龍洋，陳堅(jiān)平，何龍飛

(國(guó)網(wǎng)湖南省電力公司帶電作業(yè)中心，湖南長(zhǎng)沙410076)

帶電作業(yè)絕緣轉(zhuǎn)位滑梯的研制

龍洋，陳堅(jiān)平，何龍飛

(國(guó)網(wǎng)湖南省電力公司帶電作業(yè)中心，湖南長(zhǎng)沙410076)

本文介紹了輸電線路帶電作業(yè)現(xiàn)狀中絕緣平梯使用的局限性以及研制絕緣轉(zhuǎn)位滑梯的必要性。通過(guò)絕緣轉(zhuǎn)位滑梯研制，對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、受力分析、試驗(yàn)測(cè)試，并最終得以成功應(yīng)用。該裝置的研制解決了絕緣平梯拆裝繁瑣、安全距離和組合間隙難以保持穩(wěn)定的問(wèn)題，減少了作業(yè)人員勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了作業(yè)的安全性。

絕緣轉(zhuǎn)位滑梯；帶電作業(yè)；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；受力分析；輸電線路

絕緣平梯是帶電作業(yè)一種常用的工具〔1〕，因其操作簡(jiǎn)單、適用范圍廣等特點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用，但作業(yè)人員普遍認(rèn)為帶電作業(yè)常用的絕緣平梯存在較大的安全風(fēng)險(xiǎn)。因此，研制帶電作業(yè)絕緣轉(zhuǎn)位滑梯以保證人員安全、降低作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)是十分必要的。

1 帶電作業(yè)絕緣平梯現(xiàn)狀調(diào)查

1.1 安全距離及組合間隙

安全距離是帶電作業(yè)人員的一道安全屏障，是帶電作業(yè)人員必須遵守不可逾越的紅線〔2〕。保證足夠的安全距離和組合間隙是絕緣梯設(shè)計(jì)需考慮的關(guān)鍵因素。

以220 kV輸電線路帶電作業(yè)為例，帶電作業(yè)時(shí)人身與帶電體的安全距離需達(dá)到1.8 m及以上〔3〕，等電位作業(yè)人員沿絕緣梯進(jìn)入強(qiáng)電場(chǎng)時(shí)，其與接地體和帶電體兩部分所組成的組合間隙不允許小于2.1 m。

1.2 現(xiàn)狀調(diào)查

絕緣平梯是組裝在桿(塔)上與地面基本保持水平的一種絕緣梯〔4〕，經(jīng)過(guò)大量帶電作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有絕緣平梯在使用過(guò)程中存在如下問(wèn)題:

1)現(xiàn)有絕緣平梯在桿塔上均采取用絕緣繩索捆綁進(jìn)行起吊和固定，此方法繁瑣、費(fèi)力、耗時(shí)，且固定困難，安全距離難以保證。如圖1所示。

圖1 現(xiàn)有絕緣平梯起吊和固定示意圖

2)等電位作業(yè)人員沿絕緣平梯進(jìn)出電場(chǎng)時(shí)，作業(yè)人員在移動(dòng)過(guò)程中身體前后晃動(dòng)，手部與身體支開(kāi)形成短接，使得安全距離和組合間隙難以保持穩(wěn)定，增大了帶電作業(yè)轉(zhuǎn)位的安全風(fēng)險(xiǎn)。如圖2所示。

圖2 作業(yè)人員進(jìn)出電場(chǎng)示意圖

3)作業(yè)人員采用現(xiàn)有絕緣平梯進(jìn)出電場(chǎng)都是依靠作業(yè)人員本身體力，手腳并用，手撐前移，速度慢，體力消耗大〔5〕。如圖2所示。

2 新型帶電作業(yè)絕緣轉(zhuǎn)位滑梯的研制

2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1.1 整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

帶電作業(yè)絕緣轉(zhuǎn)位滑梯的整體設(shè)計(jì)要求符合帶電作業(yè)工具的設(shè)計(jì)要求。整體結(jié)構(gòu)遵從工具簡(jiǎn)單化、通用化、人性化的特點(diǎn)〔6－7〕，如圖3所示。

圖3 整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1.2 后端固定座

帶電作業(yè)絕緣轉(zhuǎn)位滑梯后端裝設(shè)了固定座，可以將固定座直接固定在橫擔(dān)塔材上，減少了絕緣繩索綁扎的工序，便于安裝和拆除，節(jié)省了作業(yè)時(shí)間。如圖4所示。

圖4 后端固定座

2.1.3 梯頭滑輪

帶電作業(yè)絕緣轉(zhuǎn)位滑梯前端安裝了滑輪代替吊物滑輪，用于安裝絕緣傳遞繩，簡(jiǎn)化了帶電作業(yè)工器具組裝工序，節(jié)省了梯頭空間。如圖5所示。

圖5 梯頭滑輪

2.1.4 滑梯座椅

帶電作業(yè)絕緣轉(zhuǎn)位滑梯裝有滑梯座椅，改變了原來(lái)手腳并用前移進(jìn)出電場(chǎng)的作業(yè)方式，減小了人體短接的長(zhǎng)度，使得進(jìn)入電場(chǎng)的組合間隙有了保障。絕緣繩索穿過(guò)滑梯座椅上的掛鉤，轉(zhuǎn)位過(guò)程中，作業(yè)人員手握座椅扶手，通過(guò)地面拉動(dòng)絕緣繩索控制滑梯座椅進(jìn)出強(qiáng)電場(chǎng)，使得作業(yè)過(guò)程省力且安全穩(wěn)定。如圖6所示。

圖6 滑梯座椅

2.2 受力分析

絕緣轉(zhuǎn)位滑梯增加了座椅的重量，梯子整體受到的彎矩增大，同時(shí)后端固定座的連接也成為薄弱點(diǎn)，需要經(jīng)理論分析驗(yàn)證其安全性。

