一种进出电场绝缘梯的研制＊

程续涛，林财德，陈永平，庄济源，吴立炜，赵凌杰

（国网福建省电力有限公司漳州供电公司，福建 漳州 363000）

随着电网的快速发展，构建坚强的电网需要越来越多的检修维护作业。带电检修作业中等电位作业方式最为直接有效，绝缘梯由于其便捷和舒适的特点在110～220 kV 输电线路等电位作业中的应用最为普遍[1-2]。

然而，绝缘梯在使用过程中容易出现以下问题：①抗弯性能下降。为了增大作业中的组合间隙，必须增加绝缘梯的长度，然而长度的增加会导致绝缘梯抗弯性能严重下降，尤其是在绝缘梯中间位置，当进出电场人员行至此位置时，整副梯子弯曲似紧绷的弓形，该位置发生断裂的概率也是最大的，随着时间的推移，此位置疲劳损伤最为严重[3]。②梯身易磨损。梯身磨损位置一般出现在绝缘梯尾端部分，该部分与地端塔材通过绝缘绳绑扎固定[4]。等电位人员沿绝缘梯进出电场过程中绝缘梯会前后晃动，致使梯身与塔材接触时摩擦受损，尤其是点与点之间摩擦产生的损伤最为严重，直接造成绝缘梯绝缘性能和梯身承力强度下降[5]。③梯头钩无自动闭锁功能。架设好的绝缘梯梯首端是通过开口的梯头钩直接挂在导线或其他连接金具上，该连接部位为非可靠连接，存在因外力因素和操作不当致使梯头钩脱开连接的风险[6]。以上是绝缘梯在应用过程中出现的主要问题，这些问题的存在不仅使绝缘梯在检修作业过程中埋下安全隐患，且绝缘梯的使用寿命也会大打折扣。

为改善绝缘梯在实际应用过程中的现状，检修作业人员也进行了许多尝试。通过增加绝缘梯管材厚度及在梯身中间加装绝缘绳提拉来增强绝缘梯的抗弯性能，但管材厚度的增加必然导致梯身自重的增加，无法显著改善绝缘梯抗弯性能；而且在梯身中间加装绝缘绳提拉的方法会造成绝缘梯段与段的连接部位频繁的正反向弯曲，加剧连接部位疲劳损伤和磨损。通过在绝缘梯尾端缠绕布条和加装护垫来减少梯身与塔材之间的摩擦，这种方法实施起来不但麻烦，而且所用的材料多为非绝缘材料并且易耗，在实际检修作业过程中并未得到更多的采纳和应用。因此，研制一种抗弯性能优良、耐磨损、带自闭锁功能的绝缘梯来提高作业安全性和增加工具使用寿命显得尤为重要和迫切。

1 进出电场绝缘梯材质选型

绝缘梯本体材质的选择应综合考虑材质的绝缘耐压、机械抗拉抗弯、单位体积所受到的重力及加工难易等性能，不能单纯追求某一方面的性能。基于绝缘梯实际应用场景需要，其材质应选用硬质绝缘板材或管材，现有2 种主流绝缘材料，其性能参数如表1 所示。

本文选用增强型环氧玻璃钢树脂作为进出电场绝缘梯的材质，并且在加工生产工艺上采用蜂窝夹层的3 层结构设计，中间为蜂窝状夹层，外面为高强度玻璃纤维布，最外层为增强型树脂。蜂窝结构可以增强绝缘梯本体机械抗拉抗弯性能，一定程度上提高了绝缘梯自身的机械性能。

2 进出电场绝缘梯结构设计

绝缘梯的结构设计不仅关系到检修作业中能否安全可靠耐用，还关系到运输和保管过程中的便捷和空间的节省。为了达到实际应用中的要求，从整体结构优化、抗磨设计、抗弯维稳结构、梯头钩自动闭锁功能4 个方面来改善和弥补现有绝缘梯的不足。

2.1 分段式结构设计

基于运输和存放过程中便捷及检修作业中绝缘梯长度可灵活多变的原则，绝缘梯整体结构采用三段式结构设计，如图1 所示。绝缘梯整体长度为6 m，三段长度分别为2.5 m、2.5 m 和1 m，段与段之间纵向连接通过矩形铝合金套管来实现，每个套管依靠4 个等间距横向贯穿螺栓实现硬连接，为增加绝缘梯有效绝缘长度，矩形铝合金套管长度设为25 cm。三段可组合使用，也可任两段组合使用，这样组合长度可以有3.5 m、 5 m 和6 m 这3 种不同长度，可根据不同电压等级或不同塔型灵活选取相对应长度的绝缘梯，避免长度的冗余给架设绝缘梯带来不便。

