用于带电更换10 kV柱上联络断路器的杆顶过渡引线临时支架研制

王景熙，王 建，汪笃红，华陈健，王 健，孟令淇，周 涛

(国网上海市电力公司青浦供电公司，上海 201707)

柱上联络断路器在10 kV配电线路中起到了联络与分隔前后线路的作用，当前后线路中的设备发生故障时，能够通过一系列的倒闸操作，将故障点进行隔离以缩小停电范围[1]。当联络断路器本身发生故障需要更换时，则优先考虑带电更换联络断路器，以避免同时停用前后两条线路的情况发生。

作为第三类带电作业项目(共划分为4类)，带电更换10 kV柱上联络断路器相比于第一、二类简单项目，其作业过程更为复杂，不仅对于作业人员的操作技能有更高要求，同时需要布置更为周密的绝缘遮蔽措施[2-3]。总体而言，带电更换10 kV柱上联络断路器共分为7个步骤，如图1所示。

在作业过程中，为了保持临时引流线与横担(电杆)之间的有效距离，常采用PS15针式绝缘子对顶部临时过渡引线进行固定，在完成更换断路器后，再对临时引线进行剪断处理，拆除PS15针式绝缘子。目前，采用PS15针式绝缘子对临时过渡引线进行固定的方式存在以下两点不足。

(1)作业安全距离小，危险系数高。在安装与拆除针式绝缘子(尤其为中相绝缘子)过程中，作业人员需要进入10 kV线档中间，紧贴着主导线、断路器上引线、断路器上引线固定支架与顶部双横担完成对针式绝缘子的安装与拆除，作业人员与不同电位装置的距离很近，是整个作业过程中最为危险的一点[4]。带电更换10 kV柱上联络断路器作业现场如图2所示。

(2)作业时间长，工作效率低。针式绝缘子依靠螺帽进行紧固，在佩戴绝缘手套的情况下，旋拧与紧固过程需要消耗作业人员更多的精力。同时，临时过渡引线在针式绝缘子上的固定采用扎线绑扎方式，进一步增加了作业时间。

1 解决方案的提出

目前带电更换柱上联络断路器流程中采用PS15针式绝缘子的方式，但在操作时作业人员需要进入线档中间进行操作，并且整个安装与拆除杆顶绝缘子、绑扎临时过渡引线过程所需时间将不少于30 min，占总体作业时间约1/5。

为解决该问题，本文提出一种以T字型绝缘短杆替代PS15针式绝缘子的临时支架方案。作业人员仅需站在主导线外侧即可通过临时支架结构上的变化来完成中相临时过渡引线的绑扎工作，完全避免进入线档中间这一危险动作。同时，支架底座与临时引线固定部分均采用快速固定的方式，避免了逐相旋拧针式绝缘子底部固定螺丝与绑扎引线的过程，减少作业时间。

2 临时固定支架的设计

用于带电更换10 kV柱上联络断路器的杆顶过渡引线临时支架的整体设计，关键要解决4个问题：如何实现从10 kV主导线外侧对中相临时过渡引线进行固定；如何保持临时过渡引线之间、与杆顶地电位部分的有效距离；如何将临时支架固定于杆顶双横担上；如何实现临时过渡引线的快速固定。

2.1 中相临时过渡引线固定方案的设计

如何实现从10 kV主导线外侧完成对中相临时过渡引线的固定是临时支架装置首要解决的问题，所设计的结构必须满足结构牢固性、作业安全性与使用便捷性的要求。根据带电作业实践情况，其结构设计方案可分为3种情况，如表1所示。

表1 3种结构设计方案对比分析

由表1可知，垂直方向翻转的方案在结构牢固性、作业安全性、使用便捷性这3个方面均具备较好的优势。基于此，杆顶过渡引线临时支架设计为垂直方向翻转的T字型结构方案。

2.2 主绝缘部分方案的设计

主绝缘部分起到了保证临时过渡引线之间与杆顶地电位部分的有效距离的作用[5-7]，其设计方案需要考虑材料和尺寸这2个因素。

(1)在材料方面，带电作业对安全性要求非常高。根据《安规》规定，带电作业绝缘工具必须满足绝缘强度和机械强度的要求[5-6]，临时支架采用带电作业工具常用的3640环氧酚醛玻璃布绝缘空心管作为材料，型号规格为20 mm×26 mm×3 000 mm，在满足绝缘性能的同时保证了足够的机械强度。

(2)在尺寸规格方面，绝缘支架主要由两部分构成，即主绝缘杆部分、支撑绝缘杆部分。

绝缘杆长度分配如图3所示。根据GB T 18857—2002《配电线路带电作业技术导则》与《国家电网公司电力安全工作规程(配电部分)》[8]要求，10 kV线路相间引线间的最小距离为0.3 m，考虑空气湿度等环境因素对相间距离的引线，预留0.1 m的长度余量，故相间主绝缘长度为L1=0.4 m。此外，考虑到固定引线装置的安装位置需要一定宽度，因此两端各预留约0.1 m，即L2=L3=0.1 m。最终主绝缘杆总长度设为L=L1+L2+L3=0.4+0.1+0.1=0.6(m)。

图3 绝缘杆长度分配

引线对双横担/杆顶(地电位)的最小安全距离：《国家电网公司电力安全工作规程(配电部分)》中规定用于10 kV电压等级的绝缘承力工具其有效绝缘长度至少应满足0.4 m，故将支撑绝缘部分长度L4设为0.4 m。

