35—220 kV架空輸電線路地線提升器研制與應(yīng)用

王 鵬，王利亭，紀(jì) 磊

(國(guó)網(wǎng)浙江省電力公司嘉興供電公司，浙江 嘉興 314000)

0 引言

隨著運(yùn)行年限的增加，在長(zhǎng)期不平衡張力作用和環(huán)境污染、霧霾、雷雨等不良工況的影響下，架空輸電線路地線會(huì)發(fā)生銹蝕、斷股，其配套金具會(huì)銹蝕、損壞，絕緣子會(huì)劣化，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致斷線事故發(fā)生。及時(shí)檢查更換架空地線及其配套的金具、絕緣子，成為輸電線路可靠運(yùn)行的重要保證。

現(xiàn)階段輸電線路檢修工藝中，對(duì)35—220 kV地線頂架進(jìn)行檢修時(shí)，容易受到工器具、塔頭結(jié)構(gòu)、作業(yè)空間等多方面限制，提升架空地線較困難且安全風(fēng)險(xiǎn)大，因此急需研制一種方便實(shí)用的架空地線專用提升器。

1 常規(guī)架空地線提升方法分析

35—220 kV架空輸電線路地線連接金具組合長(zhǎng)度一般為20—40 cm，在常規(guī)檢修中，提升地線主要采用鋼絲繩套繞絞或2人協(xié)作用肩膀扛起架空地線的方法，如圖1，2所示。其他如使用鏈條葫蘆、轉(zhuǎn)向滑車等工具的作業(yè)方法，由于工具繁多、操作復(fù)雜，安全風(fēng)險(xiǎn)較大；加之作業(yè)空間狹小，作業(yè)人員擁擠，使用這些方法會(huì)導(dǎo)致作業(yè)人員的安全風(fēng)險(xiǎn)較大，浪費(fèi)時(shí)間且工作效率低，同時(shí)對(duì)于懸垂線夾的安裝工藝也有影響，因此一般不采用。于架空地線提升困難，導(dǎo)致了安裝過(guò)線滑車、更換地線線夾工作難度增加。對(duì)在常用35—220 kV塔型地線頂架上更換地線線夾的作業(yè)時(shí)間進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)平均作業(yè)時(shí)間為70 min，具體如表1所示。

圖1 鋼絲繩套繞絞作業(yè)實(shí)景

圖2 兩人協(xié)作用肩膀扛作業(yè)實(shí)景

表1 不同結(jié)構(gòu)地線頂架作業(yè)時(shí)間

2 專用地線提升器的研制

為了避免在架空地線檢修作業(yè)中采用常規(guī)提升方法所引發(fā)的安全風(fēng)險(xiǎn)，提高作業(yè)效率，現(xiàn)研制了一種適用于常規(guī)塔型地線頂架結(jié)構(gòu)、由單人即可操作的專用提升器。

35—220 kV架空線路直線桿塔常規(guī)塔型的地線頂架結(jié)構(gòu)基本分為4類，且這4類地線橫擔(dān)作業(yè)空間都相對(duì)狹小，如圖3所示。

根據(jù)4類地線頂架結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及常規(guī)地線連接金具的實(shí)際情況，針對(duì)不同厚度、寬度的角鋼，研制了一種地線提升器，如圖4所示。該工具由高強(qiáng)度鋁合金材料制成，分為固定部件、可調(diào)地線鉤和提升絲杠3部分，可拆卸組裝，適用于多種懸掛方式下的地線提升作業(yè)。

圖3 常規(guī)塔形地線頂架結(jié)構(gòu)

圖4 專用地線提升器結(jié)構(gòu)

3 專用地線提升器的結(jié)構(gòu)分析

3.1 固定部件

由于固定部件與地線頂架直接接觸，部件結(jié)構(gòu)及安裝位置直接關(guān)系到地線頂架塔材及工具的受力，經(jīng)過(guò)對(duì)35—220 kV地線頂架結(jié)構(gòu)的統(tǒng)計(jì)分析及垂直荷載計(jì)算，采用了卡頭式固定部件。安裝固定的卡頭分為主卡和副卡(見圖4)，主卡起主要固定作用；副卡為適應(yīng)不同地線頂架的角鋼結(jié)構(gòu)和角鋼寬度，可調(diào)節(jié)固定?？^的大小綜合考慮了各種直線塔的地線頂架結(jié)構(gòu)、塔材尺寸。為防止提升作業(yè)過(guò)程中卡槽滑出，在卡槽處還增加了固定螺桿，用作卡具提升受力時(shí)的保險(xiǎn)裝置。

