±800kV祁韶线“V”型双联合成绝缘子带电作业工具及方法研究

国网湖南省电力有限公司输电检修分公司 汪志刚 陈坚平 王晨枫 梅文建 李 鹏 张 树

国网±800kV祁韶线起与甘肃酒泉桥湾换流站、止于湖南韶山换流站，全长2383千米，途径甘肃、陕西、重庆、湖北、湖南五省，将西部风电、煤电、光伏电力送至湖南地区，输电能力800万千瓦，每年可新增送电约400亿千瓦时，减少燃煤运输1800万吨，减排烟尘1.5万吨、二氧化硫8.8万吨、氮氧化物8.0万吨、二氧化碳2960万吨，将有效促进大气污染物防治目标的实现。作为西电东送能源大动脉，线路的安全稳定运行关系重大，一旦出现跳闸停电，将对湖南地区造成巨大经济损失。

合成绝缘子较瓷、玻璃绝缘子具有体积小、重量轻、运输安装方便、机械强度高、耐污性能优异等优点，但随着合成绝缘子使用数量增多、运行时间增加，线路运行过程中缺陷也随之增加，作为绝缘承力设备的合成绝缘子在运行中受工作电压、操作电压及雷电过电压的影响以及外力破坏、环境污秽以及大风雨雪天气影响，易出现绝缘子伞套脆化、粉化、连接部位密封失效，棒芯机械强度下降或零值现象，如不及时更换将出现导线对地放电，甚至掉线，严重危害线路安全运行，开展带电更换合成绝缘子作业将大大缩短线路“带缺陷”运行时间。但由于±800kV祁韶线杆塔设计特点，其直线塔窗口结构尺寸发生较大变化，导线对横担净空距离变小，导线、金具等设备型号也发生变化，导线截面由900提高到1250，线路荷载大幅提升，传统作业方法和绝缘子更换工具无法满足要求，这些也成为祁韶特高压带电作业安全开展的巨大挑战。

±800kV祁韶线采用双极单回线路架设，左侧正极、右侧负极，杆塔高度普遍偏高，绝缘子串长偏长，连接金具数量以及重量也偏重，“V”型合成绝缘子占比约为四分之一。当前更换合成绝缘子通常采用“整体提线”的方式，即使用两组相同的横担卡、丝杆、绝缘拉棒、六线提线钩，各工具顺序连接，前后对称安装于横担与导线线夹处，通过紧丝杆行程的收缩将全部六根子导线的荷载转移到承力工具上，其方法及使用工具如图1所示，其缺点如下：

图1 工具示意图

根据《±800kV直流线路带电作业技术规范》（DL/T1242—2013）的要求，海拔在1000m及以下地区绝缘工器具最小有效绝缘长度为6.8m，海拔在1000～2000m地区绝缘工器具最小有效绝缘长度为7.3m，当杆塔海拔高度大于1000m时，由于±800kV祁韶线直线塔窗口结构尺寸发生较大变化，使用传统方法安装承力工具，在安全距离方面不能满足要求；使用整体提线方式时，合成绝缘子以横担端上挂点为圆心向上做圆周运动，由于绝缘子自重，在绝缘子向上运动的过程中绝缘子易发生形变呈外弓形，导致上下挂点无法脱离；承力工具布置方向竖直状态，与荷载方向在同一直线上，在荷载转移过程中V型绝缘子导线端挂点全部卸载，导线及其金具的重量全部由承力工具承载，转移荷载量大；工器具笨重，操作速度慢、体力消耗大、作业效率低下。由于以上问题，现有更换绝缘子方法在安全生产中存在较大隐患，极大限制了祁韶特高压带电作业的发展。

1 工具的型式方案设计

本文提出一种新的带电更换特高压输电线路双联绝缘子的装置及方法，放弃荷载量大的“整体提线”方式，采用“斜拉法”荷载转移方式，其承力工具沿绝缘子方向布置，其受力承三角形分布，即承力工具需转移的荷载仅为单串合成绝缘子的重量。装置包括横担卡、液压丝杆、绝缘拉棒、机械丝杆和大刀卡；横担卡包括上合页、下合页和转接头，下合页托于横担下，上合页铰接于下合页上围成匹配于横担的三角形空腔，转接头铰接于下合页下；拉棒的一端通过液压丝杆与横担卡的转接头可拆卸连接、另一端通过另一卸载丝杆与大刀卡可拆卸连接，大刀卡装配于导线连板处，通过液压丝杆收紧行程实现荷载转移。装置各部件间可拆卸连接、便于携运，降低劳动强度，能单独带电更换特高压输电线路双联绝缘子中任一串绝缘子。

