1000kV特高壓線路耐張絕緣子更換技術(shù)研究

覃金彩，黃建峰，劉慧妍

（國網(wǎng)浙江省電力公司檢修公司，杭州 311232）

由于我國1000kV特高壓輸電線路建立與運(yùn)行才剛起步，目前尚未出現(xiàn)顯性的故障。但受內(nèi)部的電氣因素及外部的環(huán)境因素的影響，可能發(fā)生耐張絕緣子串（以下簡稱耐張串）的老化與損壞，需進(jìn)行更換作業(yè)。因此，有必要對耐張串的更換技術(shù)進(jìn)行一些具有前瞻性的研究，以應(yīng)對耐張串故障的發(fā)生。根據(jù)特高壓線路耐張串及與之相關(guān)金具的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，分析特高壓線路耐張串更換的技術(shù)難點(diǎn)，研究針對1000kV特高壓線路耐張串的更換方案。

11000kV特高壓線路耐張串的檢修特點(diǎn)

在1000kV特高壓線路耐張串的更換過程中，主要會受到以下幾個(gè)方面的影響：

（1）結(jié)構(gòu)限制。受耐張串串長、噸位大的影響，且受預(yù)制式鋁管硬跳線或鼠籠式硬跳線和均壓屏蔽環(huán)的影響，使得施工難度大幅度提升；

（2）工器具限制。1000kV特高壓線路無論是電壓等級還是體積結(jié)構(gòu)都發(fā)生了很大變化，以往檢修過程中使用的工器具在尺寸、機(jī)械強(qiáng)度、電氣強(qiáng)度等各方面均已無法滿足要求。檢修工器具尺寸、重量的增大無疑會使操作性大大降低，施工效率降低；

（3）荷載轉(zhuǎn)移的難度加大。隨著導(dǎo)線結(jié)構(gòu)復(fù)雜度的增加，線路檔距的加大，使得導(dǎo)線的張力也隨之增加，加上耐張串串長且噸位大，耐張串也就需要承受大得多的荷載。在更換耐張串的過程中進(jìn)行荷載轉(zhuǎn)移時(shí)，要求工器具具有更高的強(qiáng)度來承受這一荷載。

若要實(shí)現(xiàn)1000kV電壓等級線路的耐張串安全、可靠、經(jīng)濟(jì)的更換，就必須對難點(diǎn)進(jìn)行分析，為更換方案的制定提供可靠的依據(jù)。

2 1000kV特高壓線路耐張串更換的技術(shù)難點(diǎn)

2.1 耐張絕緣子的更換

由于特高壓線路與超高壓線路相比，所使用的絕緣子片噸位更大，能夠承受的機(jī)械與電氣強(qiáng)度更高，雙聯(lián)串已能滿足各方面的要求，所以特高壓耐張絕緣子串為2聯(lián)絕緣子。排列方式為水平排列，與鐵塔連接為2掛點(diǎn)。在1000kV晉東南—南陽—荊門特高壓工程中使用的2聯(lián)絕緣子通過整體聯(lián)板及二聯(lián)板與8根子導(dǎo)線相連，每聯(lián)為54片550 kN瓷式絕緣子，絕緣子長達(dá)12.96 m，單聯(lián)絕緣子重1.269t，整個(gè)耐張串長17.0～17.6 m，整個(gè)耐張串重3.268t?？梢娔蛷埓哂写L、噸位大、機(jī)械強(qiáng)度高等特點(diǎn)，使作業(yè)人員在更換過程中面臨兩大問題：

（1）由于耐張串噸位大，受力較復(fù)雜，作業(yè)人員在進(jìn)行耐張串更換的過程中，需要解決的最基本的問題便是如何方便、可靠、快捷地實(shí)現(xiàn)耐張串所承受荷載的轉(zhuǎn)移；

（2）由于耐張串串長，在實(shí)現(xiàn)荷載的轉(zhuǎn)移時(shí)，導(dǎo)線會產(chǎn)生比較大的過牽引，一般需要將導(dǎo)線過牽引300～500 mm才能順利進(jìn)行更換，使得導(dǎo)線的張力增加很大，配置的工器具的承受荷載也相應(yīng)增大，需要考慮導(dǎo)線產(chǎn)生如此大的過牽引時(shí)，工器具的強(qiáng)度是否能夠滿足要求。要實(shí)現(xiàn)荷載的轉(zhuǎn)移，就必須先分析耐張串上荷載的分布情況，即耐張串的受力情況。

