35—220 kV架空输电线路地线提升器研制与应用

王 鹏，王利亭，纪 磊

(国网浙江省电力公司嘉兴供电公司，浙江 嘉兴 314000)

0 引言

随着运行年限的增加，在长期不平衡张力作用和环境污染、雾霾、雷雨等不良工况的影响下，架空输电线路地线会发生锈蚀、断股，其配套金具会锈蚀、损坏，绝缘子会劣化，严重时会导致断线事故发生。及时检查更换架空地线及其配套的金具、绝缘子，成为输电线路可靠运行的重要保证。

现阶段输电线路检修工艺中，对35—220 kV地线顶架进行检修时，容易受到工器具、塔头结构、作业空间等多方面限制，提升架空地线较困难且安全风险大，因此急需研制一种方便实用的架空地线专用提升器。

1 常规架空地线提升方法分析

35—220 kV架空输电线路地线连接金具组合长度一般为20—40 cm，在常规检修中，提升地线主要采用钢丝绳套绕绞或2人协作用肩膀扛起架空地线的方法，如图1，2所示。其他如使用链条葫芦、转向滑车等工具的作业方法，由于工具繁多、操作复杂，安全风险较大；加之作业空间狭小，作业人员拥挤，使用这些方法会导致作业人员的安全风险较大，浪费时间且工作效率低，同时对于悬垂线夹的安装工艺也有影响，因此一般不采用。于架空地线提升困难，导致了安装过线滑车、更换地线线夹工作难度增加。对在常用35—220 kV塔型地线顶架上更换地线线夹的作业时间进行统计，发现平均作业时间为70 min，具体如表1所示。

图1 钢丝绳套绕绞作业实景

图2 两人协作用肩膀扛作业实景

表1 不同结构地线顶架作业时间

2 专用地线提升器的研制

为了避免在架空地线检修作业中采用常规提升方法所引发的安全风险，提高作业效率，现研制了一种适用于常规塔型地线顶架结构、由单人即可操作的专用提升器。

35—220 kV架空线路直线杆塔常规塔型的地线顶架结构基本分为4类，且这4类地线横担作业空间都相对狭小，如图3所示。

根据4类地线顶架结构特点及常规地线连接金具的实际情况，针对不同厚度、宽度的角钢，研制了一种地线提升器，如图4所示。该工具由高强度铝合金材料制成，分为固定部件、可调地线钩和提升丝杠3部分，可拆卸组装，适用于多种悬挂方式下的地线提升作业。

图3 常规塔形地线顶架结构

图4 专用地线提升器结构

3 专用地线提升器的结构分析

3.1 固定部件

由于固定部件与地线顶架直接接触，部件结构及安装位置直接关系到地线顶架塔材及工具的受力，经过对35—220 kV地线顶架结构的统计分析及垂直荷载计算，采用了卡头式固定部件。安装固定的卡头分为主卡和副卡(见图4)，主卡起主要固定作用；副卡为适应不同地线顶架的角钢结构和角钢宽度，可调节固定。卡头的大小综合考虑了各种直线塔的地线顶架结构、塔材尺寸。为防止提升作业过程中卡槽滑出，在卡槽处还增加了固定螺杆，用作卡具提升受力时的保险装置。

3.2 可调地线钩

可调地线钩采用地线挂钩与调整板组合连接的方式。架空地线一般有直接与悬垂线夹或联板等金具连接和通过绝缘子与联板等金具绝缘连接2种方式，导致架空地线与地线顶架间的距离不等。从通用性上考虑，为满足不同电压等级、不同间距下地线提升时的可操作性，在提升器上设计了调整板，并在调整板上加工多个调节孔距，可根据现场距离随意调整。

由于地线钩与地线直接接触，参考现有导线钩、双钩紧线器等挂钩形式，为防止提升时损伤地线，地线钩内侧设计成圆弧形。同时为确保提升器的通用性及安全性，在确定钩口尺寸时，综合考虑了35—220 kV架空输电线路地线各种型号、OPGW光缆及考虑护线条后的直径尺寸。

3.3 提升丝杠

从优化作业方式、简化作业流程方面考虑，参考双钩紧线器，设计将丝杆作为提升工具。该工具由单人即可完成操作。地线提升器丝杆将摇杆的回转运动转化为丝杆的直线提升运动，丝杆只受很小的摩擦阻力，能够极大减轻操作人员的工作量，操作简便。

