带电更换550kN大吨位耐张绝缘子卡具研究

黄 麟

（云南电网有限责任公司带电作业分公司，云南昆明 650000）

随着社会的飞速发展，我国的用电量大大增加，必然要求输电技术向更高的层次发展。近年来建设以超高压、特高压电网为骨干网架的坚强智能电网，推动能源的高效开发和利用。超高压、特高压输电线路通常采用大吨位的玻璃绝缘子作为耐张绝缘子来承受大截面导线的张力。2016年7月云南电网迎来了首条±500kV永富直流超高压输电线路，此线路按照±800kV进行设计，耐张绝缘子采用了550kN大吨位玻璃绝缘子。因高海拔地区环境气候复杂、昼夜温差大，该线路玻璃绝缘子自爆率高，因现阶段国内对带电更换大吨位单片绝缘子未进行深入技术研究，检修工作面临巨大困难。

利用停电技术进行单片更换，作业过程中，超高压、特高压输电线路面临停电，且作业时间过长，严重影响了供电可靠性，给企业造成巨大的经济损失，同时大容量的输电线路停电会对整个电网架构造成震荡，严重影响整个电力系统的稳定性。

通过带电技术更换整串绝缘子，由于整串绝缘子长度较长、重量较大、更换整串绝缘子作业方法复杂并且操作困难，工作中需要10名以上作业人员使用复杂工器具配合更换，整个作业完成需要数小时或更长时间，这些都将导致作业风险大大增加，同时在作业过程中还可能造成整串绝缘子的脱落，造成绝缘子串裂解、断线以及停电事故，对整个电网造成冲击，导致大面积的用户停电。

1 目前作业现状

超高压、特高压输电线路的等级越高，一旦发生停电事故，所造成的的损失也就越大。因此，为在最大限度上降低因停电而发生的损失，在对超高压、特高压的输电线路进行检测维护的过程中，其主要业务都是通过带电作业的，为了进一步的提高超高压、特高压输电线路运行的稳定性、安全性及可靠性，应加快对带电作业技术研究的步伐，以便为其实践提高更高的技术支持。

传统更换耐张单片绝缘子采用闭式卡，利用闭式卡的前、后卡卡在绝缘子的钢帽上，通过收紧丝杆将绝缘子串的张力转移到卡具丝杆上，使被更换的绝缘子松弛，达到更换的目的。但是前卡是通过卡具前沿的“爪”与钢帽凸缘接触，传递力有限，受力较复杂，既有弯矩，又有剪切力和挤压力，后卡是通过卡具内腔壁与整个钢帽外壁接触传递力，接触面大，基本上是弯矩。

大吨位的绝缘子承受导线张力较大，利用传统的闭式卡进行更换，对绝缘子的工艺要求较高，前卡所接触钢帽的凸缘必须规则统一且受力良好。对工艺差的绝缘子则不能完成更换，但绝缘子钢帽都是通过钢材浇注而成，钢帽凸缘很难规则统一，受力良好。

现阶段国内对带电更换大吨位单片绝缘子研究主要针对工艺高的进口大吨位绝缘子，钢帽凸缘规则统一，研制的工器具也只能完成单一厂家的特定规格型号的大吨位绝缘子带电单片更换，而对于工艺一般的国内大多数大吨位绝缘子只能进行停电更换单片或者采用带电更换整串后对损坏单片进行替换。

本项目根据绝缘子的结构情况，在绝缘子选定合适的受力点，采用合理的受力方式，设计新型可靠卡具结构，通用统一规格型号不同厂家的大吨位绝缘子，通过破坏性试验，检验受力方式及受力点情况。突破大吨位绝缘子卡具采用新型结构可承受绝缘子大张力技术瓶颈，从而完成大吨位绝缘子带电更换单片工作。

2 方法研究

2.1 作业方法

±500kV永富直流线绝缘子串型为2×U550BP/240DHC，绝缘子片数为36片，串长为8640 mm。

2.2 带电更换±500kV永富直流耐张中间任意单片绝缘子

闭式卡前后卡适用于宜宾环球电瓷厂U550BP/240HDC玻璃绝缘子，可更换中间串任意绝缘子，如图1所示。

由于550kN大吨位绝缘子的钢帽处前沿部分小，采用2个前卡和1个后卡，2个前卡和后卡配合使用（采用拉力传感器适时监测2个前卡具受力分布情况，以利采取措施确保前卡间张力均衡）的作业方式。

图1 中间任意单片绝缘子作业示意图

2.3 带电更换±500kV永富直流耐张横担侧单片绝缘子

横担端牵引板卡适用金具为联板QY-64S与闭式卡前卡相配更换横担端第一片绝缘子，如图2所示。

2.4 带电更换±500kV永富直流耐张导线侧单片绝缘子

导线端翻板卡适用金具为联板LS-1287055S与闭式卡后卡相配更换导线端第一片绝缘子，如图3所示。

图2 横担侧单片绝缘子作业示意图

图3 导线侧单片绝缘子作业示意图

2.5 卡具负荷确定

关于卡具的额定设计荷重，我国最近新颁发的DL/T463—2006《带电作业用绝缘子卡具》规定取绝缘子级别（破坏负荷）的百分数加固定的常数，即

式中：P0为适用的绝缘子或金具级别，kN。

按此式，±500kV线路耐张和直线使用的最大绝缘子为550kN级的绝缘子，则卡具的额定设计荷重为150kN。

2.6 卡具材质选择

卡具型式及工作负荷确定后，需要确定的就是卡具主体的材质。可供选择的卡具主体材质及机械性能：40Cr、LC4、TC4 3种材料的机械强度都较高，如选用铝合金（LC4）材料，虽然材料比重较小，但力学性能[бb]及[бs]较钢材40Cr及钛合金TC4小的多，差了一倍左右，对于大吨位卡具，做成的卡具外形尺寸较大，整体重量反而较大，使用时需要较大的安装空间。

对于钢材40Cr及钛合金TC4，二者机械性能[бb]及[бs]很接近，40Cr的比重比TC4高1.8倍，因此40Cr材料不可取。

钛合金TC4比重比铝合金LC4大1.6倍，但力学强度均为铝合金的2倍多，做成的卡具除长度尺寸外，其他外形尺寸均比铝合金卡具小一半，对于大吨位卡具，整体重量反比铝合金卡具轻，另外由于外形尺寸小，使用时需要的安装空间小，操作也相对方便的多。

对于纤维增强复合材料，尽管其材质轻、强度高，尤其比强度高于钢但其机械性能各向异性，材质是非均匀的，其断裂伸长较小，横向强度及层间剪切强度低，在大载荷应用场合尚不如钢，且目前还没有现成的材料可选用，新开发成本很高。

经过对比研究，最终确定用钛合金（TC4）来加工550KN绝缘子卡具主体。

2.7 加工工艺

由于钛合金本身的力学、化学、物理性能间的综合，表现有自身的切削加工特点，选用线切割的方法进行加工。采用线切割的方法进行加工。

3 结束语

该项目的开展，解决了550kN大吨位绝缘子带电更换技术难题，同时减少了超高压线路的停电时间，降低了作业中人力、物力的投入，降低作业风险，提高了供电可靠性，为企业带来了巨大的经济效益和社会效益，填补了大吨位绝缘子带电更换单片的技术空白，为今后超高压、特高压更大吨位的绝缘子带电更换技术奠定基础。