2.3 支架安装部分的设计

2.3.1 固定方式

支架底座有两种方式固定在双横担上：采用底座与螺栓紧固组合固定方式；采用底座内置开关式磁力座的固定方式。两种底座固定方式对比分析如表2所示。

表2 两种底座固定方式对比分析

由表2可知，螺栓紧固的方式需要作业人员触及横担下部空间，作业人员处于有电部位与地电位之间，存在不安全因素。同时由于底座预留孔洞之间的尺寸固定，装置只适用于一种型号的横担。开关式磁力座的最大优势就是作业人员可以在安全距离内完成安装，只需拧转磁力座的旋钮即可快速装拆，十分便利，同时可以适应不同横担尺寸的要求。由此，本文选用开关式磁力座的固定方式。

2.3.2 磁力座选型

开关式磁力座的规格选型需要考虑吸着力与尺寸之间的平衡关系。尺寸越小，其重量也越轻，虽然便于携带与安装，但吸着力可能不足；大尺寸的磁力座能满足吸着力要求，却不方便携带、装拆。因此，开关式磁力座的规格需要根据实际情况进行选型。

目前，上海地区10 kV配电线路耐张杆的横担角钢尺寸一般为75 mm×75 mm×8 mm，磁力座宽度必须小于75 mm。在吸着力方面，对带电更换10 kV柱上联络断路器作业进行了统计分析，明确杆顶临时过渡引线所受合力不超过1 000 N。

考虑1.5倍设计余量后，本文选用型号为SCK-150GSK的开关式磁力座，其尺寸为120 mm×65 mm×52 mm，适合安装在杆顶双横担上，重量适中，并且吸着力可达1 500 N，满足实际作业需求。

2.3.3 封装形式

开关式磁力座为金属材质，考虑到作业安全性，本文采用绝缘外壳将其封装。在底座绝缘外壳和磁力座上设置了几组定位孔，待磁力座置入后，通过拧入螺栓将磁力座封装起来，最后将底座绝缘外壳上的孔洞进行绝缘恢复，防止因螺栓金属部分外露而影响支架底座的绝缘性能。磁力座定位孔示意图如图4所示。

图4 磁力座定位孔示意图

2.4 引线固定部分的设计

2.4.1 开口大小

上海地区10 kV主导线型号主要有两种：150 mm2和185 mm2。经计算，150 mm2导线半径为7 mm，为使不同型号引线都能固定，临时引线夹板凹槽以150型号导线为尺寸，开口半径R=7 mm，开口弧度为104°。

2.4.2 闭锁方式

一般带电作业绝缘工器具中常用到3种闭锁方式[9]，对3种方式作了分析比较，如表3所示。

由表3可知，螺丝旋拧和扎丝缠绕的方式最为简单。但螺丝旋拧的方式速度慢、效率低并且容易发生高空落物，扎丝缠绕的方式在缠绕过程中动作幅度较大，不利于带电作业安全并且在解开操作时不方便。快速夹具相较而言牢固性好、操作方便，固定和拆卸速度快，带电作业人员动作幅度小、安全性高，更适用于临时支架的应用情况。

表3 三种闭锁方式比较

2.5 临时固定支架整体方案整合

根据各部分的结构设计情况，最终确定临时固定支架整体设计如图5所示。

图5 临时固定支架整体结构设计图

3 样品制作与试验

根据临时固定支架整体结构设计，利用三维制图软件Auto CAD绘制样品三维图，经过测量、挫削、打磨及装配，制作出临时固定支架样品如图6所示。

图6 临时固定支架样品

带电作业对安全性要求非常高，根据《安规》规定，带电作业工具必须满足绝缘强度和机械强度的要求，因此委托专业的电力工业电气设备质量检验测试中心对制作的样品进行电气试验和机械试验，并出具样品检测报告。试验结果表明：制作的临时固定支架样品可满足带电作业要求。

4 样品的试用与推广

为检测临时固定支架的使用效果，在模拟线路上针对装拆绝缘子与固定临时引线的过程进行试验(未做整套更换柱上联络断路器项目，并且选择普通耐张杆)。

样品试用如图7所示。与原作业方法(装拆PS15针式绝缘子，绑扎临时过渡引线)进行对比，试验结果如表4所示。

图8 样品试用图

表4 作业时间对比试验

经过15次试验得到，采用传统工具的平均作业时间为29分28秒，而采用临时固定支架的平均作业时间仅为9分11秒，减少作业时间近20 min，有效缩短了作业时间。

作业安全性方面，新研制的临时固定支架能够有效实现从主导线外侧固定中相临时过渡引线。在15次试验中，支架均能牢固吸附在杆顶双横担上，其引线夹持部分能够可靠夹持临时过渡引线，未发生一例支架移位、临时引线脱落的情况。

目前国网上海市电力公司青浦供电公司带电班均已配备该临时固定支架，并已正式在现场作业中投入使用。使用新工具后，带电更换柱上联络断路器项目作业时间可缩短20 min以上，并且大大提升了作业安全性，具有较强的推广使用价值。

5 结语

本文所研制的杆顶过渡引线临时支架，能够使整个带电更换10 kV柱上联络断路器项目作业时间从150 min减少至130 min，有效提升了作业效率。同时，该临时支架的成功应用能够使作业人员在作业过程中从10 kV线路外侧完成对中相临时过渡引线的固定工作，完全避免了传统作业方式中进入线档之间拆装中相PS15针式绝缘子这一危险动作，最大限度地保证了作业安全性，克服了传统作业方式带来的难题，取得了良好效果。