输电线路新型简式个人保安线的研制与应用

洪行军,梁加凯,申 刚,杨 博,施文华

(金华送变电工程有限公司,浙江 金华 321001)

现有个人保安线在实际应用中,存在绝缘绳脏污、缠绕造成的使用不方便、绝缘绳不绝缘、接地夹上的铜线脱落等问题[1-2],不仅降低输电线路运维检修工作效率,还威胁运维检修人员生命安全[3]。因此,迫切需要研制更安全的新型输电线路个人保安线。

文献[4]对现有个人保安线存在的问题进行了分析,根据分析结果,消除了个人保安线使用过程中存在的各种安全隐患。文献[5]从现有个人保安线使用安全方面着手,通过提醒输电线路运维检修人员停止检修避免恶性事故的发生。文献[6]从个人保安线的接地夹结构着手,提高了输电线路运维检修人员的工作效率。

本文在前人研究的基础上,针对个人保安线存在的问题,通过简化正在使用的个人保安线结构,研制输电线路新型简式个人保安线。

1 研制输电线路新型简式个人保安线

1.1 优化个人保安线线路

个人保安线主要由夹头、保安线线路和接地夹组成。在实际使用过程中,根据输电线路的数量,保安线一端连接在个人安全带上,另一端则通过夹头和三个安保钳固定在支撑结构上。这些安保钳可以牢固地夹住输电线路,确保保安线与输电线路之间的连接牢固可靠,另一头的保安线则连接着接地夹,用于将保安线与大地进行连接[7]。其接线原理如图1所示。

图1 个人保安线接线原理图

由图可知,个人保安线任意一边存在电流外泄问题,就会危及输电线路检修人员安全。而在检修过程中,个人保安线过长,会迫使检修人员耗费大量精力整理保安线线路,且在整理过程中,极可能因为线路过长碰上输电线路,产生其他不利影响,甚至引发事故[8-9]。因此,需要在现有个人保安线线路存储装置的基础上,设置可调式个人保安线线路,缩短线路长度,增强线路绝缘性能。

在现有个人保安线基础上,在接近接地夹的位置安装线路调节装置,如图2所示。将个人保安线线路连接在线路调节装置上,并与个人保安线接地夹相连接。通过调节装置上的转向控制开关、方向转子和线程控制开关,可以调整个人保安线线路转动方向。装置单向最大尺寸仅有10 cm,质量为1 kg(不包含个人保安线线路质量),将其安装在个人保安线接地夹的绝缘操作杆上,既可以避免触电事件的发生,也方便输电线路检修人员调节个人保安线线路。

图2 个人保安线线路调节装置

此外,还需要计算输电线路接地等效电阻,判断个人保安线线路绝缘情况,以便决定是否需要进一步封闭个人保安线线路,提高线路绝缘性能。根据图1所示的个人保安线接线原理图,假设土壤电阻率为γ,则输电线路接地等效电阻R计算公式如下:

(1)

式中:d为接地体直径,r为线路螺丝环半径,L为接地体长度。依据式(1)得到的输电线路接地等效电阻值,可以将柱式绝缘子安装在个人保安线路导体的中心位置,以隔离和阻断输电线路上存在的电流。

1.2 建立分析模型调节易拆式导线夹头结构

易拆式夹头结构如图3所示。

图3 易拆式夹头结构

依据图3可知,可以通过调节螺钉给夹头的后端部两侧施加约束。在输电线路检修过程中,由于输电线路检修人员使用夹头时产生的应力较小,因此可以采用自动划分网格的方式对模型进行夹头受力分析,如图4所示。

图4 夹头受力分析

图4中的F1、F2为支撑杆侧向夹力,F3、F4为触发杆侧向夹力,F5为夹头合力。依据图4可知,一个较小的向上力,会被分解为几个较大的水平力。由于这些较大的水平力会产生更大的力矩,导致夹头向下施加压力,从而使线夹上端转动、靠拢,使得开合转轴点O处的弹簧受力,进而打开线夹。夹头越长、越窄、越薄,夹头位移越大,钳尖的夹持力越小;反之,夹头位移越小,钳尖的夹持力越大。但是,夹头的质量越大,其使用越不方便,会增大输电线路检修人员的工作难度。因此,在夹头模型中,通过多次实验和数据分析,评估夹头在不同参数设置下的性能和效果,进而确定最佳的夹头结构。在这种情况下,通过固定夹头宽度、厚度、长度中的任意两个变量,依次调整夹头顶端(图4中黑框圈出部分)的宽度、厚度、长度为8 mm、7 mm和6 cm,从而促使夹头结构达到最佳。

1.3 设计个人保安线接地夹

针对现有个人保安线接地夹存在的易脱落、操作复杂、连接稳定性差、使用不便、易损坏输电线路等问题,在现有个人保安线接地夹基础上,设计新型简式个人保安线接地夹,如图5所示。

图5 新型简式个人保安线接地夹

从图5可以看出,设计的新型简式个人保安线接地夹,在现有个人保安线接地夹基础上增加了防弯抗拉弹簧保护管,避免接地端夹头的压接处外层皮套因外力因素自动滑脱,导致铜丝外露,且此次在个人保安线接地夹上增加的定位销,较原有个人保安线接地夹定位销长度增加了20 mm。通过设置突出部分,限制传动杆和闭锁杆的活动区域,可以避免传动杆和闭锁杆活动范围过大,降低输电线路闭锁度。