图1 绝缘梯整体结构图

2.2 抗磨损结构设计

有数据统计，70%以上的绝缘梯的损坏或报废是由绝缘梯磨损引起的，因此减少或避免绝缘梯磨损是延长其使用寿命和降低成本的有效手段。设计了一款弹性耐磨绝缘橡胶护套来保护绝缘梯（如图2 所示），该护套结构上为开口矩形护套，内径略大于绝缘梯梯身主材的外径，护套开口边缘为连续排列的半圆凹口设计，凹口直径等于梯结直径。掰开护套可以紧密贴合套在绝缘梯矩形管材上，凹口扣在绝缘梯梯结上，可防止护套的前后移动。护套高弹性可保障护套的反复掰合后自身形态的恢复，经久使用不会因变形而失去紧密贴合的抱箍能力，耐磨性应确保护套垫在绝缘梯与塔材之间挤压摩擦而不易破损，绝缘性可以保持绝缘梯的有效绝缘长度。这种弹性耐磨绝缘橡胶护套拆装方便、位置可调，极大地节省了额外实施绝缘梯磨损保护的工序，实现绝缘梯可靠的抗磨防护。

图2 绝缘橡胶护套结构图

2.3 抗弯维稳结构设计

增强材质本身抗弯性能和加强绝缘梯段与段的硬性连接都不能很好地改善绝缘梯的抗弯性能，因此提出了绝缘梯三角形抗弯维稳结构设计，如图3 所示。这种设计利用三角形的稳定性原理，在绝缘梯段的连接位置，即在承受人员负荷时绝缘梯弯曲的最低点两端连接绝缘拉杆，与铝合金套管加装的支撑金具进行连接，形成了绝缘拉杆、绝缘梯与支撑金具三边连接的三角结构。

图3 三角形抗弯维稳结构

三角抗弯维稳结构可以把纵向垂直与绝缘梯的负荷横向分散至绝缘梯本身，从而减弱纵向垂直负荷下绝缘梯产生的弯曲。该结构虽然改变了绝缘梯的外形结构，检修作业过程中也可能带来妨碍架设的影响，但一定程度上加强了梯段之间的连接，增加了绝缘梯的安全系数，而且抗弯效果还十分显著。

2.4 梯头钩自动闭锁结构设计

梯头钩自动闭锁设计采用旋转式循环摆杆原理（如图4 所示），在梯头钩入口位置增加四摆杆共轴旋转结构，摆杆之间相互间隔90°，摆杆长度以从轴点至梯头开口刚好能封闭为准。摆杆621、622、623 和624 可围绕轴承旋转，该轴承具备正转逆止和反转正止2 种旋转模式，且2 种模式可人工切换。当导线进入梯头钩内时，采用正转逆止模式，即摆杆621 到达摆杆623 的位置，摆杆624 到达摆杆622 的位置，此时摆杆624 实现开口部61 的封闭，即导线无法从梯头钩中脱出，实现梯头钩的闭锁；当导线从梯头钩内脱出时，采用反转正止模式，即摆杆624 引导导线，摆杆624回到摆杆622 的位置，摆杆623 回到摆杆621 的位置，摆杆622 对开口部61 进行封闭，以阻止导线在此进入梯头钩内。正向与反向模式的切换可通过绝缘操作杆间接操作，也可由等电位人员退出电场前切换模式。

图4 自动闭锁原理结构

3 进出电场绝缘梯耐压及抗弯性能测试

进出电场绝缘梯经过材质和结构方面的优化设计后，必须进行相应的电气性能和机械抗弯性能测试后才能进入实际现场应用。电气性能测试主要是测试耐受电压等级，能够在110～220 kV 电压等级下保障等电位作业人员安全；机械抗弯性能测试主要是测试在绝缘梯水平架设时，受到纵向垂直负荷时梯身的抗弯曲能力。

3.1 耐压性能测试

按照绝缘工具预防性试验标准，对220 kV 绝缘工具进行耐压测试，测试了干燥状态下绝缘梯的电气性能，如表2 所示。

表2 电气性能测试

由表2 可知，改进后的绝缘梯在材料选型上能够承受不小于220 kV 的电压等级，耐压试验能够通过，其绝缘性能满足110～220 kV 电压等级进出电场环境的要求。

3.2 抗弯性能测试

抗弯性能测试采用绝缘梯最长长度（全长6 m），水平架设，按作业人员体重80 kg 进行绝缘梯机械承力抗弯测试，并与普通绝缘梯进行抗弯性能对比，如表3所示。

表3 抗弯性能测试

通过表3 的对比分析，本文所述的改进后的绝缘梯采用了三角抗弯维稳结构，与普通的绝缘梯（三段式全长6 m）相比，在相同试验荷重2 400 N 下，绝缘梯的最大挠度降低了48 cm，其抗弯性能提升了80%。抗弯性能的大幅提升不仅保障了进出电场作业人员的安全，也降低了大挠度下绝缘梯的疲劳损伤，提高了绝缘梯的使用寿命。

4 结束语

本文通过对进出电场绝缘梯的材质选型及加工工艺进行改进，提高了绝缘梯的耐压性能和机械刚度。所提出的三角抗弯维稳结构设计，使绝缘梯的抗弯性能提高了80%，增强了绝缘梯的安全性能；耐磨损结构设计避免了绝缘梯的摩擦损耗，大大延长了工具使用寿命；梯头钩自动闭锁结构的设计简单可靠、灵活便捷，极大地提升了作业过程中人员的安全。本文所研制的进出电场绝缘梯弥补了现有绝缘梯抗弯性能差、梯身易磨损和安全系数低的不足，具有极大的推广应用价值。