高 嵩 陶留海 楊朝鋒 張建輝 王美蘭

（1．國網(wǎng)河南省電力公司檢修公司，河南 鄭州 450052； 2．河南電力博大科技有限公司，河南 鄭州 450051）

電力工業(yè)是關系國計民生的基礎產(chǎn)業(yè)，國家電網(wǎng)公司在認真分析我國電力工業(yè)和電網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢的基礎上，提出了加快建設由百萬伏級交流和800kV級直流系統(tǒng)構成的特高壓電網(wǎng)的發(fā)展目標。超、特高壓輸電線路具備超遠距離、超大容量、低損耗的送電能力，能夠提高資源的開發(fā)和利用效率，緩解環(huán)保壓力，節(jié)約寶貴的土地資源，具有顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。

目前河南省境內(nèi)有1000kV特高壓交流線路2條和±800kV特高壓直流線路1條，分別是2009年1月建成的1000kV長南I線、南荊I線和2014年1月投入運行的±800kV天中線，河南省境內(nèi)合計特高壓里程330.787公里。

在輸電線路上架設OPGW復合光纜具有兩個功能：一是作為電線路的屏蔽線和防雷地線，對輸電線路導線抗雷閃放電提供保護，在輸電線路發(fā)生短路時，起鎧裝層和屏蔽作用，使短路電流對電網(wǎng)和通信線、鐵路、輸送管道的干擾降到最小。二是通過符合在地線中的光纖，作為傳送光信號的介質(zhì)，可傳播音頻、視頻、數(shù)據(jù)和各種控制信號，進行多路寬帶通信。

光纜直線線夾是安裝在光纜外層，將光纜固定在桿塔地線支架上的連接金具，光纜直線線夾護線條對光纜起到保護作用。但是護線條在電力線路導線電場的作用下，會發(fā)生干帶電弧放電，引起護線條的電腐蝕。在直擊雷和感應雷的作用下，與雷電直接接觸的金屬因高溫而融化的可能性很大，造成光纜直線線夾和護線條損傷。

因此，研制一種更換地線光纜金具的專用工具，對確保特高壓電網(wǎng)安全、穩(wěn)定、可靠運行和保證作業(yè)人員作業(yè)安全和人身健康、提高運行檢修工作的質(zhì)量和提高效率具有重要意義。

1 工作負荷計算

1.1 光纜相關參數(shù)選取

經(jīng)查閱河南省所運維的特高壓交流長南I線、南荊I線和特高壓直流天中線的資料專檔，確定取最大的OPGW-175型光纜為本次研制設計基準，見表1。

表1

表2 三個作業(yè)小組所用時間統(tǒng)計對比

1.2 垂直檔距選取

經(jīng)查閱我省目前運維的特高壓交、直流輸電線路資料專檔，垂直檔距在800m以下的占96.73%，因此確定選用垂直檔距800m為設計基準。

1.3 工作負荷確定

OPGW-175型光纜（單位重量1183kg/km、纜徑17.5mm、全面積為176.47mm2），垂直檔距SL垂直和水平檔距SL水平均取800m，考慮最大風速10m/s。

體型系數(shù)K為1.1，風速不均勻系數(shù)aF為1.0，受風面的投影面積

F=1×d×10-3=17.5×10-3（mm2）

可以求出風壓比載g4

求垂直荷載P

P=g1×SL垂直=6.5×

10-2×176.47×800=9176N

求水平荷載Q

Q=g4SL水平=1.2×10-5×176.47×800=1.7N可求出導線的總荷載G

因此，取10kN為該工具額定工作負荷。

1.4 安全系數(shù)的選取

根據(jù)DL/T 875-2004《輸電線路施工機具設計、試驗基本要求》,確定3.0倍安全系數(shù)，因此該支架破壞負荷不得小于3.0kN。

2 工器具設計

2.1 整體結構

根據(jù)輸電線路施工搖臂抱桿的工作原理，構想了一種適用于更換特高壓光纜金具的工具。如圖1所示。

2.2 支架生根方式

光纜金具更換提升支架在桿塔光纜地線支架上的安裝關系到本項目的實際運用及推廣，采取具有通用性的生根方式，是本課題必須解決的問題。

為此我們查閱了除大跨越外所有的直線塔光纜地線支架組裝圖，并進行現(xiàn)場勘查，取其共性，確定采用在支架底部采用“十”字開口形式與地擔支架連接，配合螺栓緊固的方式固定。

