摘要：结合云南省高海拔、气候复杂多变性的特点，针对带电进行绝缘子串更换的作业项目，作业过程中突然遇雨、大雾的情况，为了保证绝缘承力工具绝缘性能良好，保障作业人员和设备安全，不因其表面污秽后，特别是沉积物受潮而导电，使其耐闪络强度严重降低，造成绝缘承力工具沿面污闪形成导电通道而引起事故。参考合成绝缘子的原理，该项目提出了防雨型绝缘承力工具的研制方向，主要介绍防雨型绝缘承力工具的材料组成选择、工艺合成方法、可调式功能以及应满足的关键技术标准。结合实际输电线路中各塔绝缘子串结构组装及连接尺寸不一，携带工具方便等情况，该项目在满足防雨功能的同时，对防雨型绝缘承力工具的连接处采取可调式连接加工制造，能够满足110kV-220kV线路直线串及耐张串的绝缘子更换需求。
关键词：绝缘性能；防雨功能；界面；可调式连接
0 引言
当前，国家日益兴起，电网建设不断扩张，为保证电网安全稳定运行，减少因停电而造成损失，输电线路日常维护与检修的任务也随之增多，尤其带电作业成为了保证电网安全稳定运行，减少停电时间的术首要技术保障。带电作业要求天气良好，工器具良好实用、作业人员技能过硬等高要求，目前高压线路带电检修人员也不断创新，在原有工器具基础上进行改进，结合线路实际情况研制各种新工器具，开发各类作业方法。古话有云：人巧不如家私妙，此话深刻反映了工具的重要性。
云南地处高海拔地区，地形复杂，雷雨天气多，这使得运行中的输电线路绝缘子遭受雷击的情况较多，长期运行中的绝缘子日益老化，零值绝缘子也随之增多，从而带电进行绝缘子更换工作也随之增多。通过对比中国南方电网有限责任公司电力安全工作规程中的同一串中允许零值绝缘子片数规定 ，如表1。110-220kV输电线路，其要求的同一串中允许零值绝缘子片数较500kV输电线路少，极易使整串绝缘子绝缘性能不满足运行需求而造成线路接地，所以带电进行110-220kV输电线路绝缘子更换工作较多。国内在带电更换110kV-220kV绝缘子成套工具种类繁多，目前带电作业使用的绝缘材料一般为环氧树脂，蚕丝、高强度聚乙烯纤维，金属材料一般为铝合金、钛合金、高强合金钢，相应制造工艺和技术已经比较成熟，软质绝缘材料最多只能具备防潮功能，不能进行有效防雨，硬质绝缘材料防潮性能较好，但也不具备防雨功能。
表1 同一串中允许零值绝缘子片数单位：片
鉴于此，本文提出110kV-220kV带电作业承力工具如何具备防雨功能及长度可自由调节的研究。主要介绍防雨型绝缘承力工具的材料组成及选择、工艺合成方法的对比和选择，对防雨型绝缘承力工具的连接处采取可调式连接加工制造，最终探索出一套适用于本地区带电更换110kV-220kV直线、耐张塔都能通用的工具，最大限度的减少作业人员的劳动强度、工具数量，并且在遇到带电作业过程中天气突变下雨时不能及时拆除工具也能防止主绝缘材料因雨水短路发生接地事故，从而保障作业人员及设备的安全，输电网安全稳定运行水平和输电线路的可用系数将会得到提高。
1 可调式防雨型绝缘承力工具的材料选择
带电作业用绝缘工具应具有良好的电气绝缘性能、高机械强度，同时还应具有吸湿性低、耐老化等优点。为了现场作业的方便，绝缘工具还应质量轻、操作方便、不易损坏。目前带电作业用绝缘工具大致可分为硬质绝缘工具和软质绝缘工具二大类。硬质绝缘工具主要指以绝缘管、棒、板为主绝缘材料制成的工具，软质绝缘工具主要指以绝缘绳为主绝缘材料制成的工具。绝缘材质的性能直接影响和决定着工具的电气和机械性能。制作硬质绝缘工具的材料应满足GB13398的规定。
1.1 输电线路带电作业承力工具的使用情况
