摘要：纵观目前国内外输电线路耐张单片绝缘子更换用工器具的研制与使用，主要以耐张单片卡具更换为主要方式，该方法存在对作业人员技能、体能要求高，杆塔上作业存在传递、安装、拆卸繁琐、耗时，同时易发生物体打击等风险，且可连续开展次数低等诸多问题，针对该问题，提出研制一种丝杆与液压缸结合伸缩式可调支撑架，用以解决输电线路耐张单片绝缘子更换工作中存在的问题。
关键词：交流特高压、耐张绝缘子串、更换机具
交流特高压输电线路在我国投入运行的已有多条，直流特高压输电线路的建设规模更大，已投入运行的线路更多。对耐张绝缘子串的检修和更换工作，是电力输电线路常规检修以及带电作业经常实施的工作，目前更换工作一般采用分体吊装耐张卡具作业方法。超高压线路的检修作业由于线路金具较重，对于检修人员的业务技能要求较高，由于检修作业方法和作业人员的体能的限制，造成检修时间长、单项作业工作人员量大、作业程序复杂的问题，不利于大面积集中检修更换工作的开展。
本文通过对目前国内外更换机具的研究，提出将丝杆与液压缸结合调节的方法，设计出了一种新型的绝缘子更换机具，该机具充分利用线路设计结构特点，涵盖了特高压直流输电线路检修、带电作业的实际需要，具有较高的适用性和较好的应用前景。
1 更换耐张绝缘子串机具的设计方案
特高压线路耐张绝缘子串采用的组装方式为水平三联串组装方式，单串的重量平均为 1.5T，长度平均为18m，实施三联耐张绝缘子串单片更换的检修方法，具体的操作步骤如下：
选择 P-42S-120 型联板作为支点，进行牵引板专用翼型卡的安装；选择绝缘子钢帽做支点，进行绝缘子闭式前卡的安装，配合液压丝杆连接翼型卡完成紧线系统的安装。利用绝缘子钢帽做支点，进行绝缘子闭式卡前卡和后卡的安装工作，利用 P-4215S 平行挂板支点和 QY-42S 型牵引板，来进行三联耐张专用卡的安装，用液压丝杆连接闭式卡和三联耐张卡组成紧线系统，通过对液压丝杆的操作来完成紧线系统的收紧，实现绝缘子机械载荷的转移，之后再进行绝缘子串的检修更换工作。
图1 三联耐张卡具的整体结构示意图
三联耐张卡具的整体结构如图1所示，结构中包括前卡、后卡以及液压收线系统，针对特高压线路设计的三联耐张端部卡具需要根据三联绝缘子串的结构、连接方式来设置卡具的外形、尺寸以及结构，同时要考虑实用性。
由于特高压输电线路耐张杆塔三联绝缘子串的机械载荷已经超出了传统人力操作的预收丝杆的使用范围，同时考虑到使用传统液压收线丝杆进行提线操作的话，由于受到行程长度的限制，是无法达到工作要求的更换形成的，必须使用成品液压缸，但是成品液压缸在重量和体积方面均不方便检修人员携带。
可以通过将预收丝杆配合双向液压收线工具的方式，预收丝杆收放行程为8～10cｍ，可以承受拉力范围为20～30kＮ；配合使用的双向液压收线工具的为行程20～30cｍ，能够承受的拉力范围为60～80kＮ。
操作时首先使用预收丝杆操作，之后再配合液压收线工具，松线则先操作液压收线工具之后再操作预收丝杆，这样组合操作的方式，在可以使用较小尺寸液压缸的同时也能够有效的控制紧线和送线操作速度，提高了操作的灵活性和安全性，降低了劳动强度。
2 耐张绝缘子更换机具许用荷载计算
许用荷载的确定是研制检修作业工具的前提，也是开展检修作业工具设计、制造、
试验工作的依据，在设计时要考虑特高压杆塔结构，绝缘子连接形式、杆塔荷载等因素。
我国现行国家标准 GB/T18037-2004 规定，带电作业工器具机械强度组合气象条件有三类，如表1所示。为保证安全，宜选用Ⅲ类气象：t= -5℃、V=10m/s、b=0 作为设计气象条件。
