摘要：针对500KV直流线路横担端第一片绝缘子及金具更换操作繁琐、工作效率低、安全风险大的问题，本文设计了一种新型的绝缘子及金具更换工具，介绍了其使用方法和注意事项和实际应用的优势。为了验证本文所设计绝缘子及金具更换工具的有效性，进行了相关的模拟实验。实际验证结果表明，该绝缘子及金具更换工具可以显著缩短更换绝缘子的时间，有效降低了作业人员的工作强度，提高了工作效率，具有一定的推广应用价值。
关键词：500KV直流线路；绝缘子；更换工具；研制设计
1 研究背景
绝缘子作为输电线路的重要组成部分，具有支撑导线和防止电流回地的作用。绝缘子决定了线路导线的绝缘性能，由于外界环境和制造缺陷等因素的作用，绝缘子的绝缘性能会逐渐变差，当绝缘电阻过低甚至为零时，如果不及时更换，就会导致污闪、雷击跳闸率增高等现象的出现[1-3]。
目前500KV直流线路横担端第一片绝缘子及金具更换时都是以耐张串挂点处的施工孔作为作业时的临时挂点，由于现有端部卡具不符，挂点处金具较长，使得整套更换工具安装需要连接金具较多，整体重量提高，在更换绝缘子过程中，张力释放，操作人员很难操作挂点端一串连接金具，给大吨位线路更换第一片绝缘子更换施工作业带来不便（见图1）。
在实际操作过程中，某局采用的绝缘子更换方式是通过手扳链条葫芦提线来进行操作，这种更换方式容易导致第一片绝缘子掉落，从而使得更换难度增加[4]。在整个更换过程中需要3名专业人员进行高空作业，地面上还需两名人员进行协助，如果算上数名作业的民工，投入的人力成本较大。另外，在使用工具方面，主要包括：吊绳（1根）、无头绳（2根）、起吊滑车（1辆）、四线沟（2个）、手扳链条葫芦（1把）、导线保护绳（1条）、钢丝套（4个）、取消器（1个）。
这种操作方法的效率较低，并且具有安全风险，所以急需一种新型的绝缘子更换方式或更换工具来替换现有的更换方式，从而解决现存的耗时久、所需人力物力较多、安全系数低的问题[5]。为了，本文对500KV直流线路横担端第一片绝缘子及金具更换工具进行设计，提出了一种新的更换工具，以解决上述实际工作中存在的问题。
图1 实际操作过程
2 工具研发
2.1 设计分析
本文所设计更换工具主要由调解式T型金具、防脱保护螺栓、防脱保护扣件和后背保护圈等组成。金具两端设有防脱保护扣件和防脱保护螺栓，后背保护圈设置在金具顶部的中央位置，金具下部通过丝杆连接有用于连接常用卡具或悬挂导线的连接下卡。这种结构设计可以保证更换绝缘子或金具需要的足够强度，同时也能很好的保护原来连接串的金具不被磨损。连接销钉能够很好的保护原有牵引板，不直接与固定夹具中的受力螺栓接触，同时也能起到安装定位的作用。具体结构示意如图2和图3所示。
图2实物结构图 图3三视图
如图4所示，根据实际受力情况，设F为液压丝杆的拉力，数值为10T；H高度为290mm；S为145mm；安全于都按3倍计算，可以得到如下的关系：
图3 受力分析示意图
（1）
（2）
（3）
联立式（1）-（3）可得P1为10T，则此处的螺栓选用8.8级的等M30的螺栓。
2.2 确定材料
对于一种新型绝缘子及金具更换工具来说，其材料的强度至关重要，因此必须对材料的承受力和强度进行选择。由于上文计算出的承受力必须达到10T以上，本文从安全性、经济性和自重等多个方面综合考虑，对铝合金、合金钢和航空铝三种材料进行对比分析（见表1），最终选择合金钢作为所设计工具的制作材料。
表1 3种材料的对比分析
2.3绝缘子及金具更换工具的操作方法
装置使用时，首先将装置中的螺栓拆卸，将长螺栓拉开，从侧面将装置卡入牵引板中，使定位销关于牵引板上，然后将其他螺栓穿上走紧，先与判断需要合适的连接板尺寸与液压丝杠收紧工具连接，然后与绝缘子卡具（卡第二片或第三片）连接，最后操作液压丝杠收紧工具，使绝缘子更换用挂点固定装置受力，使得第一片绝缘子处于松弛状态，此时可以进行绝缘子更换操作。
图4操作部件装配图
2.4 绝缘子及金具更换工具的使用注意事项
在使用本文设计绝缘子及金具更换工具时要注意以下5点：（1）整个更换过程，切勿带电操作，专业人员操作时必须穿着专用的服装。（2）该更换工具的设计是基于500kv电压条件下，若操作时的电压发生变化则不可盲目进行作业（即使电压降低）。（3）绝缘子的更换对天气条件有一定的要求，必须在天气晴朗且空气湿度＜10%的条件下进行，在阴雨天气下绝对禁止一切操作。（4）操作人员对绝缘子及金具更换时，尽量保证其表面干净整洁，避免一些污浊物沾染绝缘子，避免绝缘子爆炸等现象发生。（5）塔头挂点一般为L型构造，分为水平段和垂直段。对于水平段，要注意将其外侧固定在防脱保护扣件上。对于垂直段来说，要将其固定在水平段的内侧。