在现阶段对绝缘子进行更换等110-220kV输电线路带电作业操作过程中，其中较为重要的承力工具即是目前普遍使用的硬质绝缘承力工具。硬质绝缘承力工具作为承力设备，其作用是过渡更换的金具和输电线路绝缘子。通过调查发现，绝缘承力工具中，板材和绝缘管材是进行带电作业时经常使用到的两类作业工具选材，不过这两种选材的局限性都是较为明显的。其一、板材和绝缘管材因其自身固有特性，导致过大的尺寸和重量，搬运过程中如遇高山等不利地形便会及其不便，运输过程中极易造成污染物的侵蚀和受潮现象。其二，板材和绝缘管材具有非常严格的尺寸要求，当金属配置和绝缘配置不同时，选择的板材和绝缘管材的型号必须匹配其使用长度，使得准备工作的工作量被动增加。其三，带电作业过程中，突然遇雨，作业人员没能及时拆除绝缘工具，板材和绝缘管材裸露地暴露在潮湿的环境中，造成其表面沉积物受潮而导电，使其耐闪络强度严重降低。
1.2 可调式防雨型承力工具的部件组成
为满足良好的电气性能、机械强度和憎水性，该项目研制的防雨型承力工具主要由四部分组成：单孔单耳金具、绝缘芯棒、硅橡胶伞裙和可调式尾端。其结构图如图2：
图1可调式防雨型承力工具结构图
1、单孔单耳金具 2.伞裙 3.芯棒 4.可调式尾端
单孔单耳金具 单孔单耳金具一端镶嵌于芯棒里，另一段用于连接各类型的卡具，导线钩。
绝缘芯棒 绝缘芯棒是承力工具机械负荷的承载部件，同时又是内绝缘的主要部分，要求有较高的机械强度及良好的绝缘性能。芯棒采用玻璃纤维增强环氧树脂基复合材料，玻璃纤维是增强材料，起骨架作用，环氧树脂是机体材料，它将玻璃纤维粘结成一整体，同时也起到保护玻璃纤维不受酸碱的侵蚀。
玻璃纤维是一种性能优异的无机非金属材料，种类繁多，优点是绝缘性好、耐热性强、抗腐蚀性好、机械强度高，但缺点是性脆，耐磨性较差。环氧树脂是优良的热固性树脂，具有优良的力学性能，电绝缘性，耐化学药品性，耐热性和粘合性能。玻璃纤维配合树脂赋予的形状以后可以成为优良的结构用材。
玻璃纤维增强环氧树脂基复合材料具有轻质高强，疲劳性能、耐久性能和电绝缘性能好等特点，各个领域都有着广泛的应用，电力领域是一种性能优良的绝缘材料。
硅橡胶伞裙 伞套应使用不低于GB6553所规定的TMA4.5级，最大电蚀程度不超过2.5mm的绝缘材料。伞裙护套作为承力工具的外绝缘部分，其作用是使承力工具具有足够高的防湿闪及污闪的能力。伞裙护套采用高温硫化的硅橡胶为原材料，其抗污闪及抗老化的性能是诸种有机绝缘材料中最好的，完全能够满足作为电力系统外绝缘的要求。保证承力工具良好的憎水性，外绝缘部分采用密集型小伞裙设计，伞裙（大）直径：70mm，伞裙（小）直径：60mm，雨水流经伞裙表面时不会沾湿形成水膜，呈水珠状滴落，不易构成导电通道。
可调式尾端 可调式尾端即在芯棒上留有小空，一方面用于连接丝杆便于更换110kV输电线路绝缘子更换工作承力工具长度的调节，另一方面用于与另一段承力工具连接组装，用于220kV输电线路绝缘子更换工作。根据实际线路不同的情况，选择合适的连接位置。
2 可调式防雨型绝缘承力工具工艺合成
硬质绝缘工具其工艺加工设计原则应参照GB/T18037的规定。可调式防雨型绝缘承力工具工艺合成包括金具与芯棒间的连接，芯棒、护套及伞裙之间的连接。端部附件连接结构采用球窝和槽型时，连接结构尺寸应符合GB4056的规定，锁紧销应符合GB11031的规定。
2.1 金具与芯棒间连接
金具作为可调式防雨型绝缘承力工具的连接部件，承担全部的机械负荷，其与芯棒的连接质量的好坏直接影响芯棒强度的发挥及整套承力工具的机械性能，两者间界面密封性能的好坏直接决定芯棒的寿命长短。芯棒与端部附件不应有明显的歪斜。
