摘要：电力工业是关系国计民生的基础产业，国家电网公司在认真分析我国电力工业和电网发展现状及趋势的基础上，提出了加快建设由百万伏级交流和800kV级直流系统构成的特高压电网的发展目标。超、特高压输电线路具备超远距离、超大容量、低损耗的送电能力，能够提高资源的开发和利用效率，缓解环保压力，节约宝贵的土地资源，具有显着的经济效益和社会效益。
关键词：特高压；输电线路；组合式线夹带电；更换工具研制；应用
引言
随着社会经济飞速发展，特高压电网将逐步取代SOOkV电网成为主网架。特高压线路输送容量大，运行可靠性要求高，停电检修机会较少，因此带电作业将成为确保特高压电网长周期安全稳定运行的重要技术手段。光缆直线线夹是安装在光缆外层，将光缆固定在杆塔地线支架上的连接金具，光缆直线线夹护线条对光缆起到保护作用。但是护线条在电力线路导线电场的作用下，会发生干带电弧放电，引起护线条的电腐蚀。在直击雷和感应雷的作用下，与雷电直接接触的金属因高温而融化的可能性很大，造成光缆直线线夹和护线条损伤。因此，研制一种更换地线光缆金具的专用工具，对确保特高压电网安全、稳定、可靠运行和保证作业人员作业安全和人身健康、提高运行检修工作的质量和提高效率具有重要意义。
1带电作业的基本原理
1.1金属导体的静电屏蔽原理
对一个对地绝缘的金属网做成的笼子施加高电压，金属网足够细密，随着电压的升高，即使金属笼子在空气中对外产生强烈放电，金属笼内的电场强度为零，这就是“法拉第笼”，即无论即个金属导体所处的外电场有多么强，导体内部的电场强度始终为零。带电作业屏蔽服相当于一个具有人体外形的法拉第笼。带电作业中，人在强电场中可视为一个良导体，屏蔽服的作用就是屏蔽外电场避免作业人员因静电感应现象而产生不适或麻电。
1.2空气间隙击穿
在带电作业技术中，确定各种安全间距，是保证作业人员人身安全和设备安全的根本所在。当空气中的电场强度足够强时，空气中的正负离子和自由电子，在电场作用下发生碰撞电离，形成电子崩、流注放电等一系列过程，在均匀和稍不均匀电场中，放电进入流注阶段后，流注很快贯通整个间隙，导致间隙很快被击穿。在极不均匀电场中，对于间距lm以上的长间隙，在强电场下，气体分子受高电，电子的碰撞而产生热电离然后贯穿整个间隙使其击穿。热电离通道不断延伸，流注放电发展为先导放极不均匀电场是带电作业中经常遇到的电场。
1.3固体介质击穿
固体介质就是通常所说的绝缘材料，其电气强度是一项最重要性能指标，必须研究其在高压电场下的击穿机理和击穿特性，以使在制造绝缘工具时能够正确选材、合理设计。固体介质是一种非自恢复绝缘，在击穿后，介质内部留下由导电碳粒组成的放电通道而永远丧失绝缘性能。据不同的击穿机理，固体介质的击穿有电击穿、热击穿和电化学击穿三种类型，各自特征不同。电击穿是由于固体介质中少量的传导电子受电场作用与原子发生碰撞电离，产生电子崩，电子崩足够强时即发生击穿，击穿过程快(一般击穿时间为微秒级，最多不超过1/10s场强高、介质不发热，击穿电压与周围环境温度无关，击穿场强随电场不均匀程度的增加而下降。热击穿的本质是在介质失去热平衡时，过高的温度使介质分子发生分解和碳化，从而导致击穿。击穿时间长(一般需要数十小时乃至更长)，场强较低、击穿时介质发热，且击穿电压与环境温度有关。电化学击穿的本质是介质在长时间受到电、热、化学等多种因素作用下，使介质逐渐劣化变质而丧失绝缘性能，击穿时间更长(需数十小时到若干年)，在电、热、化学的联合作用下发生，击穿电压基本上就是工作电压。例如，电晕和介质内部小气泡中的局部放电都会产生臭氧或氮的氧化物，对介质产生强烈的氧化与腐蚀作用。对于带电作业绝缘工器具，特别是绝缘杆、绝缘绳，由于制造、保养等工艺或方法不当，均有可能发生上述击穿。
