500kV耐張塔重錘片提升裝置的研制

國(guó)網(wǎng)河南省電力公司超高壓公司 高昆鵬 韓 旭 馬 志 靳 航 余 良

1 引言

線(xiàn)路運(yùn)行過(guò)程中，隨著時(shí)間的推移線(xiàn)路原始絕緣引流跳線(xiàn)串時(shí)常會(huì)出現(xiàn)絕緣性能下降、老化發(fā)熱的現(xiàn)象，不能繼續(xù)保證運(yùn)行過(guò)程中的使用要求，嚴(yán)重影響線(xiàn)路的安全穩(wěn)定運(yùn)行，以往的跳線(xiàn)串更換工作因涉及提線(xiàn)提重錘等工作程序，在操作過(guò)程中需桿塔上下大量工作人員，過(guò)程既費(fèi)時(shí)又費(fèi)力，使用500kV 耐張塔重錘片提升裝置可極大縮短更換跳線(xiàn)串的時(shí)間，人員勞動(dòng)強(qiáng)度降低，經(jīng)濟(jì)效益和工作效率都有了顯著提升。

2 500kV 耐張塔重錘片提升裝置的概述

2.1 500kV 耐張塔重錘片提升裝置的技術(shù)背景

由于線(xiàn)路運(yùn)行過(guò)程中隨著時(shí)間的遷移，線(xiàn)路原始絕緣引流跳線(xiàn)串時(shí)常會(huì)出現(xiàn)絕緣性能下降、老化發(fā)熱現(xiàn)象，不能繼續(xù)保證運(yùn)行過(guò)程中的使用要求，嚴(yán)重影響線(xiàn)路的安全穩(wěn)定運(yùn)行。目前運(yùn)維單位使用以往傳統(tǒng)的絕緣傳遞繩及轉(zhuǎn)向滑車(chē)組合，依靠人力牽引，在操作過(guò)程中需桿塔上下大量工作人員共同操作提升工作，塔上作業(yè)人員在利用現(xiàn)有絕緣工器具及繩索對(duì)重錘進(jìn)行捆扎固定和修正提升時(shí)穩(wěn)定性的過(guò)程既費(fèi)時(shí)又費(fèi)力。

本設(shè)計(jì)主要闡述了卡具的設(shè)計(jì)思路，結(jié)構(gòu)及工作原理，其由橫擔(dān)端卡和導(dǎo)線(xiàn)端卡組成。橫擔(dān)端卡的U 型槽卡座在橫擔(dān)角鋼上，用T 型螺桿進(jìn)行緊固，橫擔(dān)端卡伸出兩翼且連接有左右直線(xiàn)絲杠，導(dǎo)線(xiàn)端卡設(shè)置在重錘片的連接螺釘?shù)木o固螺母上，分左右兩片，橫擔(dān)端卡的左右絲杠分別與導(dǎo)線(xiàn)端左右卡通過(guò)絕緣拉板連接，橫擔(dān)端與導(dǎo)線(xiàn)端均需一人可連接整套卡具，橫擔(dān)端操作人員伸縮絲杠，導(dǎo)線(xiàn)端操作人員配合更換絕緣引流跳線(xiàn)串。這樣可以簡(jiǎn)化檢修流程和所有的設(shè)備及人員，在保證安全的前提下加速檢修的工作進(jìn)度和效率。

2.2 5 00kV 耐張塔重錘片提升裝置的結(jié)構(gòu)及性能特點(diǎn)

首先500kV 耐張塔重錘片提升裝置主要由橫擔(dān)端部卡具和導(dǎo)線(xiàn)端部卡具組成，兩者之間由絲杠及絕緣拉板連接[1]。

由于輸電線(xiàn)路高空作業(yè)，操作人員使用的工具盡量輕量化，體積小，容易運(yùn)輸及操作的，所以在選材方面做了對(duì)比采用航空用高強(qiáng)度鋁合金7A04材質(zhì)加工，強(qiáng)度高，方便可靠。

該裝置主要性能特點(diǎn)如下。

一是卡具主體結(jié)構(gòu)、主要受力零部件的原材料，在使用前，已經(jīng)對(duì)其化學(xué)成分、力學(xué)性能進(jìn)行了復(fù)驗(yàn)，鋁合金材料按GBn223相關(guān)條款組織進(jìn)行低倍復(fù)驗(yàn)?？ň咧黧w由7A04鋁合金材料鍛件或鍛件毛坯加工成形（不允許采用板料加工），抗拉強(qiáng)度σb（MPa） 不小于490，屈服強(qiáng)度σs（MPa）不小于420，比重P（kg/m3）不大于2.85,材料應(yīng)符合GB/T3191的有關(guān)規(guī)定。毛坯鍛打時(shí)保證了鍛件低倍組織和流線(xiàn)。產(chǎn)品試制對(duì)采用的毛坯低倍組織及流線(xiàn)，按照GBn223的有關(guān)要求檢驗(yàn)，毛坯熱處理后的硬度HB ≥125?？ň咧黧w成型后，進(jìn)行了熒光及超聲波探傷，確?？ň咧黧w無(wú)裂紋后，并對(duì)表面進(jìn)行陽(yáng)極氧化處理[2]。

二是絲桿與其他主要受力零件，采用40Gr 材料以及性能更好的合金鋼材料，材料符合GB/T3077的有關(guān)要求。

三是鋼制零件的表面，全方位進(jìn)行鍍鋅及發(fā)蘭處理，鍍鋅層及發(fā)蘭質(zhì)量都按照有關(guān)規(guī)定進(jìn)行了檢驗(yàn)。40Gr、45Mn2等易氫脆材料在鍍鋅處理后除氫。