目前，金具与芯棒之间的连接方式主要有外楔式、内楔式及压接式三种方式。三种方式连接，其端部金具与芯棒的连接是过盈配合，装配前，芯棒外径大于套筒内径，装配后，由装配所加的预紧力在芯棒配合面形成持久的正压力，使配合面发生弹性变形。当芯棒承受机械负荷拉力时，在正压力作用下产生的静摩擦力使芯棒和套筒之间传递机械负荷，成为机械负荷拉力平衡的约束反力。外楔式结构的缺点时工艺难度较大，接头的机械强度不易稳定，分散性也较大，内楔式结构的缺点是破坏芯棒的完整性，相比之下，压接式端部金具的连接结构，接头金具的体积小，保证了芯棒的完整性，应力状态较理想，结构和装配工艺简单，连接质量较高，综合成本低。综上所述，可调式防雨型绝缘承力工具金具与芯棒之间的连接选择压接式结构。
2.2 芯棒、护套与伞裙三者间连接
芯棒、护套及伞裙三者之间的连接存在着很多的接触面，这些界面间的填充密实性好坏将直接影响到承力工具的电气性能及寿命长短。界面处容易因填充不密实而存在气隙，因空气能耐收的电场强度比绝缘介质低得多，在强电场的作用下容易从这里击穿而产生局部放电，长期发展下去就会导致绝缘损坏，界面容易进气进水，吸收潮湿气体，在电场作用下潮湿气体因局部放电会产生腐蚀性很强的酸，它能大大地降低芯棒的绝缘强度及其使用寿命。
芯棒、护套及伞裙三者之间的连接有以下两种方式，一种是将护套直接挤塑在芯棒上，然后用高温硫化将伞片固定在护套上，这种方式称作整体挤包穿伞工艺。另一种是将护套和伞片同时直接模压在芯棒上，该种方式称作整体注射成型工艺。两种工艺间主要区别在于界面不一样，整体注射成型工艺比挤包穿伞工艺少个伞裙和护套间的界面，但形成多个顺电场方向存在的合模缝，由于合模缝存在不密实性，且容易积污和吸潮，这将影响到承力工具的电气性能和使用寿命。整体挤包穿伞工艺比整体注射成型工艺多出的界面是伞裙和护套的界面，但该界面的影响比起合模缝的影响较小，首先是护套与伞裙两种相同绝缘介质，相同介电常数间形成的界面上，电场强度不发生突变，且界面和电场方向垂直，出现问题只限于局部，其次，伞裙出现问题也只影响承力工具的外绝缘，对其主绝缘内绝缘影响较小，只要护套不受损害，对其质量几乎没有影响。对比两种工艺，可调式防雨型绝缘承力工具芯棒、护套与伞裙三者之间选择整体挤包穿伞工艺制作。
3 可调式防雨型绝缘承力工具可调式功能
带电更换输电线路绝缘子作业项目，因实际线路中的绝缘子组装型式不同，绝缘子型号以及绝缘子串片数不同等因素，这就导致需要的提线装置的长度不一样。现场勘查过程中，在测量绝缘子长度时，可能会因为风力影响，或是标记位置等因素导致测量存在偏差。根据现场勘查结果，所准备的绝缘承力工具或过长，或过短。绝缘承力工具过长，则应选用稍短的绝缘承力工具，绝缘承力工具过短，则需要连接一些连接头（包括转接头、绝缘夹板等），在保证绝缘承力工具绝缘有效绝缘长度的前提下组装合适的长度，能够保证绝缘子串能够解脱和安装。这样一来，作业工器具准备的时候，就需要准备超出正常需要的工具数量，同时，因高压输电线路大多地处高山地段，搬运工器具就需要大量的人力的。作业准备时间也随着工器具的组装而增多。
可调式防雨型绝缘承力工具在一端预留有不同长度的连接孔，作业时，选择适当位置的连接孔，其与丝杆连接后，可通过微调丝杆的丝牙行程来满足带电作业需要，如图2 所示。
图2 可调式连接图
