危险，减少了强电场对作业人员的伤害。

5）横担卡具可满足110～220kV电压等级不同型号钢管杆横担的需要，通用性强。

［1］郭日彩，许子智，李喜来，等.110～500kV输电线路典型设计［J］.电网技术，2007，31（1）：56-64.

［2］肖荣华.带电更换 220kV双回直线钢管杆绝缘子方法研究［J］.中国电业，2012（11）：248-254.

［3］周秀冬，蒋正龙，李波，等.220kV多回路钢管杆带电作业新方法研究［J］.湖南电力，2013，33（6）：7-10.

［4］陈国信.110kV电力线路钢管杆悬垂绝缘子串带电更换研究［J］.供用电，2012，29（1）：73-77.

［5］罗玉鹤.110kV窄基钢管塔的研究设计［J］.电力建设，2010，31（8）：25-28.

［6］Q/GDW 1799.2—2013.国家电网公司电力安全工程规程线路部分［S］.

Development of a Composite Tool for Replacing the Glass Insulator with the Electric Charge

Zhen Zhaohui Li Wen Mei Wenjian He Longfei Guo Hao
（State Grid Hu'nan Electric Power Company Live Working Center，Changsha 410007）

As a new type of transmission tower，Steel rod has many outstanding advantages in the power construction，because of that it has been widely used in city.Most of the transmission line of the steel pipe is adopt more back using the same tower erection.Due to its structure is compact and the operation space is narrow，it is difficult to replacement of insulators with the electric charge.In this paper，according to the characteristics of the 110～220kV same tower and multi back pipe line，we Developed a live replacement glass insulator tool through the material selection，production and testing of the apparatus.As the same time.The operation method which meeting the requirement of the field operation be proposed through the dangerous rate.The results can provide a reference for the development of steel rods for live working tools and instruments，and is important to promote the steel pole for live working.

steel tubular tower； 110kV； 220kV； live-working； insulator

甄朝晖（1978-），男，湖南省岳阳市人，本科，高级技师，主要从事输电线路带电作业工作。