郑瑞东 孙逊 弓旭强 者梅林
（云南电网有限责任公司带电作业分公司 云南昆明 650000）
摘要：从带电更换整串500kV耐张绝缘子过程中存在的问题入手，提出一种具有抗弯特点的新型500kV托瓶架。对所研制的500kV抗弯托瓶架进行受力分析、方案选择和实施过程，并现场验证。在设计最大荷载内使用该装置，可采用带电作业方式高效、快捷、安全地更换整串500kV耐张绝缘子。同时该装置亦适用输电线路停电检修更换整串500kV耐张绝缘子的工作。
关键词：耐张绝缘子串；带电作业检修；托瓶架；挠度
1 前言
随着经济的快速发展，城市电力的需求也越来越大，电网建设也步入了“高铁时代”，架空送电线路日益增多，500 kV输电线路是中国高压输电线路的重要组成部分，它主要承担电力的输送和电能分配的任务，保障整个电力系统的正常运转。作为电力系统不可缺少的一部分，其是否能够快速处理缺陷直接关系到整个电力网络的正常运行。为提高500kV输电线路的可用系数，带电作业是一种必要的手段，在带电更换耐张整串绝缘子工作中由于500kV耐张绝缘子串片数多、重量大，目前500kV线路更换耐张绝缘子串使用的托瓶架抗挠性能较弱。采用传统托瓶架，作业功效不高，作业安全风险大。研制一种具有抗弯特点的新型托瓶架，以解决实际工作中存在的难题。
2 目前作业现状
目前在带电更换整串500kV更换耐张绝缘子串工作中，常需使用托瓶架。由于500kV耐张绝缘子串片数多、重量大，目前500kV线路更换耐张绝缘子串使用的托瓶架抗挠性能较弱，在绝缘子串不受力情况下，绝缘子串的重量完全由托瓶架来承受，造成托瓶架弯曲度较大，绝缘子串处于弯曲状态，导致每片绝缘子之间有了一定的夹角，等电位人员不易把绝缘子的球头从碗头中取出，增大解脱绝缘子难度，使作业时间增长。在这种情况下，塔头人员只能收紧丝杆，在收丝杆的过程中易产生过牵引，造成工器具以及线路金具、绝缘子串的损伤，严重情况还会造成绝缘串的裂解以及线路停电，增加了作业风险发生的概率，严重威胁了作业人员人身安全。
3 500kV抗弯托瓶架设计
3.1 设计依据
对云南电网有限责任公司管理的500kV输电线路进行数据统计，以现有运行中重量最大的500kV耐张绝缘子串32片ME-300，每片绝缘子重量为13.5kg高度为195mm为参数为主要设计依据。
3.2 作业方法
根据实际工作需要，在更换整串500kV耐张绝缘子，使用托瓶架进行等电位作业。所示，等电位人员和塔头人员利用卡具卡在联板螺栓上，通过收紧丝杆使荷载转移到拉板上，使耐张绝缘子串松弛；等电位人员把绝缘子的球头从碗头中取出，利用托瓶架将绝缘子串托住，从水平状态放到垂直状态；最后，使用绳索将整串绝缘子放到地面；完成旧绝缘子串的拆除工作，更换新绝缘子串的作业顺序与拆除顺序相反。
3.3 受力分析
3.3.1 现有托瓶架结构
500kV托瓶架由2根椭圆杆、2根拉杆、6块挡板及轴头等组成。结构图如图1所示。
1、对于受力杆的AB段，即当0≤X1≤L1时，其弯矩方程为：
Mx1=（F·L2/L）·X；
二次积分：E·I·f1=（F·L2/L）·X3/6＋C1X＋D1 （1）
2、对于受力杆的BC段，即当L1≤X2≤L时，其弯矩方程为
MX2=（F·L2/L）·X－F·（X－L1）；
二次积分：E·I·f2=[（F·L2/L）·X3/6]－[F·（X－L1）3/6]C2+D2 （2）
公式（1）用于受力杆的AB段，公式（2）用于受力杆的BC段，积分常数C1、D1、C2、D2的确定需利用边界条件及在两段连接处（分界点）挠度相等（挠曲线的连续条件）和倾角相等（挠曲线的平滑条件）的条件：