另外，按中国南方电网有限责任公司电力安全工作规程中的绝缘工具最小有效绝缘长度规定，如表2。110kV线路带电作业中绝缘承力工具的有效绝缘长度不得小于1.3m,220kV线路带电作业中绝缘承力工具的有效绝缘长度不得小于1.8m,可调式防雨型绝缘承力工具还可以在满足110kV线路绝缘子更换工作需要长度的基础上，通过连接另一小段绝缘承力工具，来实现220kV线路绝缘子更换工作。这样一来，工器具的携带将容易很多，同时也能节省部分体力。
表2 绝缘工具最小有效绝缘长度
4 可调式防雨型绝缘承力工具应满足的关键技术标准
4.1芯棒试验
该承力工具的芯棒部分主要起内绝缘作用和承担机械负荷，应满足下列要求：耐受时间为15min的渗透试验，染料渗透整个式样所需用时间应大于15min。耐受时间为100h的水扩散试验，试验期间不应出现击穿和闪络，整个试验期间试样的泄漏电流不应超过1mA,否则试验不合格。
4.2端部附件连接区及界面试验
本项试验应由工频干闪络试验、突然卸载试验、热机试验、水煮试验、外观检查、陡波冲击电压试验及工频电压试验所组成，不允许有开裂和脱落现象，不产生击穿，否则试验不合格。
4.3伞套起痕及电击试验
如果每只试品不超过3次过流中断，不产生起痕，电蚀没有腐蚀到芯棒，没有伞裙击穿，则该项试验通过。
4.4绝缘承力工具的工频耐压试验及防潮型硬质绝缘工具在淋雨状态下的交流泄露电流试验
10kV-220KV电压等级的绝缘工具实验项目见表3。
表3 交流10kV-220KV绝缘工具实验项目
对10kV-220kV电压等级的绝缘工具，不进行操作冲击耐压试验，但应进行工频耐压试验，工频耐压试验在规定的试验电压和耐受时间下无击穿、无闪络、无过热为合格。
10kV-220kV电压等级的防潮性硬质绝缘工具在型式实验中须进行淋雨状态下的泄露电流试验。如图三所示，淋雨试验条件应满足GB16927.1中的规定，在规定的试验电压和时间下，通过整体工具的泄漏电流应不大于0.5mA。
图3 淋雨试验布置图
4.5 整套工具的机械强度试验
带电作业工具应按实际使用工况进行机械强度试验，硬质绝缘工具的安全系数应不小于2.5。应根据工具的承力要求，进行抗拉、抗扭、抗弯、抗挤压等机械强度试验。在型式试验中，静负荷试验应在2.5倍额定工作符合负荷下持续5min无变形、无损伤，动负荷试验应在1.5倍额定工作负荷下操作3次，要求机构动作灵活，无卡主现象。在预防性试验中，静负荷试验应在1.2倍额定工作符合负荷下持续1min无变形、无损伤，动负荷试验应在1.0倍额定工作负荷下操作3次，要求机构动作灵活，无卡主现象.
5 结语
可调式防雨型绝缘承力工具具备一个防雨功能和一个长度可调节功能。可调节性能够满足110-220kV输电线路绝缘子更换需要。防雨功能能够解决因带电作业中突然遇雨而使绝缘承力工具电气性能变差的情况。可调式防雨型绝缘承力工具的运用，使作业效率提高，省时省力，同时也为带电作业安全提供保障，保证电网安全稳定运行。
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作者简介：
张方磊（1988-），男，工程师，大学本科，从事高压输电线路带电检修。
张宇雄（1978-），男，云岭技能大师，从事高压输电线路带电检修。
邓中原（1985-），男，技师，大学本科，从事高压输电线路带电检修。
吴恒（1991-），男，助理工程师，从事高压输电线路带电检修。
论文作者:张方磊,张宇雄,邓中原,吴恒
论文发表刊物:《电力设备》2018年第15期
论文发表时间:2018/8/21
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