3.2 可調(diào)地線鉤

可調(diào)地線鉤采用地線掛鉤與調(diào)整板組合連接的方式。架空地線一般有直接與懸垂線夾或聯(lián)板等金具連接和通過(guò)絕緣子與聯(lián)板等金具絕緣連接2種方式，導(dǎo)致架空地線與地線頂架間的距離不等。從通用性上考慮，為滿足不同電壓等級(jí)、不同間距下地線提升時(shí)的可操作性，在提升器上設(shè)計(jì)了調(diào)整板，并在調(diào)整板上加工多個(gè)調(diào)節(jié)孔距，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)距離隨意調(diào)整。

由于地線鉤與地線直接接觸，參考現(xiàn)有導(dǎo)線鉤、雙鉤緊線器等掛鉤形式，為防止提升時(shí)損傷地線，地線鉤內(nèi)側(cè)設(shè)計(jì)成圓弧形。同時(shí)為確保提升器的通用性及安全性，在確定鉤口尺寸時(shí)，綜合考慮了35—220 kV架空輸電線路地線各種型號(hào)、OPGW光纜及考慮護(hù)線條后的直徑尺寸。

3.3 提升絲杠

從優(yōu)化作業(yè)方式、簡(jiǎn)化作業(yè)流程方面考慮，參考雙鉤緊線器，設(shè)計(jì)將絲桿作為提升工具。該工具由單人即可完成操作。地線提升器絲桿將搖桿的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為絲桿的直線提升運(yùn)動(dòng)，絲桿只受很小的摩擦阻力，能夠極大減輕操作人員的工作量，操作簡(jiǎn)便。

4 專用地線提升器的強(qiáng)度校驗(yàn)及試驗(yàn)

4.1 強(qiáng)度校驗(yàn)

根據(jù)地線提升器結(jié)構(gòu)，可將提升器分為固定部件和提升桿2部分進(jìn)行受力分析，其結(jié)構(gòu)尺寸及受力模型如圖5所示。

圖5 提升器結(jié)構(gòu)尺寸及受力模型

在圖5(b)中，G地為地線垂直荷載；T地為地線張力，方向與提升器長(zhǎng)度方向垂直；H地為地線橫向荷載(主要為風(fēng)荷載，提升桿風(fēng)荷載此處可忽略不計(jì))。

采用JLB40-150型地線，單位長(zhǎng)度重量0．697 kg/m，直徑D為15．75 mm。地線覆冰厚d冰為10 mm，最大風(fēng)速30 m/s，垂直檔距Lv最大取650 m。提升器固定部分采用3A21型鋁合金，抗拉強(qiáng)度σ為160 MPa，抗剪強(qiáng)度τ為120 MPa。

在極限使用情況下，各項(xiàng)荷載計(jì)算如下。

(1) 地線垂直荷載G地。

式中：g1為自重荷載；g2為承重荷載。

(2) 地線水平風(fēng)荷載H地。

其中：α為風(fēng)壓不均勻系數(shù)，取0．75；Wo為基準(zhǔn)風(fēng)壓標(biāo)準(zhǔn)值；μZ為風(fēng)壓高度變化系數(shù)，取1．67；μSC為導(dǎo)、地線體形系數(shù)，取 1．2；LP為桿塔水平檔距，取400 m；β為覆冰時(shí)風(fēng)荷載增大系數(shù)，取1．1；θ為風(fēng)向與地線方向來(lái)角，取90°；V為基準(zhǔn)高度為10 m的風(fēng)速，取29 m/s。

根據(jù)以上公式，計(jì)算出H地=1 478 N。

(3) 地線張力差T地。本計(jì)算中考慮桿塔地線張力差極限使用情況，即一側(cè)地線為最大使用張力；另一側(cè)地線斷線，張力為0。JLB40-150地線拉斷力為906 20 N，取地線設(shè)計(jì)安全系數(shù)為4．5，則地線最大使用張力：

