500 kV绝缘杆实用型操作头的设计及制作

孙红梅，张　凯

(1. 国网辽宁省电力有限公司检修分公司，辽宁　沈阳　110003；2. 国网辽宁省电力有限公司，辽宁　沈阳　110006)

1　绝缘杆使用概述

近些年，东北电网500 kV主网架已经覆盖了东北地区的绝大部分电源基地和负荷中心[1]，随着电网大力发展，相应电压等级的一次设备得到广泛使用。由于该电压等级下设备体积大、高度较高，绑梯困难，有时斗车无法开进现场，而绝缘杆由于其伸缩自如、重量适中、维护方便等特点，在试验现场得到了广泛应用[2]。且在生产实践中，对于500 kV高压设备，试验多采用不拆引线试验方法[3-4]，该试验方法使绝缘杆成为了试验中不可或缺的安全工器具。同时，由于500 kV高压设备较220 kV及以下电压等级的电网设备有很大差异，对其进行相关检修测试时，对绝缘杆的要求也不同，市场常见绝缘杆更适合于220 kV以下的配电网设备检修测试工作。

绝缘杆是对500 kV设备进行电气试验作业时使用的最主要的绝缘安全工器具，作业中要求绝缘杆应有足够的机械强度和电气绝缘强度。常见的绝缘杆杆体多采用环氧树脂、高强玻璃纤维制成[5]，绝缘水平、硬度、韧性等各项性能指标满足生产实际需求。

经过调查发现，绝缘杆的使用能够避免试验作业人员攀爬高压设备，防止高空坠落发生，有助于提高工作效率，降低了试验的危险性。绝缘杆已成为试验专业必不可少的工器具。但在长期的使用过程中发现，现有试验杆在进行500 kV设备试验过程中存在接触不良、不牢固等问题，进一步分析发现，引起问题的主要原因是绝缘杆的操作头结构和材质。

常见绝缘杆端部金属操作头为镀铬件或铝合金材质，与绝缘杆采用内嵌式结构连接(见图1)。但操作头为镀络件时，由于其重量较重，当绝缘杆伸长到8 m时，操作头重量将使得绝缘杆发生弯曲变形、摇摆，导致试验接线困难，且这些操作头的结构不适用于500 kV一次设备相关电气试验接线及测试项目。

图1　常见绝缘杆金属操作头

高压试验使用绝缘杆的频率高，且对绝缘杆操作头的结构有独特要求，为了能够安全高效地完成试验任务，结合自身工作经验，设计和制作了符合电气试验专业现场需求的绝缘杆操作头。

2　设计与制作

查询并对比了其他500 kV作业班组或单位的绝缘杆操作头结构情况，发现各班组均使用了自制绝缘杆操作头进行高压试验，但是操作头结构各不相同，包括了“问号”形、倒“人”字形等，这些结构在进行直流1 mA电压试验时会出现接触不稳定进而需要工作人员手扶持，使得工作人员面临接触到高电压的风险(见图2)。

(a)侧视图(b)俯视图图2　其他班组自制接头

为了提高试验专业的工作效率，顺利完成试验任务，结合专业特点，从操作头的结构、材质和制作等几个方面着手，设计及制作出具有自身特点的绝缘杆操作头。绝缘杆操作头的设计及制作主要从操作头的选材、制作及与绝缘杆端部连接几个方面入手。

2.1　结构设计

2.1.1操作头端部设计

在高压试验中绝缘杆主要用于连接在横梁或螺纹处，故在操作头端部设计时主要考虑到在这些结构处连接良好。经过反复测试，发现对于横梁连接处，可采用挂钩连接较为牢靠，在螺纹连接处采用环形钩挂方法更为合理。总体结构如图3所示。

(a)侧视图(b)俯视图图3　本设计自制接头

考虑到方便保存和使用，结合现场横梁及螺纹的尺寸，最终将操作头的尺寸确定为较大挂钩为曲率半径约R100～R120椭圆形，环形钩挂为R10～R20的圆环形，两个环形结构位于同一水平面，该水平面与绝缘杆本体成90°～135°夹角，并与本体相距15～20 cm，方便使用者灵活操作。

2.1.2连接部位设计

在连接部位设计时，主要考虑了该部位所要承受的拉力、连接的稳定性及制作成本。绝缘杆整体重量约3 kg，考虑到室外作业经常有大风，故连接部位应能够承受至少30 N的拉力。内嵌式连接方式制作复杂，成本高，为了保证连接稳定可靠，且成本控制在能接受的范围内，故采用点连接与面连接相结合的方式将操作头与绝缘杆本体相连。点连接是指通过横向贯穿杆体进行连接，面连接是指用螺旋缠绕的方式进行连接。点连接可提高绝缘杆的纵向抗拉能力，面连接结构在辅助纵向拉力的前提下，保证操作头的横向稳定性。