式中，S 为导线的全截面积，n为作用于工具上的导线根数，σd为带电作业中最大导线应力。按 GB/T18037-200《带电作业工具基本要求与设计导则》规定的工具设计原则，在确定工具的额定荷载时，选择现场最大风速为 10m/ s （大于五级风不宜开展带电作业工作），计算水平载荷；选择现场温度为－5℃，导线无覆冰，计算导线应力。
比如，采用六分裂导线，导线截面积为775mm2，-- 5℃时导线应力55 N/mm2，线路的代表档距为778m。绝缘子串的最大张力：
P=2×55×775×1.1=93.7KN
耐张塔绝缘子串均采用三联串并联运行，－5℃时三联耐张串的最大张力为281KN,作业时仅转移其中一串的张力，另两串作为后备保护，工具承受的最大荷载为：93.7KN，工具设计额定荷载为 98KN。
3 液压丝杆的研制
特高压输电线路导线垂直荷载最大可达 122.6k N，导线最大张力可到 46.9k N，利用成熟技术的机械丝杆提升导线或收紧线机械荷载较小时是可行的，但当提升机械荷载或收紧线荷载较大时，机械丝杆不能胜任，且人工驱动丝杆摇臂困难较大，操作上不切实际。大吨位液压系统虽是成熟技术，手动操作也很轻便，但是提升行程太小，不能有效实现荷载转移。课题组设计了丝杆液压组合提升工具。提升系统由丝杆与液压系统组成，利用丝杆预收紧，当承力系统适当受力时使用液压系统提升导线。
根据杆塔结构特点，本机具主要由两侧板卡具、机械丝杆和液压收紧系统等部件组成，两侧卡具额定工作负荷为80k N，试验负荷 240k N，安全系数 3 倍。丝杆行程400 mm，液压行程250 mm。 机械丝杆和液压收紧系统均采用成熟产品组合连接，对操作控制方式进行了一定的改造。机械强度仅考虑连接件的强度，其强度设计计算略。
4 三联耐张钛合金卡具研制
卡具均采用钛合金制造，在缩减了工具自身的体积的同时提高了工具的机械强度，减轻了工具的重量，降低了作业风险，提高工作的安全性。卡具内壁轻薄而坚固，两端均采用螺栓连接的方式进行紧固，确保能够适用于目前各类绝缘子的碗口直径，卡子组装后要求卡座开合、摆动灵活、夹贴可靠。
本卡具用于更换耐张四联绝缘子串中的单片绝缘子。耐张绝缘子卡具加工图如图2所示。卡具工作负荷P=98k N，材料选择钛合金 TC4，σs=824Mpa σb=902MPa； 卡具中心距 480mm。 最后对加工好的耐张绝缘子更换工具进行了动负荷和静负荷试验，试验结果表明工具符合 DL/T 463《带电作业用绝缘子卡具》的要求。
图2 耐张绝缘子卡具加工图
5 结语
通过技术人员对检修辅助工具的创新，应用液压技术等实用的先进技术进行设计，在主体材料的选用上运用了钛合金新材料，研制成功了丝杆液压组合绝缘子串更换机具。通过在输电线路的运用，解决了高压和超高压输电线路检修工具过重、超重无法在杆塔上一次性安装的难题，使线路绝缘子更换工作的工器具传递、安装、拆卸工作程序更安全、简捷和方便，极大地提高了检修效率和人员的劳动强度，最大限度的降低了塔上作业人员的安全风险系数，填补了国内特高压输电线路带电更换耐张瓷瓶的整体吊装工器具时重量过重造成分体吊装和塔上组装的辅助工器具空白，具有很好的实用价值。
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作者简介：李柏松（1986.06-），男，高级工程师，从事输电线路运检工作。
论文作者:李柏松1,李荣超1,姚其新1,陈东2,辛巍1,田靖
论文发表刊物:《电力设备》2018年第25期
论文发表时间:2019/1/18
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