魯永生，康宇斌，張?jiān)葡?/p>

(江蘇省電力公司檢修分公司，江蘇南京 211102)

錦蘇線是錦屏換流站至蘇州換流站的±800 kV特高壓直流輸電線路，承擔(dān)著雅礱江流域錦屏一、二級(jí)和官地水電站的電力外送任務(wù)，對(duì)于促進(jìn)西南地區(qū)水電開發(fā)及緩解華東地區(qū)用電緊張局面具有十分重要意義。本文根據(jù)±800 kV 錦蘇線懸垂串和耐張串型式和橫擔(dān)結(jié)構(gòu)，以及大噸位盤形絕緣子單個(gè)質(zhì)量重不易操作等特點(diǎn)，研制適用于900 mm2大截面導(dǎo)線的提線工器具和耐張串盤形絕緣子更換的卡具，為±800 kV 錦蘇線檢修作業(yè)提供工藝支撐和技術(shù)保障。

1 錦蘇線結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

±800 kV 錦蘇線是我國首條采用六分裂900 mm2截面導(dǎo)線和760 kN 絕緣子的特高壓直流輸電線路，輸送功率7200 MW[1]，與其他±800 kV 特高壓直流輸電線路相比，其輸送容量更大、輸送距離更遠(yuǎn)，代表了高壓直流輸電技術(shù)的新高峰。導(dǎo)地線主要參數(shù)如表1所示，直線塔絕緣子參數(shù)如表2 所示，耐張塔絕緣子參數(shù)如表3 所示。

表1 導(dǎo)地線主要參數(shù)

表2 直線塔絕緣子參數(shù)

表3 耐張塔絕緣子參數(shù)

2 檢修工器具研制思路

線路檢修包括停電檢修和帶電檢修，主要包括絕緣子清掃、絕緣子及金具更換、修補(bǔ)導(dǎo)地線、更換間隔棒或防振錘、導(dǎo)地線異物處理等。更換耐張絕緣子或連接金具主要依靠閉式卡和端部卡；更換懸垂串絕緣子或連接金具，主要依靠提線工器具提升導(dǎo)線至絕緣子串松弛后將絕緣子或連接金具更換；帶電修補(bǔ)導(dǎo)地線、更換間隔棒或防振錘、處理異物等，關(guān)鍵在于等電位作業(yè)人員的安全防護(hù)和進(jìn)出電場(chǎng)的方式。

根據(jù)±800 kV 錦蘇線設(shè)備特點(diǎn)，更換單V 懸垂串合成絕緣子或連接金具的提線工器具，研究難點(diǎn)在于六分裂導(dǎo)線提線器、提升設(shè)備和用于帶電作業(yè)的絕緣拉棒，其中六線一體式提線器是同行領(lǐng)先；更換雙V 懸垂串合成絕緣子或連接金具的提線工器具，研究難點(diǎn)在于大刀卡、聯(lián)塔掛具和用于帶電作業(yè)的絕緣拉棒；更換耐張串任意片的卡具，尤其是760 kN 耐張絕緣子，錦蘇線全線僅為江蘇段獨(dú)有，單片質(zhì)量達(dá)30 kg，研究難點(diǎn)在于閉式卡、端部卡和托瓶架[2]。

3 更換懸垂串工具的研制

3.1 工作荷載確定

±800 kV 錦蘇線JL/G3A-900/40 導(dǎo)線的計(jì)算重量2 790.2 kg/km，最大垂直檔距為600 m，單極導(dǎo)線采用六分裂方式，合成絕緣子V 串夾角在90°～100°，按最大角度100°分析，如圖1 所示。對(duì)于單V 串提線的最大荷載為98 438 N，則六分裂提線器、提升設(shè)備和絕緣拉棒的工作荷載為100 kN；對(duì)于雙V 串提線的最大荷載為76 571 N，則大刀卡、聯(lián)塔掛具和絕緣拉棒的工作荷載為80 kN。

圖1 V 串受力分析示意圖

3.2 六線一體式提線器研制

根據(jù)單極6×JL/G3A-900/40 導(dǎo)線結(jié)構(gòu)和最大荷載，采用傳統(tǒng)機(jī)械絲杠較難實(shí)現(xiàn)提線功能，因此研制了采用液壓缸為提升設(shè)備的六線一體式提線器。該提線器擁有4個(gè)吊線鉤和本體架上方2個(gè)凹槽，按60°圓心角分布在直徑為900 mm的圓上，保證提線過程中導(dǎo)線線束的尺寸不變，吊鉤設(shè)計(jì)寬度125 mm，如圖2所示。結(jié)合V 串導(dǎo)線至橫擔(dān)下平面的垂直距離，獨(dú)創(chuàng)性的將液壓缸放在本體架內(nèi)部，活塞桿通過本體架軸向孔與機(jī)械絲杠、絕緣拉棒相連，這樣操作時(shí)更便捷、更靈活，同時(shí)又充分保證了絕緣桿的有效長度以及操作人員的安全距離。提線器4個(gè)吊線鉤、液壓缸與本體架之間采用螺栓固定，本體架和吊線鉤選用擇重量輕、強(qiáng)度高的鋁合金材料制作，使得提線器本體便于現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)輸和高空作業(yè)方便。

