新型抗倒伏高空接线钳研制

国网湖南省电力有限公司岳阳变电检修公司 张 磊 谢丹青 伍忠辉 王杨帆 周梓源

220kV 变电站大多数都是地方的枢纽变电站，220kV 变电站设备的持续健康运行对于地方经济和区域网架坚强意义重大。在220kV 变电站中，隔离开关、断路器和电流互感器在交接或例行试验中，都需要进行直流电阻测试，这是保证导电回路接触良好的重要手段，如果未经过此试验确认，导电回路就可能因为电阻过大、接触不良而发热，严重的甚至会造成设备烧毁。

图1 直流电阻过大，接触不良发热

变电站直流电阻的测试，有采用高空接线钳和升降车进行测量这两种方式。在220kV 变电站测量一次回路的直流电阻较少使用到升降车，原因如下：升降车数量不够，且升降车体积较大，不方便在设备多密的变电站内进行移动；升降车在变电站的操作和使用存在较大的安全风险；升降车的使用和申请程序繁琐，成本较高。因此现在几乎所有的220kV 变电站的直流电阻测试都是采用高空接线钳的方式进行测量。

采用高空接线钳进行220kV 电气设备直流电阻测量是一项非常危险的试验工作，需将回路电阻的线接在高空接线钳上面，现场工作人员通过臂力将长达近8米的绝缘杆（带回路电阻线）举起来，然后接挂在220kV 的隔离开关或断路器上端，由于绝缘拉杆长度较长（实测杆长7.8m)，重量较大（实测绝缘拉杆带回路电阻线重量8.1kg），重心很高（实测重心为距绝缘杆底部3.05m)，且220kV 的隔离开关的上部接线处可达9米以上。该试验项目中高空接线钳存在很大的倾倒风险，特别是在有风的天气，且周边在大多数情况下就是带电间隔或带电母线，特别是在测试A 相和C 相时，一旦高空接线钳倾覆将直接倒在相邻带电间隔上面，且一旦倾倒超过40度将无法在下落的过程中通过手臂力量扶正，一旦倒在旁边带电的线路上，将直接导致人身伤亡事故。

1 设定目标、提出方案并确定最佳方案

安全性目标。依据历史大数据评估，220kV 变电站的直流电阻测试的倾倒风险大概为万分之一，该结果跟人员工作经验、天气状况等紧密相关，人员技能经验水平越差，天气情况越恶劣，风险将成指数倍上升。本次安全性目标将220kV 变电站一次设备的直流电阻测试的高空接线钳的倾倒风险设定为五万分之一以下。安全性是此次活动中最为重要的目标。

可靠性目标。根据《国家电网公司电力安全工作规程》要求，需要高空接线钳的绝缘杆通过工频耐压试验；所用金属连接构件需满足耐腐蚀和高强度要求；绝缘材料应当满足绝缘性能、抗老化腐蚀和高强度的工作要求；所采用结构应该稳定可靠。从而保证现场的工作能够顺利的开展，保证结构支撑的刚度，保证高空接线钳的不倒伏。

灵活性目标。小组调查统计了5组220kV 隔离开关直流电阻测试的时间，每组220kV 隔离开关的测试，平均所用时间为43分钟。小组考虑到如果要增加抗倒伏结构，将会增加高空接线钳结构的复杂性，考虑到现场应用的实际情况，如果测试能在60分钟内完成，将不会对220kV 直流电阻的测试灵活性带来显著影响。

方案提出、评价和选优。小组集思广益，使用亲和图，归纳大家提出的各种设想，如图9所示。根据亲和图，小组通过讨论、分析，提出了高空扶稳型、底部支撑型、高空牵引型三个总体方案。由于电压较低时，高空作业钳的节数不多，工作人员能够控制。小组本次活动主要是想解决220kV 直流电阻测试中高空接线钳易倒伏问题。

从安全性、可靠性、灵活性、经济性看：方案一安全性能可靠，能够维持不倒；通过结构设计，可靠性能保证；拼装和拆卸可进行改良设计，以确保灵活性；人力成本增加，材料费用增加；利大于弊。方案二安全性能欠佳，随着电压等级越高，稳定性越差；部件较少，但是底座容易锈蚀和破坏。

底座重量和面积都大，不便于搬运和移动；人力成本增加，材料费用增加；弊大于利。方案三安全性能欠佳，特别是测试220kV 母线隔离开关时，牵引将使得更难控制；部件较少，可靠性较好；基本没有太多变化；人力成本增加，材料费用增加；弊大于利。可看出方案一的安全性最好，通过设计和改良其可靠性和灵活性也能够得到满足，在三个方案都需要增加人力成本和材料成本的前提下，方案一的安全效益最佳。

图2 高空牵引型抗倒伏绝缘拉杆初次设计结构简单示意图

2 对策实施

2.1 束缚环的选型和设计

按照市场调查结果，束缚环应当采用316不锈钢材质，该材质具有抗腐蚀、强度高等优良的性能，可满足束缚环的生产设计要求。现有高空接线钳从下往上，依次为第1、2、3、4、5节，直径分别为43mm、40mm、35mm、33mm、30mm。由于每节需要从上往下穿过去，因此束缚环的内孔径必须要大于43mm，据调查统计，现将内孔径设计为45mm 便可满足市面所有高空接线钳从中穿过。其中从旁边以10mm 的直径开三个孔深15mm 的螺纹孔，其中三孔的开角为120°，束缚环的设计如图3。