4 专用地线提升器的强度校验及试验

4.1 强度校验

根据地线提升器结构，可将提升器分为固定部件和提升杆2部分进行受力分析，其结构尺寸及受力模型如图5所示。

图5 提升器结构尺寸及受力模型

在图5(b)中，G地为地线垂直荷载；T地为地线张力，方向与提升器长度方向垂直；H地为地线横向荷载(主要为风荷载，提升杆风荷载此处可忽略不计)。

采用JLB40-150型地线，单位长度重量0．697 kg/m，直径D为15．75 mm。地线覆冰厚d冰为10 mm，最大风速30 m/s，垂直档距Lv最大取650 m。提升器固定部分采用3A21型铝合金，抗拉强度σ为160 MPa，抗剪强度τ为120 MPa。

在极限使用情况下，各项荷载计算如下。

(1) 地线垂直荷载G地。

式中：g1为自重荷载；g2为承重荷载。

(2) 地线水平风荷载H地。

其中：α为风压不均匀系数，取0．75；Wo为基准风压标准值；μZ为风压高度变化系数，取1．67；μSC为导、地线体形系数，取 1．2；LP为杆塔水平档距，取400 m；β为覆冰时风荷载增大系数，取1．1；θ为风向与地线方向来角，取90°；V为基准高度为10 m的风速，取29 m/s。

根据以上公式，计算出H地=1 478 N。

(3) 地线张力差T地。本计算中考虑杆塔地线张力差极限使用情况，即一侧地线为最大使用张力；另一侧地线断线，张力为0。JLB40-150地线拉断力为906 20 N，取地线设计安全系数为4．5，则地线最大使用张力：

（4） 固定部件受力计算。提升器固定部件可视为简支梁模型，如图5所示。故断线情况下，构件最大弯矩Mmax=682 N·m。构件最大剪力Fmax=G地/2=4 537 N。最大拉应力σmax=Mmax/Wz=90．93 MPa＜σ。最大切应力τmax=3×Fmax/(2 A)=4．54 MPa＜τ。

（5） 提升杆计算。提升杆主要受地线垂直荷载引起的拉力及由地线风荷载和地线张力差引起的合成弯矩影响。提升杆直径为Φ25，长度为500 mm。将其视为轴心受拉构件，杆体所受的拉应力计算如下：σ拉=G地/S=18．49 MPa＜σ。

其中：S为提升杆截面积。

综上，所设计的地线提升器可满足一般工况下的强度要求。

4.2 相关试验

4．2．1 出厂试验

在安全工器具性能试验机上进行拉力试验，加20 kN试验拉力，持续10 min。检测结果：工具使用灵活、无变形及损伤，符合电力工器具出厂试验要求。

4．2．2 机械试验

进行预防性机械试验时，在将该提升器组装成工作状态后，加18．42 kN试验拉力，持续10 min，该提升器未出现任何变形等异常情况，产品合格。

5 实际应用

地线提升器试验通过后，分别在35—220 kV线路共12基杆塔不同结构地线顶架上进行更换地线线夹、联板等作业，其通用性、安全性、高效性得到了很好的验证。

地线提升器通过副卡调节，可以充分满足在各种塔型上的作业需求。同时，在设计地线挂钩时，充分考虑了包括OPGW光缆、铝合金地线、钢绞线、护线条等的各种不同尺寸，具有很好的通用性。

地线提升器可以由单人在杆塔上操作，固定卡件受力稳定，丝杆操作简便省力，检修作业时间平均仅需25 min，较无专用工具时平均时间缩短近2/3，效率提升显著。作业人员的减少及作业时间的缩短，也大大降低了塔上作业的风险，凸显出该工具的安全性和高效性。

6 结论

地线提升器具有通用、安全、高效等特点，使用方便、优势显著，在架空输电线路地线常规工作及抢修工作中得到了广泛应用。目前该工具已申请实用新型专利。

1 国家能源局．DL 741—2010架空输电线路运行规程[S]．北京：中国电力出版社，2010．

2 国家电力公司东北电力设计院．电力工程高压送电线路设计手册[M]．北京：中国电力出版社，2003．

3 中华人民共和国住房和城乡建设部，中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局．GB 50545—2010 110—750 kV架空输电线路设计规范[S]．北京：中国计划出版社，2010．

4 中华人民共和国建设部，中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局．GB 50233—2005 110—500 kV架空送电线路施工及验收规范[S]．北京：中国电力出版社，2005．

5 单辉祖．材料力学(第四版)[M]．北京：高等教育出版社，2004．

6 高 涛．输电线路架线施工不停电跨越技术探讨[J]．电力安全技术，2013，15(2)：12-16．

7 曾国忠．新型专用紧线成套工具的研制与应用[J]．电力安全技术，2014，16(10)：66-67．