圖2 六線一體式提線器示意圖

采用兩側(cè)提線，需考慮橫擔(dān)寬度引起的弧垂量，錦蘇線鐵塔橫擔(dān)寬度平均在3 m 左右，根據(jù)任意點(diǎn)弧垂公式：

式（1）中：x=1.5 m，檔距L 取600 m時(shí)，弧垂量為254 mm。

考慮現(xiàn)場(chǎng)操作性，提線器液壓缸的行程確定為400 mm。作業(yè)時(shí)，塔上電工在橫擔(dān)前后操作孔掛好接頭，連接好機(jī)械絲杠、絕緣拉棒與六線一體式提線器，先用機(jī)械絲杠預(yù)收緊整套提線工具，再用液壓缸提升導(dǎo)線使絕緣子串松弛，換下絕緣子或連接金具。

3.3 大刀卡研制

±800 kV 錦蘇線雙V 串的每個(gè)肢采用聯(lián)板將兩支合成絕緣子并聯(lián)，如圖3 所示。據(jù)此在更換其中一支絕緣子時(shí)可以在二聯(lián)板上使用大刀卡。借助大刀卡的杠桿作用，只需施加雙V 串單個(gè)肢承受荷載的0.5 倍收緊力（即38 kN），便可使合成絕緣子串松弛，也就是說，可采用45 kN的防扭機(jī)械絲杠作為大刀卡的收緊裝置。為了高空作業(yè)方便，大刀卡和聯(lián)塔掛具選用重量輕、強(qiáng)度高的鋁合金材料制作。

圖3 雙V 串絕緣子示意圖

作業(yè)時(shí)，塔上電工將聯(lián)塔掛具安裝在橫擔(dān)掛點(diǎn)處或橫擔(dān)角鋼上，導(dǎo)線上電工將大刀卡安裝于導(dǎo)線側(cè)直角掛板和二聯(lián)板上，聯(lián)塔掛具通過絕緣拉棒連接大刀卡，導(dǎo)線上電工收緊大刀卡上的防扭機(jī)械絲杠完成合成絕緣子串的荷載轉(zhuǎn)移，絕緣子串松弛后進(jìn)行更換。如圖4 所示。

圖4 大刀卡連接示意圖

3.4 絕緣拉棒研制

本文采用絕緣拉棒、預(yù)收緊機(jī)械絲杠和六線一體式提線器聯(lián)合提線的方式更換單V 絕緣子串，絕緣拉棒的結(jié)構(gòu)長度受塔頭間隙、金屬連接件和提線裝置行程等多方面因素影響，成為研制難點(diǎn)?！?00 kV 錦蘇線直線塔導(dǎo)線與橫擔(dān)施工孔的垂直距離為8.1 m，考慮預(yù)收緊機(jī)械防扭絲杠和六線提線器活塞桿的長度，結(jié)合帶電作業(yè)車車廂內(nèi)尺寸，更換單V 串時(shí)采用2 節(jié)絕緣拉棒（單節(jié)長3.77 m，有效絕緣長度3.4 m），有效絕緣長度6.8 m 大于規(guī)程要求的6.6 m?；诤铣山^緣子的結(jié)構(gòu)長度均為11.5 m，考慮聯(lián)塔掛具和機(jī)械防扭絲杠的長度，結(jié)合帶電作業(yè)車車廂內(nèi)尺寸，更換雙V 串時(shí)采用3 節(jié)絕緣拉棒（單節(jié)長3.9 m，有效絕緣長度3.53 m），有效絕緣長度10.6 m 大于規(guī)程要求的6.6 m，現(xiàn)場(chǎng)起吊和裝卸運(yùn)輸均很方便[3]。

4 更換耐張串工具的研制

4.1 工作荷載確定

±800 kV 錦蘇線單導(dǎo)線的張力52.143 kN，單極6根導(dǎo)線的張力為312.86 kN。三聯(lián)串時(shí)每串絕緣子串的張力為104.29 kN，確定出三聯(lián)串卡具的工作負(fù)荷為150 kN；雙聯(lián)串時(shí)每串絕緣子串的張力為156.43 kN，確定出二聯(lián)串卡具的工作負(fù)荷為190 kN。

4.2 材質(zhì)比選

因?yàn)槟蛷埥^緣子串的張力很大，所以選擇強(qiáng)度高，質(zhì)量輕，工作可靠的工器具材質(zhì)是確?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)用性的關(guān)鍵。通過對(duì)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和材料的優(yōu)選，綜合比選鈦合金、鋁合金、合金鋼等材料，性能如表4 所示。雖然鋁合金材質(zhì)較輕，但力學(xué)性能較差，做成的卡具尺寸較大，使用時(shí)要有足夠大的作業(yè)空間；合金鋼雖然和鈦合金的機(jī)械性能相近，但合金鋼的比重是鈦合金的1.8 倍，故合金鋼不可??；鈦合金的密度是鋁合金的1.6 倍，但強(qiáng)度卻是鋁合金的2 倍，做成的卡具尺寸及總體重量較鋁合金要小。