横担卡设计包括卡主体和转接头；卡主体包括上合页和下合页；上合页呈等腰三角型，其顶角处设有矩型凹槽以与横担的竖直段锁止限位，其等腰边角内壁设有豁口以与横担的水平段锁止限位；下合页托于横担下，上合页铰接于下合页上围成匹配于横担的三角形空腔；转接头铰接于下合页下。使用时将下合页托于横担下，然后将上合页铰接于下合页上，此时上合页顶角处矩型凹槽与横担的竖直段锁止限位、等腰边角豁口与横担的水平段锁止限位，构成三角形布置的三个锁止点，保证转载时受力稳定，避免出现偏载的现象。大刀卡利用刀卡的前端卡钩卡住绝缘子导线端连板限位孔，从而便于实现将V型双联合成绝缘子中的任意一串进行单串转载、维修和更换。

图2 安全距离及组合间隙示意图

2 带电作业安全距离校核及力学仿真

安全距离校核是带电作业安全措施的核心环节，±800千伏输电线路规定，等电位人员进入电场前应检查屏蔽服连接可靠，转移电位时组合间隙不得小于6.6米，人体裸露部分与带电体保持0.5m以上安全距离，进入电场与接地体保持6.8米以上安全距离；地电位作业人员与带电体保持6.8m以上的安全距离[1]。

以±800千伏祁韶线4370号直线塔为例，#4370号直线塔位于益阳市桃江县，地形为山地。塔型Z27154A-54，呼高54m，前侧档距650m，前侧档距377m，垂直档距628m。导线型号为6×JL1/G2A～1250/100钢芯铝绞线，绝缘子型号为FXBZ-±800/550-2，绝缘子金具串代号＊片数8V2S-5065-42H-2A1，绝缘子夹角75度。

水平距离校核。由线路运维单位提供的杆塔数据可知，铁塔中心至横担端头距离为18730mm，铁塔中心至塔身边缘水平距离为2150mm；横担端头至分裂导线中心距离为8290mm；则分裂导线中心距铁塔塔身边缘水平距离为：SP=18730－8290-2150=8290mm；考虑均压环短接部分空气间隙，取短接间隙为r=500mm，则带电体距塔身的实际水平距离SP'=SP－500=7790mm。当地电位人员进入作业位置时，地电位人员与带电体的距离满足安规上大于6.8m的要求。

垂直距离校核。查图纸及相关数据得知绝缘子长度为9600mm，直角挂板、U型挂环、联板等金具总长度长度1615mm，则绝缘子串长度为11215mm，V串夹角为75°。则带电体距横担的实际垂直距离=11215×cos(75/2)=10833mm，其中均压环短接空气距离为r，取值为500mm，H=10333mm。

组合间隙核算。在作业人员进出等电位过程中，组合间隙存在以下几种组合：S01=S0+S1,S02=S0+S2，考虑等电位人员采用吊篮进出电场过程中，吊篮按照宽b=600mm、h=600mm对以上两种组合间隙进行 分 析。S01=S0+S1＞H-h=10033-600=9233mm,S02=S0+S2＞SP’-b=7790-600=7190mm，S01和S02满足DL/T 1242-2013《±800kV直流线路带电作业技术规范》中等电位人员组合间隙不得小于6.7m的要求[2]。

3 工具现场试装

为推动±800kV祁韶线特高压带电作业技术水平向纵深发展，验证研制的特高压带电作业新工具的实用性，保障特高压压电网安全稳定运行，2020年4月25日国网湖南输电检修公司带电作业中心在益阳市桃江县牛田镇东村±800千伏祁韶线4375号直线塔实施该工具的试装，试装效果表明，所研制的工具轻便，方便作业人员传递与安装，大大降低了作业安全风险和作业人员的劳动强度，提高了作业人员的作业效率。

综上，本文研制分析了当前±800kV祁韶线在开展带电更换“V”型双联合成绝缘子作业时存在的问题，结合±800kV祁韶线线路特点研制一种由横担卡、液压丝杆、绝缘拉棒、机械丝杆和大刀卡组成的工具。提出使用“斜拉法”代替“整体提线”来实现荷载转移，对其进行了安全距离校核及荷载计算。在±800千伏祁韶线4375号直线塔实施该工具的试装，效果显示其具备较高的可行性、安全性、实用性，有力的提升了±800kV祁韶线带电作业水平。