2.5绝缘子及金具更换工具的实验效果
在实际操作过程中，首先必须进行相关人员的岗前培训，从而避免不必要的安全事故。本文为了验证所设计绝缘子及金具更换工具的有效性，进行了相关的实验。在实验准备阶段，技术人员编制了作业指导书，按照理论需要进行了人员配置，相关工具准备到位后专业人员按照上述的操作进行绝缘子的更换操作。
实际操作过程中，由一名专业人员进行高空作业，地面配置两名工作人员协助。在使用工具方面，主要包括：吊绳（1根）、无头绳（1根）、起吊滑车（1辆）、下卡卡具（1套）、T型连接金具（1套）、取消器（1个）。
实验过程中该更换工具可以在短时间内将第一片绝缘子更换掉，并且绝缘子在更换过程中没有发生脱落的现象，比之前使用的更换方式更加简便易行，并且在整个更换过程中没有发生危险事故。在现场模拟更换500KV直流线路横担端第一片绝缘子20次，未出现异常情况，安全性和可靠性较高。经现场实验人员的统计，平均更换用时53min，显著缩短了更换时间。
3 所设计工具的优势
通常检修人员更换牛从线更换横担端第一片绝缘子过程中，耗时大概是在2-3h，人员体力要求较高，使用的工具复杂，安全风险高。使用了本文研制出的500KV直流线路横担端第一片绝缘子及金具更换工具大概用时在53min左右，显著提高了工作效率。该工具简单、小巧，携带方便、适合在500KV直流线路的不同金具型号（调整板）使用，与现有的液压丝杆和卡具配套使用，可以避免重复制造工具，具有较好的经济性。
采用本文所设计的500KV直流线路横担端第一片绝缘子及金具更换工具时，可以显著缩短更换用时，降低更换的操作难度，更换的工作效率有所提高，人员的配置也相应减少，这个操作过程中的安全风险降低。当绝缘子发生自爆时，专业人员可以很快的对其进行更换，保证了电力系统的正常运行。本文所设计的500KV直流线路横担端第一片绝缘子及金具更换工具的实用性和安全性较强，其主要优势体现在以下两个方面：
（1）采用这种装置后可节省连接金具，减轻了工作人员的作业负担，大大减少了劳动强度，降低作业风险，为空中更换耐张处的第一片绝缘子提供可靠保障，且操作安全简便。
（2）能根据绝缘子牵引板的大小调节工具地的宽度，根据绝缘子结构高度、金具的组合长度调节适合作业的操作长度，避免型号不符合导致的更换困难问题。
4 总结
本文研制出的500KV直流线路横担端第一片绝缘子及金具更换工具，具有小巧、轻便、易于操作等特点，在更换大吨位500KV直流线路横担端第一片绝缘子及金具作业中，能根据绝缘子牵引板的大小调节工具地的宽度、绝缘子结构高度、金具的组合长度调节适合作业的操作长度，避免了型号不符造成的更换困难问题。在作业过程中能有效的减少作业的风险，减轻作业人员的负担和压力，减少作业的复杂程度，缩短作业工时。采用该更换工具后，更换绝缘子及金具的时间由原来的2h缩短到53min，显著提升了工作效率。同时经过工具的改进，减少了其他工具的使用数量和用工数量，有效减轻了作业人员的工作量，具有一定的推广价值。
参考文献：
[1]石照亮.直线串塔头端第一片绝缘子防脱落专用T型金具[J].科技创新导报，2018，15（29）：14-15.
[2]赵波，赵莹雪.带电更换500kV输电线路V串横担侧第一片破损绝缘子承力工具的研制[J].山西科技，2017，33（03）：135-136+141.
[3]应伟国，方玉群.超高压线路不同电解质材料绝缘子串组合技术的研究与应用[J].电瓷避雷器，2010（05）：1-5+11.
[4]张璐，王琳琳.超高压线路玻璃绝缘子自爆问题分析[J].电子世界，2016（14）：158-159.
[5]张超，欧阳云辉.绝缘卡板在更换500kV耐张塔自爆玻璃绝缘子的应用[J].科技创新与应用，2016（35）：176.
论文作者:李祥云
论文发表刊物:《电力设备》2019年第16期
论文发表时间:2019/12/9
标签：绝缘子论文; 工具论文; 作业论文; 操作论文; 线路论文; 螺栓论文; 过程中论文; 《电力设备》2019年第16期论文;