输电线路耐张塔更换第一片绝缘子工器具的研制

引言

我国能源的产地与能源的需求地分布极不均衡,因此特高压输电在我国西电东送和全国联网中发挥着重要作用。我公司负责运行维护湖南地区士800kV复奉、宾金、锦苏、祁韶等4条输电线路日常巡视及检修工作。特高压输电线路在湖南电网中占据着关键地位,其意义非常重大:一是政治线,特高压线路是西电东送的重要走廊之一,直接关系到国家能源战略布局;二是经济线,每年带来近百亿千瓦时清洁能源,创造了巨大的社会经济和生态环境效益。若特高压线路出现故障停运导致电网解列,将造成大面积停电等难以承受的后果,而传统停电检修已远远不能满足高标准的特高压线路的运维要求,因此必须以带电作业的技术手段来保障特高压线路安全稳定运行和清洁能源持续供给。

特高压线路在设计之初就采用了更为先进的技术与理念,线路导线、绝缘子串、金具等设备型号和组装方式与以往不同,主要表现在:一是耐张绝缘子串的挂线型式有三联串或四联串,串间距离和绝缘子型号都发生了变化,现有方法和工器具不再适用于耐张绝缘子的更换,所用工器具均具有异型特点,市场无成品购买;二是导线、金具等设备型号发生变化,导线截面为900mm²和1270mm²,线路荷载大幅提高,需转移荷载的作业工器具的机械强度要求也应大幅提高。这些都导致现有工器具无法适用,制约了特高压带电作业的安全开展,因此亟需开展特高压输电线路耐张绝缘子更换装备的研究。

在输电线路耐张塔导线侧或横担侧的第一片绝缘子出现问题时,现有的带电作业绝缘子更换工器具无法完成该单片绝缘子的更换,其只能更换除第一片绝缘子外的单片绝缘子,所以本文的研究可以解决输电线路耐张塔导线侧或横担侧第一片绝缘子更换的问题,该工器具安装方便,使用可靠,经济效益好。

1输电线路耐张塔更换第一片绝缘子工器具研制的流程

本文通过调研绝缘子型式和线路荷载,确定了卡具结构、尺寸、荷载等关键技术参数,并通过力学仿真进行薄弱点优化,从而研制出了通用性强、质量轻、荷载大的士800kv特高压直流输电线路耐张塔任意单片绝缘子更换卡具。研制的技术路线如图1所示,本文的研究内容主要包括以下几点:

（1）现场调研:调研架空输电线路结构,对缺陷类型及具体原因进行统计分析;调研现有的耐张塔任意单片绝缘子更换技术及成套设备并进行技术研究及分析。

（2）装备研发与关键技术研究:根据士800kV特高压直流输电线路结构尺寸及调研结果,进行更换卡具结构设计。

（3）工具仿真计算及优化:对所设计工具建立仿真计算模型,对模型施加荷载,分析工具受力情况,进而进行工具结构优化。

（4）装备加工:根据优化设计后的结构,采用质量轻、强度高的材料制作更换卡具。

(5）工具试验:对所生产的工器具在专用试验设备上进行电气及力学性能试验。

(6）工具现场试用:在实际线路或模拟线路上对所研制工器具进行现场试用,收集使用结果。

2±800kV特高压直流输电线路的通用结构研究

本文对于以往建成的±800kV特高压线路的通用结构展开了调研,对其缺陷类型及具体原因进行了统计分析:调研了现有的耐张塔任意单片绝缘子更换技术及成套设备并进行了技术研究及分析,得知绝大多数士800kV特高压线路耐张塔的绝缘子串都是盘形悬式绝缘子三联双挂点耐张串,如图2所示。

在士800kV输电线路耐张塔导线侧或横担侧的第一片绝缘子出现问题时,现有的带电作业绝缘子更换工器具无法完成该单片绝缘子的更换,实际上第一片绝缘子目前还没有相应的更换工器具,鉴于此,本文设计了一种工器具,用于解决输电线路耐张塔导线侧或横担侧第一片绝缘子更换的问题。根据设计结果与现场实际情况,研制出了通用性强、质量轻、荷载大的适用于更换士800kV特高压直流输电线路耐张塔第一片绝缘子的工器具,并现场试用。

3输电线路耐张塔更换第一片绝缘子工器具的研制

通过调研±800kV宾金、复奉、锦苏三大直流特高压输电线路的绝缘子型式和线路荷载,确定了绝缘子卡具结构、尺寸、荷载等关键技术参数。根据调研结果,设计适用于更换±800kV特高压直流输电线路耐张塔第一片（导线侧和横担侧)绝缘子卡具。

