500 k V线路地线绝缘子更换作业专用工具研制及应用
2017-8-9 来源：南方电网有限责任公司超高压输电公司南宁局 作者：陶辉映 袁 震 樊长 海陆文叁 刘宝龙
摘要：为了提高500 k V输电线路地线绝缘子更换作业的工作效率，基于地线绝缘子连接金具结构分析，研制一种由上联板双钩、省力丝杠、下联板双钩或（地线双钩）构成的专用工具。安全性试验及现场应用效果表明，该专用工具安全可靠、操作便捷，能够快速实现各类型连接金具地线绝缘子的更换，有效提高了检修作业的效率。
关键词：输电线路；地线绝缘子；连接金具；专用工具
500 k V 输电线路架空地线绝缘子（以下简称“地线绝缘子”）用于支持架空线路的地线，由绝缘子和保护间隙两部分组成。当线路正常运行时，使地线与接地端绝缘；当线路遭受雷击时，间隙放电，地线通过间隙与接地端导通。
随着输电线路运行年限逐年增长，受地线感应电压及雷击闪络等因素影响，地线绝缘子发生自爆、劣值等情况日益增加，地线绝缘子的更换作业量也逐年增加。目前，地线绝缘子更换作业方法复杂，作业工具体积大，重量大，且架空地线支架结构简单，工具可选择的承力点少。因此，有必要研制一种轻便、操作简单、安全可靠的专用工具。
1 现有作业方法及工具存在的问题
目前，地线绝缘子更换作业常用的方法有双钩丝杠法、手摇葫芦法、双丝杠地线提线法。
1.1 双钩丝杠法和手摇葫芦法
双钩丝杠法利用单丝杠两端的钩，一端钩挂在与地线支架连接的 U 型环或缠绕在地线支架的钢丝绳套内，另一端直接钩地线。手摇葫芦法通过手摇葫芦、钢丝绳及卸扣配合使用收紧地线，将手摇葫芦一端钩挂在与地线支架连接的 U 型环或缠绕在地线支架的钢丝绳套内，另一端通过钩连接地线[1]。这两种方法存在以下缺点：
（1）需要几种工具一起组合使用，由于各塔型地线连接的金具结构长度不同，所需钢丝绳长度、卸扣个数不同，安装费时费力
（2）更换直线小转角地线绝缘子时，拆除绝缘子后，二联板受垂向重力作用会竖直悬挂，为方便更换需额外采取固定措施，作业步骤繁杂，且内角侧的地线背向塔身向外侧偏移，若上承力点是通过缠绕在地线支架钢丝绳与手摇葫芦（双钩丝杠）连接，支架端处的钢丝绳有滑出的可能，存在安全隐患；若上承力点选择与地线支架相连的 U 型环连接，由于联板的原因，丝杠或葫芦链条的轴线与悬挂金具的重力作用线不在同一直线上，工具在受力时会与金具发生顶压，在垂直荷载比较大的杆塔上，工具可能会发生弯曲变形，存在安全隐患。
1.2双丝杠地线提线法
在作业时利用承力支座卡在地线支架背靠背角钢处，两端各有一副丝杠通过U型环扣与地线连接，通过左右两副丝杠平衡收紧将地线提升，使绝缘子处于不受力状态[2]。该方法使用的工具体积大，工具安装、操作步骤复杂且费时，尤其当作业杆塔高差较大时，要不断调整左右丝杠的行程来保持两端受力平衡，给作业人员的操作带来一定的难度，对作业人员技能水平要求较高。
2 专用工具设计
2.1 地线绝缘子连接金具结构分析
地线绝缘子连接金具主要分直线塔双联悬垂绝缘子串（单线夹）、直线塔双联悬垂绝缘子串（双线夹）、直线小转角塔双联悬垂绝缘子串（单线夹）和耐张塔双联耐张绝缘子串 4 种连接方式，其结构分析见表1。
由表 1 可知，地线绝缘子连接金具的连接方式不同，但具有相同的结构，可分为双联单线夹和双联双线夹两种类型。其中，双联单线夹类连接金具由U型挂环、联板（L型）、直角挂板、绝缘子、平行挂板、联板（L型）、悬垂或耐张线夹构成[3]；双联双线夹
作业人员在更换直线塔地线绝缘子时，工具所承受的荷重主要是地线作用于悬垂线夹处的垂直荷重与金具重量[5]。由于直线小转角塔地线挂点至线夹的连线与重力垂线有一定的角度（δ < 45°），作业时工具所承受的荷重是垂直分量（地线作用于悬垂线夹处的垂直荷重与金具重量之和）与水平分量的合力，其计算公式如下：
工具的最大荷重只有在最大垂直档距和地线悬垂绝缘子串最大风偏角（δ = 45 °）时才会出现，但在实际运行中，以上两种情况不会同时出现，因此，工具的最大荷重对于任何停、带电作业条件都是安全的。 如：GJ - 80 地线每千米重量为 630kg/km ，最大垂直档距为 1 500 m，金具重量为 0.6kN，为45°，则工具承受的最大荷重Pmax为14.22 kN。按设计要求，专用工具的安全系数为2.5，则专用工具额定使用荷重为：
