带电更换±800 kV线路耐张绝缘子用起重滑车挂点加高装置的研制

杨海宁，林政国，徐 东

（甘肃送变电工程有限公司，甘肃 兰州 730070）

0 引言

±800 kV酒湖特高压直流输电线路工程，是目前世界上已建成的送电距离最远的直流输电工程，也是我国第一条以输送新能源为主的特高压直流输电工程。该工程起于甘肃省酒泉市，终于湖南省湘潭市，途径甘肃、陕西、重庆、湖北、湖南5省（市），全长约2 383 km。其中甘肃省境内长度1 248 km，共有铁塔2 394基（其中耐张塔334基），占工程全线的52%，线路途经甘肃9市22县（区），该工程于2017年6月23日正式带电投入运行。

特高压输电线路为了避开城镇、人口稠密地区、厂矿企业等，均分布于荒郊野外，所经地区地形地貌型式多样，气候条件复杂多变。甘肃地区高山大岭、沙漠、戈壁、盐碱地等分布广泛，常年大风沙尘，恶劣的气候容易造成绝缘子劣化自爆。带电更换耐张绝缘子是带电作业中的一个重要项目，也是保证线路安全的重要检修手段。为了确保特高压输电线路安全稳定运行，带电更换耐张绝缘子将成为常态。由于特高压线路导线张力大，导致耐张绝缘子及更换耐张绝缘子用的液压丝杠、闭式卡具等重量较大，在特高压输电线路上带电更换耐张绝缘子，利用传统的方式起吊绝缘子及工器具时，作业人员体力消耗大，工作效率低。笔者针对该问题进行分析、研究，研制出±800 kV特高压直流线路耐张绝缘子用起重滑车加高装置，此装置结构稳定、使用方便。

1 背景方法及其缺陷

±800 kV输电线路是我国近年来新建成的特高压输电线路，电压等级高，输送容量大，其安全稳定运行对工农业生产和人民生活有着重要的影响。随着±800 kV特高压输电线路的建成和运行，其日常运行维护工作日趋重要，而带电作业是确保±800 kV特高压直流输电线路稳定、安全运行的重要技术手段。

带电更换±800 kV特高压输电线路耐张绝缘子过程中，其方法及使用的工器具如图1所示，起重滑车通常利用绝缘绳套悬挂在耐张绝缘子串上，由绝缘绳套、起重滑车及起重绝缘绳组成起吊系统，通过地面工作人员控制起重绝缘绳，将绝缘子或工器具等传递到耐张绝缘子串附近。由于±800 kV特高压输电线路耐张绝缘子普遍重达20 kg以上，闭式卡具及液压丝杠等的重量均较大，加上吊起的最终位置较低，带电作业人员要把绝缘子、闭式卡具、液压丝杠等从起重滑车上摘下特别费力，体力消耗很大，技术要求高，花费时间长。为了节省带电作业人员体力，缩短强电场作业时间，迫切需要一种起重滑车加高装置，方便作业人员从起重滑车拿取绝缘子及液压丝杠、闭式卡具等工器具。

图1 起重滑车一般挂法示意图Fig.1 General drawing method of lifting pulley

2 起重滑车挂点加高装置设计

本设计的目的就是研发一种带电更换±800 kV线路耐张绝缘子用起重滑车挂点加高装置，以方便带电作业人员高空工作，降低其劳动强度，缩短带电作业时间，提高带电作业工作效率，要求所述耐张绝缘子起重滑车挂点加高装置工作过程中使用方便、结构稳定。

2.1 加高装置介绍

为了加高起重滑车挂点位置，研发了一种三脚架结构，如图2、图3所示，该装置包括三个卡具、两个支撑丝杆、一个吊架和一个三通接头。其中一个卡具安装在一侧绝缘子串一只绝缘子钢帽上，另外两个卡具分别安装在另一侧耐张绝缘子串的与一侧安装卡具的绝缘子平行的绝缘子间隔的两只绝缘子钢帽上，三个卡具安装位置呈等腰三角形分布。吊架及两个支撑丝杆的一头分别与三个卡具连接在一起，两个丝杆的另一头与吊架中部的三通接头相连，起重滑车通过螺栓悬挂在吊架长接头上。由吊架及两个丝杆形成的稳定的三脚架结构，组成起重滑车加高装置，通过同时均匀调节丝杆的长度，可以调节起重滑车的悬挂高度，方便带电作业人员从起重滑车上拿取绝缘子及工器具。