2.2 耐張串的受力分析

更換耐張絕緣子時(shí)的作業(yè)工況應(yīng)為：無風(fēng)、無冰、氣溫為+15℃。在這種氣象條件下耐張串所受的荷載，應(yīng)僅為導(dǎo)線產(chǎn)生的張力及耐張串自身的重力。耐張串受力如圖1所示。

圖11000kV耐張串受力分析

圖中F導(dǎo)線即為導(dǎo)線的張力，F(xiàn)h1與Fh2分別為水平方向和豎直方向上的分力；G為耐張串的重力；F橫擔(dān)為耐張串所受橫擔(dān)的拉力；Fhn與Fvn分別為水平方向和豎直方向上的分力；φ為導(dǎo)線與水平線之間的夾角；n為第n片絕緣子。

架空線上任一點(diǎn)處的軸向應(yīng)力σx的水平分量等于弧垂最低點(diǎn)處的軸向應(yīng)力σ0，即架空線上軸向應(yīng)力的水平分量處處相等，導(dǎo)線截面積為A，由耐張串受力平衡可知：

而導(dǎo)線的應(yīng)力從弧垂最低點(diǎn)向兩側(cè)掛點(diǎn)靠近時(shí)逐漸增大，到懸掛點(diǎn)處應(yīng)力最大?？刹榈脩覓禳c(diǎn)應(yīng)力σ為：

式中：σ為懸掛點(diǎn)導(dǎo)線應(yīng)力；σ0為導(dǎo)線的水平應(yīng)力；γ為導(dǎo)線的比載；l為耐張塔至第1基直線塔之間的檔距；h為2基鐵塔之間的高差；Lh=0為等高懸點(diǎn)時(shí)的線長。

又因?yàn)閷?dǎo)線的張力與導(dǎo)線的應(yīng)力關(guān)系為：

聯(lián)解式（1）與（2）可得單根子導(dǎo)線的張力為：

則單相導(dǎo)線八根子導(dǎo)線產(chǎn)生的總張力為：

在1000kV特高壓線路中，由于耐張串為雙串，則單相導(dǎo)線8根子導(dǎo)線所產(chǎn)生的總張力可視為由雙聯(lián)絕緣子均分承受。那么對于耐張串中的任意1片絕緣子所受的力即為導(dǎo)線的張力加上該片絕緣子到導(dǎo)線端所有絕緣子的重力和在耐張串方向上的分力。

設(shè)待更換的絕緣子為耐張串中從導(dǎo)線側(cè)開始算起第j片，則該片絕緣子的受力為：

2.3 均壓屏蔽環(huán)及硬質(zhì)跳線對施工的影響

由于1000kV特高壓線路中耐張絕緣子上均壓屏蔽環(huán)與絕緣子特殊的位置關(guān)系，導(dǎo)致在更換過程中無論是工器具的安裝還是耐張串的拆裝都受到它的影響，這樣大大增加了工作強(qiáng)度，降低了工作效率。另外，由于均壓屏蔽環(huán)與絕緣子距離相當(dāng)近，而耐張串卻相當(dāng)重，所以在更換過程中很難精細(xì)地控制耐張串與均壓屏蔽環(huán)的距離，這也就很容易因擦碰而對耐張絕緣子和均壓屏蔽環(huán)造成不必要的損傷。在對耐張串進(jìn)行更換的過程中，為了防止損傷，可采用泡沫、橡膠或海綿等質(zhì)地較軟的物質(zhì)將耐張串包裹起來。

在目前的1000kV特高壓線路中，所使用的跳線主要有2種：預(yù)制式鋁管硬跳線和鼠籠式硬跳線（見圖2）。

圖21000kV特高壓線路中的硬跳線

如圖2所示，預(yù)制式鋁管硬跳線主要就是以2根水平排列的鋁管通過間隔棒相隔。兩端以四變一線夾、引流線、聯(lián)接金具等與導(dǎo)線相連。根據(jù)耐張塔結(jié)構(gòu)及使用方式的不同，預(yù)制式鋁管硬跳線的結(jié)構(gòu)型式也不同。而鼠籠式硬跳線是將8根軟導(dǎo)線編結(jié)成一種鼠籠形的結(jié)構(gòu)，使之成為一剛性體。鼠籠式硬跳線比預(yù)制式鋁管硬跳線少2個(gè)中間接續(xù)環(huán)節(jié)，很顯然其過流特性優(yōu)于預(yù)制式鋁管硬跳線。正是受到硬跳線的影響，使得耐張絕緣子串的更換工作受到了不小的制約。