3.1横担侧更换第一片绝缘子工器具

输电线路耐张塔横担侧更换第一片绝缘子工具由横担侧的端部卡具、液压丝杆、绝缘子闭式卡三大部件组成,端部卡具、闭式卡由钛合金铸造而成,端部卡具、闭式卡两侧通过液压丝杆相连,横担侧端部卡具可根据横担侧联板尺寸设计。输电线路耐张塔横担侧端部卡具示意图如图3所示,输电线路耐张塔横担侧更换第一片绝缘子工具示意图如图4所示。

图3输电线路耐张塔横担侧端部卡具示意图

图4输电线路耐张塔横担侧更换第一片绝缘子工具示意图

如图5、图6所示,横担侧端部卡具需要整体卡入联板1处,下半部分卡入联板上施工挂孔2处,通过螺栓固定卡具于联板上,拧紧螺栓后左右晃动,确定卡具是否已经与联板紧密连接。

图5输电线路耐张塔横担侧更换第一片绝缘子工具图

图6输电线路耐张塔横担侧更换第一片绝缘子工具侧视图

在第二片瓷瓶上安装闭式卡前卡,使闭式卡前卡与瓷瓶钢帽只能左右摇晃,不能前后活动。调节液压丝杆,使得左右两个丝杆长度保持一致,保证受力均匀。液压丝杆受力后,第一片瓷瓶卸力,可更换输电线路耐张塔横担侧第一片绝缘子。

3.2导线侧更换第一片绝缘子工器具

输电线路耐张塔导线侧更换第一片绝缘子工具由导线侧的端部卡具、液压丝杆、绝缘子闭式卡三大部件组成,端部卡具、闭式卡由钛合金铸造而成,端部卡具、闭式卡两侧通过液压丝杆相连,导线侧端部卡具可根据导线侧联板尺寸设计。输电线路耐张塔导线侧端部卡具示意图如图7所示,输电线路耐张塔导线侧更换第一片绝缘子工具示意图如图8所示。

图7输电线路耐张塔导线侧端部卡具示意图

图8输电线路耐张塔导线侧更换第一片绝缘子工具示意图

如图9所示,将横担卡下半部分卡入联板上螺栓1处,使卡具主体的挂孔卡入联板的螺栓1下半部分,再将横担卡上半部分闭合,将上半部分的挂孔卡入联板的螺栓上半部分,拧紧横担卡卡具上下部分的闭合螺栓,左右晃动一下,使卡具牢牢固定在联板的螺栓上。

图9输电线路耐张塔导线侧更换第一片绝缘子工具图

在第二片瓷瓶上安装闭式卡后卡,使闭式卡后卡与瓷瓶钢帽只能左右摇晃,不能前后活动。连接液压丝杆,使得左右两个丝杆长度保持一致,保证受力均匀。液压丝杆受力后,第一片瓷瓶卸力,可更换输电线路耐张塔导线侧第一片绝缘子。

3.3输电线路耐张塔更换第一片绝缘子工器具受力分析

对所设计的输电线路耐张塔更换第一片绝缘子工器具建立仿真计算模型,对模型施加荷载进行仿真,分析工具受力是否合格,并根据受力情况进行工具结构优化。结果表明,输电线路耐张塔更换第一片绝缘子工器具受力分析合格。

4现场试用

在培训现场对该输电线路耐张塔更换第一片绝缘子工具进行试用,结果表明该工具受力正常,使用效果良好,安全可靠。2021年l0月28日,在±800kV宾金线对耐张塔更换第一片绝缘子工具进行现场试用,结果表明,该工具能很好地对该耐张塔第一片瓷瓶卸力,从而顺利更换输电线路耐张塔横担侧和导线侧第一片绝缘子。试用情况如图10所示。

图10输电线路耐张塔带电更换第一片绝缘子

5结语

在输电线路耐张塔导线侧或横担侧的第一片绝缘子出现问题时,现有的带电作业绝缘子更换工器具无法完成该单片绝缘子的更换,其只能更换除第一片绝缘子外的单片绝缘子。对此,本文可以解决输电线路耐张塔导线侧或横担侧第一片绝缘子的更换问题,该耐张塔更换第一片绝缘子工器具安装方便,使用可靠,经济效益好 ,具有极高的应用价值 ,可在全国范围内普 遍推广。

      该工器具可以应用于士800 kV特高压直流输电线路带电作业中 ,工器具推广后 ,产生了以下效益:方便带电作业人员更换士800 kV特高压直流输电线路耐张塔第一片绝缘子 ,从而稳定安全转移导线荷载 , 降低作业人员劳动强度 ,简化操作步骤 ,不仅可以提高检修效率 ,还可以节省大量人力、物力。