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1.4沿面放电
绝缘杆是带电作业应用最广泛绝缘工具，它的绝缘设计主要受制于沿面放电特性。研究沿面放电有助于对类似绝缘杆的细长型绝缘工具放电特性的了解，以便合理选择其有效绝缘长度。当空气间隙中有贯通两电极的固体介质存在时，放电往往容易沿着固体介质与气体介质交界面上发生，这种放电现称为沿面放电。当沿面放电发展为贯穿电极的空气击穿，则称为沿面闪络。根据电场和绝缘结构的不同，固体介质的沿面放电可分为三种情况①均匀电场中的沿面放电，②极不均匀电场中，介质表面电场具有强垂直分量的沿面放电，③极不均匀电场中，介质表面电场具有弱垂直分量的沿面放电，带电作业用绝缘杆基本上属第③种的情况。
2工器具设计
2.1整体结构
根据输电线路施工摇臂抱杆的工作原理，构想了一种适用于更换特高压光缆金具的工具。
2.2支架生根方式
光缆金具更换提升支架在杆塔光缆地线支架上的安装关系到本项目的实际运用及推广，采取具有通用性的生根方式，是本课题必须解决的问题。为此我们查阅了除大跨越外所有的直线塔光缆地线支架组装图，并进行现场勘查，取其共性，确定采用在支架底部采用“十”字开口形式与地担支架连接，配合螺栓紧固的方式固定。
2.3材质的选择
7A04Al-Zn-Mg-Cu系超高强度铝合金，亦称超硬铝，是超硬铝中相对成熟、使用较久和较广的一个合金，常用于加工带电作业金属工器具。具有以下特点：重量轻，比重为2.85g/cm3，约为钢材比重的1/3；条件屈服强度高，σ0.2（MPa）：≥400；抗拉强度高，σb（MPa）：≥530，切削性好，易加工。
2.4臂展的确定
查阅我国第一条1000kV长南线和±800kV哈郑线光缆组装图进行初步选择，并进行了现场勘察和尺寸量取，确定支架臂展长度不得小于2400mm，避免吊钩安装位置影响悬垂线夹内层护线条的拆装。
3现场验证
为检验特高压交、直流输电线路光缆金具更换提升支架结构性能，进行了出厂试验，并采用现场试验的方式进行验证。某省检修公司带电作业班分三组，在所辖±800kV天中线进行了更换光缆悬垂线夹的试验，通过试验结果使用该工具后，比不用该工具前的作业时间减少了72.99%，从而减少了高空作业所用时间，可有效降低高空作业事故率，保障了特高压输电线路高空作业的安全，对特高压检修技术发展有利。使用光缆金具更换提升支架更换光缆悬垂线夹所用时间与传统方法作业时间相差较大，采用该工具每次作业减少停电时间，增加效益52.8万元，加上节约人工成本0.02万元，扣除QC成果研制费用,经济效益约为52.8＋0.02－12=40.82万元。现场验证结果表明：在完成该项目现场作业要求的全部安全技术措施后，多个作业小组运用该工具在较短时间内均完成了更换特高压输电线路光缆金具的工作并取得了良好效果；也比采用传统工具作业更加节省时间，此项工具研发成功产生的经济效益和社会效益十分明显。研制的“特高压交、直流输电线路光缆金具更换提升支架”安全和性能指标完全满足设计功能要求。
结语
提出一种特高压交、直流输电线路更换光缆连接金具的专用工具结构，由两根摇臂、立柱、斜拉杆、底座、铝合金双钩、钢丝绳和吊钩几部分组成。其结构简单，各部件受力分配合理，安装方便、操作简单，经济性好。
参考文献
[1]国家电网公司，电力安全工作规程（线路部分）[S].
[2]DL/T875-2004，输电线路施工机具设计、试验基本要求[S].
[3]GB/T3190-1996，变形铝及铝合金化学成分[S].
论文作者:孙晓军
论文发表刊物:《电力设备》2019年第8期
论文发表时间:2019/9/18
标签：作业论文; 电场论文; 光缆论文; 介质论文; 特高压论文; 支架论文; 线路论文; 《电力设备》2019年第8期论文;