（1.云南电网有限责任公司曲靖供电局 云南曲靖 655011；2.云南电网有限责任公司带电作业分公司 云南昆明 650025）
摘要：针对当前国内碳纤维新型复合材料在带电作业承力工具领域研究应用空白，提出采用高性能碳纤维复合材料制造110 kV、220 kV、500 kV三种输电线路带电作业常用承力工具。以常用的直线和耐张承力工具为研究对象，首先制备碳纤维增强复合材料板材，然后按拉制工艺和模压成型工艺制作承力工具，最后通过力学性能试验来考核所研制的工具是否满足承载力要求，在此基础上选取相应工具进行现场应用验证。试验与现场应用效果表明：研制的碳纤维新型复合材料承力工具能满足实际带电作业工作需要，具有较高的应用价值和推广前景。
关键词：带电作业；碳纤维复合材料；承力工具；拉制工艺；模压成型工艺
引言
碳纤维复合材料具有轻质、高强度、高刚度、抗疲劳和耐腐蚀等优异性能。以高性能碳纤维复合材料为典型代表的先进复合材料作为结构、功能或结构/功能一体化材料，在如导弹、运载火箭、卫星、军机等航天航空，以及如大型飞机、风力发电叶片、石油开采、核电、汽车等民用领域中正发挥着不可替代的作用[1]。
目前国内电力行业领域，风力发电机叶片用碳纤维复合材料制造已有应用，并且由增加碳纤维复合材料用量的长叶片制成大容量风机已成为主要趋势[2-3]；由于碳纤维复合芯导线具有独特的技术优势[4]在输电线路导线中已得到逐步推广应用，例如江苏远东电缆公司生产的碳纤维复合材料加强芯输电导线已在福建、辽宁、江苏等电网50余条线路上挂网运行[1]。然而作为新型复合材料，碳纤维在国内带电作业承力工具上的应用研究仍然是空白。采用碳纤维复合材料制作带电作业承力工具对减轻整体结构重量、替代现有承力工具制造所使用的金属材料，对实现节能减排绿色发展意义重大。
本文着重阐述110 kV、220 kV与500 kV线路带电作业时常用的承力工具研究过程，介绍了工具研制对象确定、原材料制备、工具加工流程与成型工艺，并进行了相关性能试验考核和现场应用。
1 研制对象确定
为确保碳纤维复合材料制作的承力工具能满足110 kV、220 kV、500 kV线路带电作业实际需要，根据相应电压等级线路典型结构设计特点[5]，以应用范围较广的更换直线绝缘子和耐张绝缘子时常用的承力工具为研究对象进行研制，研制对象工具类型用途见表1，应用相应工具可进行带电更换直线绝缘子和耐张绝缘子作业[6]。受制于研究过程中碳纤维原材料性能、基材加工、工具成型工艺等不确定因素，承力工具载荷能力以成套工具通过的力学性能试验结果确定。
四线提线钩卡具承力由文献[17]计算，如下式
GV =9.80665qlV （1）
式中：q为导线单位长度质量（kg/m）；lV为作业杆塔的垂直档距（m）。
根据式（1）计算得到四线钩卡应承担的垂直载荷为20.1kN，而根据四线钩卡具破坏载荷计算得到的允许载荷为24.4kN，实际使用载荷比理论允许值小21%，使用时安全系数较高。同时四线钩卡具自重为2.8kg，而传统使用的铝合金材料四线钩卡具自重为6.1kg，二者相比整体结构重量减轻3.3kg，现场使用上大大降低了作业人员体能消耗，与使用金属四线钩卡具作业相比用时减少约15分钟，且装拆过程更加安全便捷，作为带电作业承力工具应用有显著优势。
4 结束语
通过对成品碳纤维布进行板材加工，并按拉制工艺和模压成型工艺制作了承力工具，同时进行了成套工具的力学性能测试和现场应用验证，得出如下结论：
1）提出用碳纤维复合材料制造带电作业承力工具，获得了五类具有自主知识产权[18-22]的工具。基于工具的破坏性试验，对所有承力工具按2.5倍安全系数考虑，按现有工艺水平拉制成型的碳纤维80×20的板材制作的提线钩卡具最大许用载荷为48.4kN；大刀卡具许用载荷为23.6kN；由模压成型工艺制作的闭式卡具最大许用载荷值为32kN。
2）适用于500kV线路带电作业的四分裂导线提线钩卡具在实际线路上更换直线绝缘子串时使用，现场应用效果证明了该工具的有效性和质轻高效的优点。
参考文献：
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作者简介：
陈宣林(1969-)，男，大专，高级技师，从事高压输电线路带电检修。
杨 益（1966-），男，大学，高级工程师，从事带电作业技术开发。
张宇雄（1978-），男，大专，技师，从事高压输电线路带电检修。
张海东(1978-)，男，大专，技师，从事高压输电线路带电检修。
周鹏程(1977-)，男，大学，技师，从事高压输电线路带电检修。
论文作者:陈宣林1,杨益2,张宇雄1,张海东1,周鹏程1
论文发表刊物:《电力设备》2016年第18期
论文发表时间:2016/12/1
标签：作业论文; 碳纤维论文; 卡具论文; 工具论文; 复合材料论文; 载荷论文; 线路论文; 《电力设备》2016年第18期论文;