为了降低接地夹对输电线路的闭锁度,需要调整接地夹的输电线路挂钩和绝缘操作杆之间的夹角,如图6所示。输电线路运维检修人员可以根据所处位置,连续调整输电线路吊钩和绝缘操作杆的夹角,使接地夹输电线路吊钩挂在输电线路上,以便维修人员对输电线路进行维修。

图6 接地夹导线挂钩和绝缘操作杆调节角度

图6中,输电线路与接地夹的绝缘操作杆夹角为α,输电线路与接地夹的夹角为θ,接地夹与绝缘操作杆的夹角为β。绝缘操作杆的延长线与输电线路的连接点A,绝缘操作杆与接地夹的连接点B,接地夹与输电线路的连接点C,组成一个ΔABC,则三个夹角α、θ、β之间的关系,可以用式(2)表示:

α+θ+β=180°

(2)

基于图6所示的接地夹导线挂钩和绝缘操作杆调节角度,对接地夹与输电线路之间的夹角进行限制,一旦α=90°,接地夹与输电线路的连接点C就会断开,导致接地夹处于悬挂在输电线路上的状态,使α≠90°;当θ=90°,此时α+β=90°。根据三角内角和定理,接地棒和接地夹之间的夹角β控制在[-90°,90°],输电线路与绝缘操作杆之间的夹角α控制在[0°,180°]。至此完成新型简式个人保安线接地夹设计。

综合上述易拆式夹头、个人保安线线路和接地端夹头三部分,完成输电线路新型简式个人保安线研制。研制结果与现有保安线对比结果如图7所示。

图7 新旧简式个人保安线对比

如图7所示,与现有个人保安线相比,新型保安线的易拆式夹头通过弹性压力片和转动拉杆调节钳夹力度,个人保安线线路通过接地端夹头和绝缘抓手与易拆式夹头相连,提高了使用的安全性和简洁性,避免了绝缘绳缠绕脏污造成的导电危险。

2 应用效果测试

为了验证本文研制的新型简式个人保安线实际应用效果,选取某城市的个人保安线检验中心,检测新型简式个人保安线接地夹挂设成功率、夹头夹持力和个人保安线线路绝缘性。

2.1 实验准备

在个人保安线接地夹测试环境中,测试新型简式个人保安线接地夹挂设成功率。具体测试环境如图8所示。

图8 个人保安线接地夹测试环境

测试过程中,选择绝缘检测仪、压电陶瓷驱动电源、相关支架和精密电子天平组成夹头夹持力测试平台,如图9所示。

图9 夹头夹持力测试平台

2.2 实验结果

依据图8所示的个人保安线接地夹测试环境,采用本文研制的新型简式个人保安线挂设输电线路。共有10条6.3～1 000 kV线路,每条线路安装20次,共200次。每次安装成功后,需要手动移除。

1)让新型简式个人保安线接地夹处于挂设状态,采用图9所示的夹头夹持力测试平台,检测保安线线路电场强度,验证线路绝缘性,其实验结果如图10所示。

图10 线路电场强度

新型简式个人保安线线路电场强度是由接地夹向夹头方向测试。从图10可以看出,离接地夹越近,线路的电场强度越高,新型简式个人保安线线路越接近夹头,线路的电场强度越低,这一规律与输电线路检修过程中,新型简式个人保安线夹头和接地夹的作用有关。接地夹主要用于检测感应电压;夹头用于检测输电线路电气设备是否处于断电状态。因此,在正常情况下,接地夹的电场强度要高于夹头。此次优化的线路因为重新调整了线路的绝缘子,增强了线路的绝缘性能,所以线路所需承受的电场强度低于14 MV/m,且分布较为均匀。

2)测试新型简式个人保安线夹头夹持力。使用压电陶瓷驱动电源,调节输电线路传输的电压。在测试过程中,每隔5 s提高10 V输电线路传输电压,最高电压为500 V。在驱动电压作用下,检测新型简式个人保安线夹头随着时间变化的输出力,检测结果如图11所示。

图11 夹头夹持力

图中夹头夹持力为夹头单个钳指输出力。由图可知,输电线路传输的电压随着时间增加而增加,且夹头的输出力具有重复性特征,每隔200 V,夹头的输出力都能达到5.2 N,则2个钳指的输出力是2倍的夹头输出力,为10.4 N。由于输电线路在实际运行中,电压一直处于均衡状态,不存在电压不断增加的问题,因此新型简式个人保安线夹头夹持力为10.4 N,可以满足输电线路检修需求。

3 结束语

本文在现有个人保安线基础上,通过优化、调节个人保安线各个部位的结构,研制出新型简式个人保安线,增强了个人保安线的实际应用效果。获得的实际应用经验为:对夹头进行应力分析,对夹头尺寸参数进行优化,可以避免材料的浪费;在接近接地夹的位置,安装线路调节装置,可以缩短线路长度,增强线路绝缘性能;通过计算输电线路接地等效电阻,能够判断线路绝缘情况;增加防弯抗拉弹簧保护管和定位销,将接地棒和接地夹之间的角度控制在[-90°,90°],输电线路与绝缘操作杆角度控制在[0°,180°],有利于增强线路的绝缘安全性。

由于本文研制的个人保安线依然存在一定的不足,在今后的研究中,还需深入研究夹头存在的重复性误差,使得夹头夹持力不再随着传输电压的变化而变化。