图2 起重滑车挂点加高装置主视图Fig.2 Main view of the device that adds height of the pulley

图3 起重滑车挂点加高装置俯视图Fig.3 Top view of the device that adds height of the pulley

2.2 卡具结构

图4 卡具结构主视图Fig.4 Main view of the fixture structure

如图4、图5所示，所述卡具主要由上卡、下卡组成，卡具的中间型腔和线路上的绝缘子钢帽的外形轮廓相匹配，夹持在绝缘子钢帽上。为了安装方便、转动灵活，三个卡具接头分别与吊架的短接头、两个支撑丝杆接头通过螺栓形成可转动的铰接。

图5 卡具结构俯视图Fig.5 Top view of the fixture structure

2.3 支撑丝杆结构

如图6所示，支撑丝杆由摇柄、接头及丝杆主体组成，通过同时均匀等距调节两根支撑丝杆的长度可以改变吊架的高度，从而改变起重滑车的高度及其距离作业人员的位置。

图6 支撑丝杆结构图Fig.6 Structural diagram of supporting screw rod

2.4 吊架结构

如图7所示，吊架由铝合金管、短接头及长接头组成，通过铆接固定成一个整体，在吊架设置有长接头的一端头通过螺栓固定连接有0.5T滑车。

图7 吊架结构示意图Fig.7 Sketch of hanger structure

如图8、图9所示，安装在吊架中上部的三通接头主要由钢管、钢套管及耳板组成，吊架通过三通接头的耳板与两个支撑丝杆接头形成可转动的铰接。

3 主要部件强度计算

初步设计完成后必须进行受力分析，验证各部件的强度是否满足要求。

图8 三通接头主视图Fig.8 Main view of three way joint

图9 三通接头侧视图Fig.9 Side view of three way joint

3.1 吊架受力分析

3.1.1 吊架受力计算

依据起吊的绝缘子、工器具等的质量考虑，起重滑车最大起吊质量设为35 kg，即约为350 N,如图10所示，则吊架顶部受力为

图10 吊架顶部受力图Fig.10 Force diagram at top of Pylon

式中：F为吊架顶部受力（N）；G为最大起吊重力（N）；η为动载荷系数(1.4～1.6，这里取1.5)。

3.1.2 吊架强度计算

吊架长度为1 000 mm，支撑丝杆安装于顶部向下225 mm处，吊架与水平面最小夹角α为30°，如图11所示，则施加于吊架支撑点的弯矩为

图11 吊架顶部弯矩计算图Fig.11 Calculation diagram of bending moment at top of hanger

式中：M为吊架支撑点的弯矩（N·mm）；α为吊架与水平面最小夹角（°）；S为吊架顶部到吊架支撑点的距离（mm）。

吊架为管状结构，外径为30 mm，内径为22 mm，该截面惯性距为

式中：Ix为截面对X轴的惯性矩（mm4）；D,d分别为吊架钢管的外径和内径（mm）。

则该截面的抗弯截面模量为

式中：W为抗弯截面模量（mm3）。

该截面上的弯曲应力为

式中：σ为截面弯曲应力（N/mm2）。

安全系数按2.5考虑，则该截面上的弯曲应力

由此可以看出该截面的强度足够安全。

根据同样的计算原理对卡具、支撑丝杠进行受力分析，其强度均满足安全要求。

3.2 主要材料选择

根据受力分析及材料的物理性能进行材料选择。吊架选择外径30 mm、内径22 mm的Ly12C.Z高强度铝合金管，其屈服应力为280 N/mm2。选择额定工作负荷为1 t的支撑丝杠。卡具主要材料为Q235A高强度钢，其屈服应力为240 N/mm2。工器具加工完成后，对其做动荷机械试验，在3倍额定工作负荷下，工具灵活、轻便、无卡住现象，由所选材料制成的工器具完全能够满足现场安全使用要求。