2.3 材質(zhì)的選擇

7A04 Al-Zn-Mg-Cu系超高強度鋁合金，亦稱超硬鋁，是超硬鋁中相對成熟、使用較久和較廣的一個合金，常用于加工帶電作業(yè)金屬工器具。具有以下特點：

圖1 特高壓交直流輸電線路光纜金具更換支架設計圖

圖2 單、雙懸垂線夾安裝圖

圖3 吊鉤主體簡圖

重量輕，比重為2.85g/cm3，約為鋼材比重的1/3；

條件屈服強度高， σ0.2 （MPa）：≥400；

抗拉強度高，σb （MPa）：≥530，

切削性好，易加工。

2.4 臂展的確定

查閱我國第一條1000kV長南線和±800kV哈鄭線光纜組裝圖進行初步選擇，并進行了現(xiàn)場勘察和尺寸量取，確定支架臂展長度不得小于2400mm，避免吊鉤安裝位置影響懸垂線夾內(nèi)層護線條的拆裝。吊鉤需適用于OPGW-175及以下光纜金具如圖2所示。

2.5 對更換支架各關鍵部件材質(zhì)進行強度校核如圖3所示。

（1） 吊鉤強度校核

計算步驟略，吊鉤A-A截面剪切強度滿足。

（2） 校核結論

通過對地線光纜金具更換支架強度計算校核，其強度均滿足設計要求，故地線光纜金具更換支架在額定負荷下使用安全可靠如圖4所示。

3 現(xiàn)場驗證

為檢驗特高壓交、直流輸電線路光纜金具更換提升支架結構性能，進行了出廠試驗，并采用現(xiàn)場試驗的方式進行驗證。

某省檢修公司帶電作業(yè)班分三組，在所轄±800kV天中線進行了更換光纜懸垂線夾的試驗，通過試驗結果見表2所示：

由表2可知，使用該工具后，比不用該工具前的作業(yè)時間減少了72.99%，從而減少了高空作業(yè)所用時間，可有效降低高空作業(yè)事故率，保障了特高壓輸電線路高空作業(yè)的安全，對特高壓檢修技術發(fā)展有利。

使用光纜金具更換提升支架更換光纜懸垂線夾所用時間與傳統(tǒng)方法作業(yè)時間相差較大，采用該工具每次作業(yè)減少停電時間，增加效益52.8萬元，加上節(jié)約人工成本0.02萬元，扣除QC成果研制費用,經(jīng)濟效益約為52.8＋0.02－12=40.82萬元。

現(xiàn)場驗證結果表明：在完成該項目現(xiàn)場作業(yè)要求的全部安全技術措施后，多個作業(yè)小組運用該工具在較短時間內(nèi)均完成了更換特高壓輸電線路光纜金具的工作并取得了良好效果；也比采用傳統(tǒng)工具作業(yè)更加節(jié)省時間，此項工具研發(fā)成功產(chǎn)生的經(jīng)濟效益和社會效益十分明顯。研制的“特高壓交、直流輸電線路光纜金具更換提升支架”安全和性能指標完全滿足設計功能要求。

4 結論

（1）提出一種特高壓交、直流輸電線路更換光纜連接金具的專用工具結構，由兩根搖臂、立柱、斜拉桿、底座、鋁合金雙鉤、鋼絲繩和吊鉤幾部分組成。其結構簡單，各部件受力分配合理，安裝方便、操作簡單，經(jīng)濟性好。

圖4 特高壓交直流輸電線路光纜金具更換提升支架實物圖

（2） 按目前特高壓交、直流輸電線路采用的最大型號光纜OPGW-175型、光纜懸垂線夾預絞絲長度2300mm、使用負荷為10kN等關鍵參數(shù)綜合，確定了該工具適用于特高壓輸電線路垂直檔距在800m以下，提升負荷小于10kN的特高壓輸電線路直線塔更換光纜金具作業(yè)，96.73%的特高壓輸電線路直線塔符合使用條件。

（3） 現(xiàn)場應用效果驗證了使用該工具可安全、高效開展特高壓輸電線路光纜金具更換作業(yè)。不僅顯著減少停電時間，也有效降低了高空作業(yè)時間，有利于提高社會及經(jīng)濟效益，既保障了電網(wǎng)穩(wěn)定，又同時推動了該項目技術的進步與發(fā)展。

[1] 國家電網(wǎng)公司，電力安全工作規(guī)程（線路部分）[S]．

[2] DL/T 875-2004，輸電線路施工機具設計、試驗基本要求[S]．

[3] GB/T 3190-1996，變形鋁及鋁合金化學成分[S]．

[4] 劉振亞．特高壓直流輸電線路[Z]．

[5] 劉振亞．特高壓交流輸電線路維護與檢測[Z]．

[6] 胡毅，等．超/特高壓交直流輸電線線路帶電作業(yè)[Z]．

[7] 李如虎．帶電作業(yè)實用力學[Z]．