①在X=0处，f1=0；②在X=L1处，f1／= f2／（f1／、f2／为挠曲线的倾角）；③在X=L1处，f1= f2；④在X=L处，f2=0；
由以上四条件求得：C1= C2= -[（F·L2）/6 L]·（L2－L22）；D1=D2=0。
代入公式（1）、（2）、整理即得：
对于AB段 0≤X≤L1
E·I·f1／=（F·L2/L）·X2/2＋C1= F·L2/6L ·[3X2－（L2－L22）] （3）
E·I·f1=（F·L2/L）·X3/6＋C1X＋D1=（F·L2/6×L）·[X3－X（L2－L22）] （4）
对于BC段 L1≤X≤L
E·I·f2／=（F·L2/L）·X2/2－[F·（X－L2）2/2]＋C2
=（F·L2/6×L）·[3X2－（L2－L22）]-[ F/2·（X－L1）2] （5）
E·I·f2=[（F·L2/L）·X3/6]－[F·（X－L1）3/6]＋C2X＋D2
=（F·L2/6L）·[X3－X（L2－L22）] -[F/6·（X－L1）3] （6）
由公式（3）、（4），能求AB段各截面的倾角和挠度，由公式（5）、（6）两式，能求BC段各截面的倾角和挠度。
公式推导及分析：受力杆的最大挠度是在倾角f /为零之处（从概念上说，不能认为梁的最大挠度在最大弯矩处），若L1＞L2，则最大挠度显然在AB段内，命AB段的倾角方程f /等于零，即得最大挠度所在之位置，于是：
F·L2 /6L·[3X2－（L2－L22）] =0
则：3X2－（L2－L22）= 0得：X=[（L2－L22）/3]1/2 （7）
将（5）式代入（3）式即得最大挠度
fmax=-[F·L2·（L2－L22）3/2]/ [9×31/2×L·E·I] （8）
展开即得：fmax=-｛（F·L1·L2·（L＋L2）·[3×L1·（L＋L2）]1/2）｝/（27×E·I·L）。
在上述集中载荷挠度公式的推导过程中，已经知道，最大挠度点的位置是：
X=[（L2－L22）/3]1/2
可以发现，在极限情况下，当F作用点接近于右支座时，即L2→0，将其代入式得：X=L/31/2=0.577L。就是说，当载荷不在受力杆的中点时，最大挠度的位置实际上也很靠近中点，在极限情况下，最大挠度所在位置到中点的距离也只有0.077L。也可以说，非极限情况时，最大挠度所在位置基本就是中点。
在更换500kV耐张绝缘子串工作中，操作步骤如下：
1）在现场进行更换500kV耐张绝缘子串工作中，在两根主杆1最大弯曲度的位置加装加固件4；
2）用U型固定卡5固定主杆1和加固件4，固定卡圆弧侧与架杆紧密接触，用压片6卡装在固定卡开口端，利用闭锁螺栓4进行紧固闭锁；
3）以上安装完成后即开始进行带电更换500kV耐张绝缘子串工作。
5 结束语
500kV抗弯托瓶架通过强度校核、电气试验合格并通过现场实际验证，证明在最大荷载下使用安全可靠，满足带电或停电更换整串500kV耐张绝缘子工作要求。此新型托瓶架具外观设计新颖、结构简单、使用方便、安全性高，有效解决了国产500kV托瓶抗弯性能弱的缺点。
参考文献：
[1] 带电作业工具基本技术要求与设计导则》.GBT 18037－2008
[2] 中国电力企业联合会：110kV-750kV架空输电线路设计规范.
[3] 中国电力出版社：110-500kV架空送电线路设计技术规程.
[4] 带电作业工具、装置和设备预防性试验规程.DL/T 976-2005.
论文作者:郑瑞东,孙逊,弓旭强,者梅林
论文发表刊物:《电力设备》第02期供稿
论文发表时间:2015/9/21
标签：绝缘子论文; 挠度论文; 作业论文; 线路论文; 倾角论文; 受力论文; 工作论文; 《电力设备》第02期供稿论文;