4 结语

本装置技术创新取得了良好的效果，一是能够降低作业安全风险，使用该技术创新后,作业人员可以稳定地坐在绝缘子串上,轻松地拿取已经提升至作业点位置的工器具及绝缘子，避免了作业人员需弯腰、提拉等容易翻下绝缘子串的最危险的环节,降低了安全风险。二是能够降低作业人员劳动强度，作业人员无需出太大的力，就可以轻松拿取工器具、绝缘子等，从而极大地降低了作业人员的劳动强度。三是能够缩短作业时间，作业人员可以连续进行工作,无需中间休息，同时缩短了作业人员处在强电场的时间，安全风险同时也减小了。现场测试图见图12。

图12 现场试验图Fig.12 Field test diagram

本装置结构稳定、使用方便、安全可靠，极大地提高了带电作业效率，降低了人员劳动强度，降低了塔上作业人员的安全风险，具有良好的实用价值。

（References）

[1]林政国，范祥智，高磊.带电更换±800 kV特高压直流线路Y型复合绝缘子的方法及其工器具研发[J]．湖北电力，2016，40(6)：7-11．LIN Zhengguo,FAN Xiangzhi,GAO Lei.The re⁃search and development of Y-composite insulator string in the charged replacement of±800 kV UHV DC transmission line[J].Hubei Electric Power,2016,40(6):7-11.

[2]胡毅，刘凯.超/特高压交直流输电线路带电作业[M].北京：中国电力出版社，2011．HU Yi,LIU Kai.Live working technology on EHV/UHV transmission line[M].Beijing:China Electric Power Press,2011.

[3]胡毅.送变电带电作业技术[M].北京：中国电力出版社，2004．HU Yi.Live working technology on transmission lines and substations[M].Beijing:China Electric Power Press,2004.

[4]国家能源局.DL/T 1242—2013 ±800 kV直流线路带电作业技术规范［S］.北京：中国电力出版社，2013．National Energy Bureau.DL/T 1242—2013 Techni⁃cal specification for live working on±800 kV DC transmission line［S］.Beijing:China Electric Power Press,2013.

[5]鲁永生，康宇斌，张云翔.±800 kV特高压锦苏线检修关键工器具的研制[J].江苏电机工程，2014，33(2)：22-25．LU Yongsheng,KANG Yubin,ZHANG Yunxiang.Development of key live working tools for 800 kV DC Jin-Su transmission line[J].Jiangsu Electrical Engineering,2014,33(2):22-25.

[6]胡川，向文祥，沈晓龙，等.±800 kV特高压直流输电线路带电作业工器具研制及应用[J].湖北电力，2010，34(5)：1-3．HU Chuan,XIANG Wenxiang,SHEN Xiaolong,et al.Development and application of live working tools and instruments for±800 kV UHV DC transmission line[J].Hubei Electric Power,2010,34(5):1-3.

[7]李如虎，吴正树，陆文叁.带电更换±800 kV楚穗线绝缘子力的计算及工具选择[J].广西电力，2014，37(4)：57-59．LI Ruhu,WU Zhengshu,LU Wensan.Force calcu⁃lation and tool choice in the live-line replacement of insulators in±800 kV Chu-Sui transmission line[J].Guangxi Electric Power,2014,37(4):57-59.

[8]吴正树，李昌甫，陆文叁，等.带电更换±800 kV直流输电线路直线塔V串合成绝缘子方法研究[J].广西电力，2012，35(1)：27-29．WU Zhengshu,LI Changfu,LU Wensan,et al.Study on power on change method of V type composite in⁃sulator on straight line tower of ±800 kV DC trans⁃mission line[J].Guangxi Electric Power,2012,35(1):27-29.

[9]张海兵，景文炳，胡应华，等.特高压直流线路带电更换绝缘子卡具的设计[J].西华大学学报:自然科学版，2013，32(6)：73-78．ZHANG Haibing,JING Wenbing,HU Yinghua,et al.Study on live working tools for UHV DC transmis⁃sion line[J].JournalofXihuaUniversity:Natural Science,2013,32(6):73-78.