2.3 500kV 耐張塔重錘片提升裝置的工作原理

兩端卡具為簡(jiǎn)支梁結(jié)構(gòu)，通過(guò)絲杠的螺旋線(xiàn)的轉(zhuǎn)動(dòng)，將旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化為線(xiàn)性運(yùn)動(dòng)，進(jìn)行上下伸縮，從而達(dá)到更換的目的。

2.4 500kV 耐張塔重錘片提升裝置的技術(shù)參數(shù)

線(xiàn)路等級(jí)：500kV；工作負(fù)荷：30kN；材質(zhì)：鋁合金；執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)：DL/T463-2006帶電作業(yè)用絕緣子卡具。

2.5 500kV 耐張塔重錘片提升裝置的要求

2.5.1 安全性強(qiáng)

傳統(tǒng)跳線(xiàn)串工作需要的輔助工具多且兩點(diǎn)提升時(shí)絕緣子容易歪斜而翻轉(zhuǎn)，而500kV 耐張塔重錘片提升裝置，該裝置可以抑制懸垂串的歪斜及翻轉(zhuǎn)，降低更換作業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)，安全性強(qiáng)。

2.5.2 通用性強(qiáng)

500kV 耐張塔重錘片提升裝置，導(dǎo)線(xiàn)端由于該工具的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無(wú)內(nèi)置型腔，只是連接于重錘片的連接螺釘?shù)膬啥寺菽干希蛇m用于不同型號(hào)的重錘片，通用性比較強(qiáng)。

2.5.3 節(jié)約成本

500kV 耐張塔重錘片提升裝置，導(dǎo)線(xiàn)端卡具可以快速安裝于重錘片連接螺釘?shù)膬啥寺菽柑?，通過(guò)該裝置的安裝代替了用鋼絲套、高強(qiáng)度吊帶對(duì)導(dǎo)線(xiàn)在綁扎工作中，降低了作業(yè)難度，對(duì)人力、物力和工器具的依賴(lài)減少。

3 500kV 耐張塔重錘片提升裝置的設(shè)計(jì)

3.1 500kV 耐張塔重錘片提升裝置的初步方案

耐張塔型及重錘片懸垂串的連接結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 導(dǎo)線(xiàn)側(cè)重錘片

該裝置初步方案如圖2所示。

圖2 裝置方案

3.2 500kV 耐張塔重錘片提升裝置的強(qiáng)度校核

該鋁合金裝置主要性能參數(shù)，適用絕緣子：500kV 絕緣引流懸垂串。

主要技術(shù)參數(shù)。額定負(fù)荷P=10kN ， 動(dòng)試驗(yàn)負(fù)荷Q=15kN，安全系數(shù)n=2.5，主體材料 LC，σs=412MPa，σb=490MPa。

3.3 橫擔(dān)端部卡具

卡具受力分析如圖3所示，中間作為支撐點(diǎn)，可簡(jiǎn)化為一兩端懸臂的簡(jiǎn)支梁進(jìn)行受力計(jì)算。

圖3 受力分析

簡(jiǎn)支梁受力分析如圖4所示。

圖4 簡(jiǎn)支梁受力分析

上圖可以看出，因?yàn)樽畲髲澗卦贏-A,B-B 截面處，所以對(duì)此截面的計(jì)算為主[3]。

A-A 截面處的強(qiáng)度，該截面慣性距為：IY=170550mm4，該截面的抗彎截面模量為W =6828mm3，施加于該截面上的彎距M =（P/2）×210=（10000/2）×210×2.5=2625000N·mm，則該截面上的彎曲應(yīng)力σ=M/W，σ=395MPa<σs=422MPa。

B-B 處截面結(jié)構(gòu)如圖5所示，2B-B 截面處強(qiáng)度計(jì)，經(jīng)計(jì)算截面慣性距為：IY=260500mm4，該截面抗彎截面的模量為W=10516mm3。施加于該截面上的彎距M =（P/2）×210=（10000/2）×210×2.5=2625000N·mm，則該截面上彎曲應(yīng)力σ=M/W，σ=262MPa<σs=422MPa。

圖5 B-B 截面處強(qiáng)度

3.4 導(dǎo)線(xiàn)端卡具

卡具受力分析如圖6所示，中間作為支撐點(diǎn)，可簡(jiǎn)化為一兩端懸臂的簡(jiǎn)支梁進(jìn)行受力計(jì)算[4]。

圖6 卡具受力分析

簡(jiǎn)支梁受力分析如圖7所示。

圖7 簡(jiǎn)支梁受力分析

由圖6、圖7所示可看出，最大彎矩在A-A,B-B截面處，對(duì)此截面計(jì)算為主。

A -A 截面處的強(qiáng)度， 截面慣性距為：IY=379540mm4，該截面的抗彎截面模量為W=4474mm3

B. 施加于該截面上彎距M =（P/2）×110=（10000/2）×110×2.5=1375000N·mm，則該截面上的彎曲應(yīng)力σ=M/W，σ=318MPa<σs=422MPa

B-B 截面處的強(qiáng)度計(jì)算[5]，經(jīng)計(jì)算該截面慣性距IY=4320000mm4，則該截面的抗彎截面模量為W=7300mm3，施加于該截面上的彎距M =（P/2）×110=（10000/2）×110×2.5=1375000N·mm，則該截面上的彎曲應(yīng)力σ=M/W，σ=200MPa<σs=422MPa。

4 結(jié)語(yǔ)

卡具的主體在工作負(fù)荷為30kN 時(shí)，工作是安全的，并且能夠保證2.5倍的安全系數(shù)。新研制的500kV 耐張塔重錘片提升裝置可增加使用過(guò)程中的實(shí)用性及適用性。極大的提高了工作效率，保障了安全供電，為公司生產(chǎn)帶來(lái)了一定的經(jīng)濟(jì)效益，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。