表4 主要材料性能比較

經(jīng)過比選，由于鈦合金具有強(qiáng)度高和重量輕的特點(diǎn)，考慮高空作業(yè)的難度，選取鈦合金材料作為制作卡具的材質(zhì)。

4.3 卡具研制

閉式卡（如圖5 所示）用于更換耐張串中間任意一片絕緣子，結(jié)合端部卡（如圖6、圖7 所示）可以更換任意一片瓷瓶。橫擔(dān)端部卡卡在牽引板QY-64S上，導(dǎo)線端部卡卡在平行掛板和三變二聯(lián)板之間。

圖5 耐張閉式卡整體圖

圖6 橫擔(dān)端部卡

圖7 導(dǎo)線端部卡

三聯(lián)串卡具和兩聯(lián)串卡具均采用鈦合金材料研制。以三聯(lián)串閉式卡為例，對(duì)卡具整體和耳片部位進(jìn)行截面強(qiáng)度校驗(yàn)。對(duì)于卡具整體，在卡具中心截面處將產(chǎn)生最大彎矩，此處的截面結(jié)構(gòu)如圖8 所示。該截面的抗彎截面模量為72 782.182 2 mm3，施加于該截面上的彎矩為20 625 000 N·mm，該截面上的彎曲應(yīng)力為283.37 MPa，安全系數(shù)取2.5時(shí)仍然小于鈦合金材料的最大允許彎曲應(yīng)力824 MPa，該截面強(qiáng)度足夠。

圖8 卡具中心截面示意圖

對(duì)于卡具兩端的耳片，此處截面容易發(fā)生剪斷，截面如圖9 所示。該處剪切面積390 mm2，剪切力75 000 N，故剪切應(yīng)力為192.3 MPa，安全系數(shù)取2.5時(shí)仍然小于鈦合金的最大允許剪切應(yīng)力230.72 MPa，該截面的強(qiáng)度足夠。

4.4 托瓶架研制

圖9 耳片截面

在超高壓線路更換耐張單片絕緣子作業(yè)中僅使用卡具即能完成作業(yè)。根據(jù)特高壓直流線路絕緣子盤徑大、質(zhì)量重、高空人員不好控制、容易高空掉落等特點(diǎn)，為提高現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的安全性，研制了適用于更換單片絕緣子卡具的托瓶架。托瓶架選用鋁合金管加工而成，具有重量輕、強(qiáng)度高、可靈活調(diào)節(jié)、安裝簡便等特點(diǎn)。在更換單片絕緣子前先將托瓶架安裝在耐張卡具的正下方，待卡具與金具連接完好后，收緊機(jī)械絲杠和液壓缸使單片絕緣子松弛，通過取銷器將需更換的絕緣子摘開，此時(shí)絕緣子已被托瓶架托??；安裝時(shí)新絕緣子時(shí)，先將新絕緣子吊上托瓶架，然后再進(jìn)行安裝連接。

5 試驗(yàn)驗(yàn)證及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

根據(jù)優(yōu)化設(shè)計(jì)后的加工圖對(duì)工器具進(jìn)行試制，并按照規(guī)程要求進(jìn)行了出廠試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果工器具無目視可見裂紋、無殘余變形或超過設(shè)計(jì)許可的變形、無漏氣漏液、整套系統(tǒng)安全可靠、操作便捷。同時(shí)委托第三方進(jìn)行了型式試驗(yàn)，結(jié)果滿足要求。2013年3 月，江蘇省電力公司檢修分公司輸電運(yùn)檢中心組織檢修人員在錦蘇線上進(jìn)行試用，現(xiàn)場(chǎng)完成了更換單V 串絕緣子、更換雙V 串絕緣子、更換耐張塔單片絕緣子工作，結(jié)果達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。

6 結(jié)束語

研制的±800 kV 錦蘇線檢修的液壓缸式六線提線器、大刀卡、閉式卡和絕緣拉棒等工具，其機(jī)械荷載滿足設(shè)計(jì)要求，經(jīng)在±800 kV 錦蘇線江蘇段上檢修現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，取得了良好的效果。該檢修關(guān)鍵工器具的研制成功，為全面提升±800 kV 錦蘇線特高壓直流線路檢修工作水平打下了基礎(chǔ)。

[1]劉建坤，胡亞山，趙靜波，等.特高壓接入對(duì)江蘇電網(wǎng)的影響展望[J].江蘇電機(jī)工程，2010，29（1）：1-3.

[2]胡 毅，劉 凱，胡建勛，等.±800 kV 特高壓直流線路帶電作業(yè)安全防護(hù)用具的分析[J].高電壓技術(shù)，2010，36(10)：2357-2361.

[3]胡 川，向文祥，沈曉龍，等.±800 kV 特高壓直流輸電線路帶電作業(yè)工器具研制及應(yīng)用[J].湖北電力，2010，34(5)：1-3.