市场所售绝缘杆操作头采用内嵌式连接方法，是在端部打孔后用螺栓连接内嵌金属部件，这种连接方法的力学性能经测试是满足相关要求的，内嵌式操作头的金属延伸长度超过打孔部位3～5 cm，测试时其电气性能满足要求。为了保证连接部位设计的合理性，绝缘杆端部横穿孔的部位及大小均与厂家进行了研究探讨，综合分析后决定在相同部位打孔连接自制绝缘杆操作头，其力学性能满足要求。该自制绝缘杆操作头连接方法使得金属长度截止到打孔部位，相比较与内嵌式连接方法，有助于绝缘杆本体的有效绝缘长度增加3～5 cm，电气性能得到提高。

2.2　制作

2.2.1选定原料

a. 操作头材料(见表1)

根据高压试验中绝缘杆的应用情况，选定操作头的材质。绝缘杆头部在试验中需要承受较大的重量，故其应具备足够的硬度和抗拉强度，承受30 N的力，不应在工作中变形断裂，且应具有较高的导电性和抗氧化性，本身不应有太大重量。在充分考虑到制作成本及操作的可行性后，最终选择半径0.3 cm圆形截面低碳钢热镀锌铁丝即10号钢丝(GB/T699—1999)。

表1　操作头材料技术指标

b. 辅助材料(见表2)

为了保证端头的稳定性，并且减少操作头在施加电压时的尖端局部放电，降低泄漏电流的大小，在本操作接头的连接部位必须使用到PVC电工电线绝缘阻燃塑料胶带。

表2　辅助材料技术指标

2.2.2制作及安装

根据操作头设计情况，截取约160 cm长的10号钢丝，将2端分别打磨成半球状界面，然后将所选钢丝一端绕制成R20的封闭小圆环，然后在同一端制成R100的大环状结构，开口约30°，小圆环嵌套在大圆环内，2个圆环位于同一个水平面内。

为了操作头与绝缘杆端部接触牢固，且能承受足够的重量，选择距离绝缘杆端部5～7 cm处用电钻打孔。电钻钻孔时进度要缓慢，防止在绝缘杆端部产生冲击裂纹后，承重时发生断裂。打出穿孔后，将10号钢丝穿过孔，使得操作头的大圆环距离绝缘杆本体约15～20 cm，然后将剩余的钢丝进行铰接且紧密规则的缠绕在绝缘杆预留的5～7 cm端部。

此时的操作头仍然不稳定，会发生轻微晃动，为了彻底固定操作头，必须使用PVC绝缘密封胶带进行多层紧密缠绕对其进行紧固处理。同时，缠绕绝缘胶带可以避免端部尖端放电，保证操作头与手柄的有效绝缘长度，减少泄漏电流。自制绝缘杆操作头见图4。

图4　自制绝缘杆操作头

2.3　应用情况

2.3.1性能测试

为了绝缘杆的各项性能是否复合规程[6-7]要求，将制作的绝缘杆送至有资质的单位进行检测，测试数据如表3、表4所示。

表3　绝缘杆绝缘电阻测试结果

表4　绝缘杆泄漏电流测试结果

结果显示，使用了本文设计操作头的绝缘杆，其绝缘电阻率及泄漏电流检测结果合格。

2.3.2实际应用

为了延长绝缘杆操作头的使用寿命，在使用时先将测试线夹在绝缘杆操作头部位，再将测试线接近绝缘杆端头部分用绝缘胶带绑定在绝缘杆处，如图5所示，减少高压线对操作头的横向拉力。

图5　绝缘杆接线方法

该绝缘杆操作头制作完成后，可用其进行多种试验项目，例如500 kV避雷器直流1 mA电压、0.75U1mA电压下泄漏电流、绝缘电阻测试，500 kV电压互感器介损、电容量及绝缘电阻等诸多试验项目。现场利用自制绝缘杆测试结果数据与原测试方法所得一组结果相比较，如表5所示。

从表5可发现，自制绝缘杆在进行试验测试项目时，对试验数据无影响。在进行避雷器、互感器上节进行测试时绝缘杆能够牢固接触且加压，不用

表5　直流1 mA电压试验数值　V

作业人员肢体接触绝缘杆，提升了作业人员的安全性。

3　结论

通过对现场使用情况的分析，发现自制绝缘杆操作头的设计及制作，均充分考虑了超高压设备试验的特点。在实际使用中，不仅提高了试验的效率，使得试验接线效率大幅提高，而且避免了人员接触高电压的危险。该自制绝缘杆操作头具有下几个特点。

a. 绝缘杆操作头结构新颖，该结构解决了测试中接触可靠性、牢固性问题。

b. 所设计操作头结构简单、成本低，且容易制作安装。

c. 所设计操作头能有效降低作业风险，适合在500 kV作业单位推广使用。

自制绝缘杆操作头，不仅节约了工器具采买、制作的费用，且提高了试验接线的可操作性和安全性，同时考虑到作业人员在200 kV直流高压环境中的潜在危险，成功解决了无工作人员支撑时绝缘杆操作头的可靠连接。