2.2.3 专用工具操作要求
专用工具应具备体积小、重量轻等特点，要便于作业人员传递或携带。工具选择的承力点要稳固且便于装、拆，保证只需1名作业人员就能独立完成安装；在作业中转移地线绝缘子承力时，省力丝杠摇柄长度要适中，作业人员通过单手能轻松控制丝杠紧、松，实现工具承力与地线绝缘子承力状态的转移。
2.3 专用工具结构设计
基于地线绝缘子连接金具结构特点，本文设计的专用工具由上联板双钩、省力丝杠、下联板双钩（或地线双钩）构成，其上承力点选择由上联板双钩挂套在上联板（L 型）中心孔两侧等边斜腰腰边上。
更换双联单线夹连接金具结构的地线绝缘子时，下承力点选择由下联板双钩钩套在下联板（L型）中心孔两侧等边斜腰腰边上；更换双联双线夹连接金具结构的地线绝缘子时，下承力点选择由地线双钩钩套在地线上，专用工具安装示意图分别如图 1、图 2所示。
图1 更换双联单线夹类地线绝缘子专用工具安装示意图
图2 更换双联双线夹地线绝缘子专用工具安装示意图
3 作业步骤
地线绝缘子按连接金具结构类型分双联单线夹和双联双线夹，作业中主要的区别在于安装时提吊点的选取不同，使用专用工具更换地线绝缘子的主要作业步骤如下：
（1）塔上作业人员携带传递绳、滑车登塔至地线支架合适位置后系好安全带，并挂好滑车（塔上作业人员在未装设接地线或个人保安地线前，应保持人体裸露部分与绝缘架空地线不小于0.4 m安全距离[6]）；
（2）地面作业人员传递接地线或个人保安线、绝缘手套、专用工具至滑车挂点处；
（3）塔上作业人员装设接地线或个人保安线，确保接触良好，连接可靠；
（4）塔上作业人员安装专用工具，安装时先将该工具上联板双钩挂套在上联板（L型）中心孔两侧等边斜腰腰边上，再根据地线绝缘子连接金具结构长度，调整丝杠长度，将下双钩钩套在合适的起吊承力点上；
（5）塔上作业人员收紧丝杠，将地线绝缘子承力转移至专用工具上，检查专用工具受力状态良好，拆除旧绝缘子，安装新绝缘子；
（6）塔上作业人员检查、确认更换后的新绝缘子受力良好、销钉安装到位，拆除专用工具；
（7）人员下塔，检查塔上无遗留物，作业终结。
4 专用工具安全性试验及应用优越性分析
4.1 专用工具安全性试验分析
根据专用工具结构设计图纸，委托厂家进行成品加工制作。在 2.5 倍允许工作荷载下进行 10 min静负荷试验，专用工具各部位无裂纹、变形及卡涩现象，丝杠收放灵活，符合设计要求。4.2 专用工具应用优越性分析专用工具重量为 5 kg，最大长度为 650 mm，结构紧凑、安装及操作便捷，省力丝杠收放灵活。现场实践应用表明，专用工具具有以下优越性：
（1）能实现 500 k V 输电线路直线塔（含小转角）、耐张塔绝缘架空地线采用双联连接金具结构地线绝缘子的更换作业，通用性强；
（2）专用工具选择上联板（L 型）、下联板（L 型）或地线作为承力点，缩短了工具结构尺寸，减小了工具体积与重量，上承力点选择由上联板双钩挂套在上联板（L 型）中心孔两侧等边斜腰腰边上，受力性能更优；
（3）专用工具安装、操作便捷，摇柄可单手操作实现地线绝缘子承力的转移，有效减轻作业人员劳动强度，提高作业效率。
5 结语
基于地线绝缘子连接金具的结构特点，研制出适用于双联连接金具结构地线绝缘子更换作业的专用工具。现场实践与应用证明，使用专用工具更换地线绝缘子，能有效缩短作业时间，减轻作业人
员劳动强度，降低作业风险，提高检修作业效率，适应于多种停电、带电作业。
参考文献：
[1] 关汉超，罗骋，张孝祖，等输电线路架空地线提线器[C].第四届全国架空输电线路技术交流研讨会论文集，2014.
[2] 侯飞，刘文恒.500 k V 输电线路架空地线提线器的研制及应用[J].内蒙古电力技术，2012，30（1）：48-51.
[3] 董吉谔.电力金具手册[M].北京：中国电力出版社，2010
[4] 孟遂民，孔伟.架空输电线路设计[M].北京：中国电力出版社，2007.
[5] 李如虎.带电作业实用力学[M].北京：中国电力出版社，2011.
[6] Q/CSG 51001—2015，中国南方电网有限责任公司电力安全工作规程[S].
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