（4） 固定部件受力計(jì)算。提升器固定部件可視為簡(jiǎn)支梁模型，如圖5所示。故斷線情況下，構(gòu)件最大彎矩Mmax=682 N·m。構(gòu)件最大剪力Fmax=G地/2=4 537 N。最大拉應(yīng)力σmax=Mmax/Wz=90．93 MPa＜σ。最大切應(yīng)力τmax=3×Fmax/(2 A)=4．54 MPa＜τ。

（5） 提升桿計(jì)算。提升桿主要受地線垂直荷載引起的拉力及由地線風(fēng)荷載和地線張力差引起的合成彎矩影響。提升桿直徑為Φ25，長(zhǎng)度為500 mm。將其視為軸心受拉構(gòu)件，桿體所受的拉應(yīng)力計(jì)算如下：σ拉=G地/S=18．49 MPa＜σ。

其中：S為提升桿截面積。

綜上，所設(shè)計(jì)的地線提升器可滿足一般工況下的強(qiáng)度要求。

4.2 相關(guān)試驗(yàn)

4．2．1 出廠試驗(yàn)

在安全工器具性能試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行拉力試驗(yàn)，加20 kN試驗(yàn)拉力，持續(xù)10 min。檢測(cè)結(jié)果：工具使用靈活、無(wú)變形及損傷，符合電力工器具出廠試驗(yàn)要求。

4．2．2 機(jī)械試驗(yàn)

進(jìn)行預(yù)防性機(jī)械試驗(yàn)時(shí)，在將該提升器組裝成工作狀態(tài)后，加18．42 kN試驗(yàn)拉力，持續(xù)10 min，該提升器未出現(xiàn)任何變形等異常情況，產(chǎn)品合格。

5 實(shí)際應(yīng)用

地線提升器試驗(yàn)通過(guò)后，分別在35—220 kV線路共12基桿塔不同結(jié)構(gòu)地線頂架上進(jìn)行更換地線線夾、聯(lián)板等作業(yè)，其通用性、安全性、高效性得到了很好的驗(yàn)證。

地線提升器通過(guò)副卡調(diào)節(jié)，可以充分滿足在各種塔型上的作業(yè)需求。同時(shí)，在設(shè)計(jì)地線掛鉤時(shí)，充分考慮了包括OPGW光纜、鋁合金地線、鋼絞線、護(hù)線條等的各種不同尺寸，具有很好的通用性。

地線提升器可以由單人在桿塔上操作，固定卡件受力穩(wěn)定，絲桿操作簡(jiǎn)便省力，檢修作業(yè)時(shí)間平均僅需25 min，較無(wú)專用工具時(shí)平均時(shí)間縮短近2/3，效率提升顯著。作業(yè)人員的減少及作業(yè)時(shí)間的縮短，也大大降低了塔上作業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)，凸顯出該工具的安全性和高效性。

6 結(jié)論

地線提升器具有通用、安全、高效等特點(diǎn)，使用方便、優(yōu)勢(shì)顯著，在架空輸電線路地線常規(guī)工作及搶修工作中得到了廣泛應(yīng)用。目前該工具已申請(qǐng)實(shí)用新型專利。

1 國(guó)家能源局．DL 741—2010架空輸電線路運(yùn)行規(guī)程[S]．北京：中國(guó)電力出版社，2010．

2 國(guó)家電力公司東北電力設(shè)計(jì)院．電力工程高壓送電線路設(shè)計(jì)手冊(cè)[M]．北京：中國(guó)電力出版社，2003．

3 中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部，中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局．GB 50545—2010 110—750 kV架空輸電線路設(shè)計(jì)規(guī)范[S]．北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2010．

4 中華人民共和國(guó)建設(shè)部，中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局．GB 50233—2005 110—500 kV架空送電線路施工及驗(yàn)收規(guī)范[S]．北京：中國(guó)電力出版社，2005．

5 單輝祖．材料力學(xué)(第四版)[M]．北京：高等教育出版社，2004．

6 高 濤．輸電線路架線施工不停電跨越技術(shù)探討[J]．電力安全技術(shù)，2013，15(2)：12-16．

7 曾國(guó)忠．新型專用緊線成套工具的研制與應(yīng)用[J]．電力安全技術(shù)，2014，16(10)：66-67．