另外，1000kV特高壓線路兩串平行的耐張串的導(dǎo)線側(cè)，由一塊整體聯(lián)板將其與導(dǎo)線相連，以共同承受導(dǎo)線的荷載。這將使得在更換過程中對其中任意一串的作業(yè)必將受到另一串的限制。

3 更換方案設(shè)計(jì)

3.1 引導(dǎo)跳線法

為排除硬質(zhì)跳線的干擾，利用絕緣繩對跳線進(jìn)行引導(dǎo)并固定，使其暫時(shí)不再處于耐張串的正下方，然后再對耐張串進(jìn)行更換。該過程的施工示意見圖3。

圖3 引導(dǎo)法排除硬質(zhì)跳線的干擾

作業(yè)方法：如圖3所示，由塔上作業(yè)人員將絕緣繩的一端固定在硬質(zhì)跳線中間部位的間隔棒上，若為預(yù)制式鋁管硬跳線則可直接固定在鋁管上，由地面人員收緊絕緣繩使跳線稍微向鐵塔靠近。但跳線與鐵塔之間的距離有規(guī)定要求，在此過程中不能將絕緣繩收緊過多，只要使更換的耐張串能夠垂直升降即可，然后利用控制繩將耐張串緩緩降至地面。為了解決耐張串的串長、噸位大引起的平衡性問題，則可：

（1）在耐張串兩端和橫擔(dān)和整體聯(lián)板上分別安裝朝天滑輪，將絕緣繩穿過滑輪，一端固定在耐張串端部。

（2）可在地線橫擔(dān)上也安裝2個(gè)滑輪，并將絕緣繩穿過滑輪后一端固定在耐張串上，二組滑輪的另一端均由地面作業(yè)人員控制，負(fù)責(zé)耐張串的升降。

（3）將2根絕緣繩的2端直接固定在耐張串的中間部位，另一端由地面作業(yè)人員控制，負(fù)責(zé)耐張串的穩(wěn)定，避免耐張串在升降過程中隨意晃動(dòng)。該過程的施工示意見圖4。

3.2 主動(dòng)牽引法

可采用絕緣繩索主動(dòng)對松弛的耐張串進(jìn)行牽引，使跳線不再處于耐張串的正下方，然后再升降耐張串，進(jìn)行更換。

作業(yè)方法：塔上作業(yè)人員按引導(dǎo)跳線法聯(lián)接好各控制繩。地面工作人員收緊各控制繩，待橫擔(dān)側(cè)和導(dǎo)線側(cè)作業(yè)人員收緊高強(qiáng)度絕緣繩使耐張串充分松弛并拔下鎖緊銷后，先收緊控制繩3和9，使絕緣子串向橫擔(dān)側(cè)水平運(yùn)動(dòng)，以使耐張串導(dǎo)線側(cè)脫離均壓環(huán)。然后3，7，9控制繩配合放松，4，6控制繩配合收緊，使耐張串稍微下降以和高強(qiáng)度絕緣繩不處于同一水平面（如圖5a所示）。然后收緊控制繩4，使耐張串產(chǎn)生橫向移動(dòng)（如圖5b所示），當(dāng)耐張串不再處于跳線正上方時(shí)即可放松控制繩3，7，9，使耐張串平衡下降至地面。更換的新耐張串的上升過程剛好反之，其作業(yè)過程如圖5所示。

圖4 引導(dǎo)跳線法的耐張串吊裝

4 結(jié)語

對上述2種更換方案進(jìn)行比較，不難看出，在實(shí)際的1000kV特高壓線路中硬質(zhì)跳線因?yàn)殚L度短，加上可能受到跳線用絕緣子串的固定作用，在更換耐張絕緣子作業(yè)中引導(dǎo)跳線方案中的牽引動(dòng)作比較難以實(shí)現(xiàn)，且即使能夠?qū)μ€進(jìn)行牽引以排除其對耐張串升降過程的影響，但在牽引之后和桿塔塔身距離較近，降低了線路運(yùn)行的安全性。而主動(dòng)牽引法是在引導(dǎo)跳線法的基礎(chǔ)上作了適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)，很好地解決了問題。

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圖5 主動(dòng)牽引法的耐張串吊裝

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