图3 束缚环结构设计两视图（俯视图、正视图）

2.2 固定连杆的选型和设计

固定连杆设计为单节，直径为25mm，采用环氧树脂玻璃纤维复合材质，该种材质的固体绝缘材料具有超高的介电强度和抗冲击韧性，并具有强度高、耐腐蚀、重量较轻的特点，因此能够满足固定连杆对材质的要求。

固定连杆的设计长度，经现场调查，发现220kV 断路器最大瓷瓶直径为400mm，此次设计的束缚环半径为50mm，当采用如上尺寸时，由图3可知，53.1°开角可让束缚环和断路器瓷瓶相切，所以当束缚环开角120°时，可完全满足高空接线钳在220kV 断路器上端的钩挂要求。这还是在高空接线钳在最垂直的情况下，事实上由于束缚环内孔径大于高空接线钳的孔径，所以在试验时，可在保证固定杆垂直的情况下，让高空接线钳适度倾斜来进行钩挂。综上所述，完全不用担心束缚环对高空接线钳钩挂的影响。

图4 束缚环和断路器相切时几何分析图

从图5可知，当圆1和断路器相切时，圆1的半径只有45cm，为了考虑固定连杆的活动直径要尽可能的小，并且为了满足灵活性的要求，在此将固定连杆的长度设计为60cm，便可以满足灵活性和安全性的需求。

图5 固定连杆的半径设计依据图

2.3 固定杆的选型和设计

调查显示，市场上的固体绝缘材料中，环氧树脂与玻璃纤维复合材质最能符合本次QC 活动的需求，因此本次将采用环氧树脂与玻璃纤维复合材质。固定杆采用三节设计，总长度4.7米，从上往下为第一、二、三节，第一节长1.7米，直径30毫米；第二节长1.5米，直径33毫米；第三节长1.5米，直径36毫米。固定杆的连接形式与高空接线钳的连接形式一样，采用螺纹连接（图6）。

图6 高空接线钳

2.4 束缚环、固定连杆和固定杆的连接设计

图7为固定连杆与束缚环的连接设计结构图，该材质采用不锈钢316型材质（图9），锈钢壁厚为1mm，将固定连杆一端在铆接孔处进行铆接固定（图8），确保上图设计与固定连杆的连接不松脱。图7为固定连杆与固定杆的连接结构设计图，该结构在带铆接孔处与固定连杆一端连接，固定杆用带螺纹的结构与之相拧接（图9）。

图7 固定连杆与束缚环的连接设计结构图

图8 固定连杆与固定杆的连接结构设计图

图9 抗倒伏高空接线钳结构示意图

3 效果检查

安全性目标确认。为了确认该套装置的安全性，本小组成员在一个月内，在不同条件下总共做了368次抗倒伏试验，在试验过程中，没有一次测试的倾斜角度低于85°，测试人员能够方便的进行控制，根据计算分析，在正常的情况下，新型抗倒伏高空接线钳100%抗倒伏。将人员、天气因素等加以考虑后，采用新型抗倒伏高空接线钳，在220kV 变电站一次设备的直流电阻测试中，高空接线钳的倾倒风险将低于十万分之一，从而顺利实现了先前设定的安全目标。

可靠性目标确认。通过采用316型不锈钢和环氧树脂玻璃纤维复合材质，强度和耐腐蚀性能大大提高，采用316不锈钢铆钉对连接部位进行可靠铆接，大大增强了耐用性，避免了结构上出现松散的情况。对该装置进行了极端情况下的反复测试，试验表面该套装置各种性能均能满足要求。经过368次抗倒伏试验，经过了近3年的拼装次数测试，并且还在极端条件下经过了严苛测试后，所研制的抗倒伏高空接线钳仍可满足正常使用需求，可确定新型抗倒伏高空接线钳可保证可靠性要求。

经济性确认。在此次活动中对该套装置的整体经济性做了评估，假定该套装置有1000次的使用寿命（假定均测试220kV 的设备），在该套装置的整个生命周期中，新型和传统抗倒伏高空接线钳全生命周期经济性调查，传统的采用五个员工测试，每次40分钟，搬运成本是30元、安全收益是150元、装置成本是2250元。新型的抗倒伏测试是6人，需要55分钟，搬运成本40元，每次安全收益150元、装置购置成本3500元，一千次测试一共可节省费用1.795万元。

标准化。将新型抗倒伏高空接线钳的制作方法、产品选材、强度、耐腐蚀性和抗老化性试验报告、产品使用方法等整理，进行资料编撰、排版，制作了新型抗倒伏高空接线钳的产品说明书和作业指导书；将小组成果申请实用新型专利《抗倒伏高空接线装置》，已获国家知识产权局受理，受理号202022560779.6。