2.2.1 彎矩強(qiáng)度計(jì)算

絕緣轉(zhuǎn)位滑梯有作業(yè)人員在梯頭作業(yè)與過(guò)梯子過(guò)程中2種受力狀態(tài)，即同時(shí)受到橫向力和軸向力的作用，但橫向力仍為主要受力〔8〕。梯子由此受到較大彎矩，為受力薄弱點(diǎn)，。現(xiàn)以220 kV絕緣轉(zhuǎn)位滑梯為例進(jìn)行受力分析:

設(shè)梯子本身(包括滑梯座椅)重G1＝150 N，梯子長(zhǎng)為L(zhǎng)＝4.5 m，在計(jì)算彎矩時(shí)按均布荷重考慮，即:

最大彎矩計(jì)算由彎矩受力圖得出，如圖7所示。

圖7 彎矩計(jì)算受力分析圖

截取梁固定座一側(cè)長(zhǎng)為x，取反時(shí)針為正，

作業(yè)人員在梯子中間時(shí)受力狀態(tài)比在另一端時(shí)更加大，梯子的強(qiáng)度和穩(wěn)定性將以此種狀態(tài)為準(zhǔn)。作業(yè)人員重量在計(jì)算時(shí)按集中荷重考慮，連同工具材料的總重量設(shè)為G2＝1 000 N，則彎矩

絕緣梯使用絕緣的環(huán)氧玻璃鋼材料制成，分為空心管和泡沫填充管〔9〕，現(xiàn)以更為常用的空心管(3240環(huán)氧酚醛玻璃絲布層壓制品)為例，其極限應(yīng)力:

安全系數(shù)取3，即K＝3，則

3240環(huán)氧酚醛玻璃絲布層選取80 mm×10 mm板材壓制可得:

抗彎截面系數(shù):

強(qiáng)度驗(yàn)算:

因此絕緣轉(zhuǎn)位滑梯彎矩薄弱點(diǎn)強(qiáng)度滿足要求。

2.2.2 固定座連接螺帽受力分析

絕緣轉(zhuǎn)位滑梯固定后由于導(dǎo)線與橫擔(dān)塔材高度不一致存在有一定傾角，后端固定座的連接處在微傾時(shí)受到較大剪切力〔10〕成為受力薄弱點(diǎn)，需要加以計(jì)算驗(yàn)證安全。傾角受力簡(jiǎn)圖如圖8所示。

圖8 傾角受力簡(jiǎn)圖

分析對(duì)象為連接處螺栓1，2，其材料型號(hào)為常用標(biāo)準(zhǔn)連接螺栓M16，性能為4.6(公稱抗拉強(qiáng)度400 MPa，屈強(qiáng)比值0.6)，受力為F，梯子及人員重量G視為集中荷重。梯子受力分析圖如圖9所示。

圖9 梯子受力分析圖

由于梯子整體靜力平衡，水平力合力以及垂直合力為0，選取梯子中點(diǎn)為力矩中心，由力矩平衡可得:

得到

α取90°時(shí)，

螺栓1，2剪切力均為F，因此可算得剪切應(yīng)力:

對(duì)于一般鋼材，材料許用剪切應(yīng)力與許用拉應(yīng)力有如下關(guān)系:

塑性材料τ[]＝0.6－0.8 b[]；

脆性材料τ[]＝0.8－1.0 b[]。

取τ[]＝0.8 b[]＝320 MPa?τb

因此絕緣轉(zhuǎn)位滑梯螺栓薄弱點(diǎn)剪切強(qiáng)度滿足要求。

2.3 工具試驗(yàn)

帶電作業(yè)220 kV絕緣轉(zhuǎn)位滑梯(額定負(fù)荷1 000 N)機(jī)械、電氣性能直接威脅到作業(yè)人員、設(shè)備的安全〔11〕。按規(guī)定需要通過(guò)以下試驗(yàn)檢測(cè)合格才能使用:

1)靜荷載試驗(yàn):額定負(fù)荷1 000 N的絕緣轉(zhuǎn)位滑梯在負(fù)荷1 200 N下持續(xù)5 min無(wú)變形、無(wú)損傷為合格；

2)動(dòng)荷載試驗(yàn):在1 000 N負(fù)荷下操作3次，動(dòng)作靈活無(wú)卡住現(xiàn)象；已通過(guò)電氣預(yù)防性試驗(yàn)為合格:

3)電氣預(yù)防性試驗(yàn)〔12〕。

工頻耐壓440 kV下持續(xù)1 min，工具無(wú)擊穿、無(wú)閃絡(luò)、無(wú)過(guò)熱。

國(guó)網(wǎng)湖南省電力公司電力科學(xué)研究院試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果表明該工具合格。因此理論分析和試驗(yàn)結(jié)果均表明工具的性能滿足安全要求。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

2015年4月，國(guó)網(wǎng)湖南省電力公司帶電作業(yè)中心在婁底豹康線＃29實(shí)施作業(yè)，利用帶電作業(yè)緣轉(zhuǎn)位滑梯成功完成安裝、轉(zhuǎn)位、拆卸等操作，順利地更換了第5片、第11片自爆絕緣子，修復(fù)了線路設(shè)備缺陷，保證了電網(wǎng)安全運(yùn)行。如圖10，11所示。

圖10 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用——后端固定

圖11 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用——轉(zhuǎn)位

在整個(gè)操作過(guò)程中使用方便，人員安全距離組合間隙保持穩(wěn)定，滑梯座椅的設(shè)計(jì)有效地減少了作業(yè)人員勞動(dòng)強(qiáng)度。

4 結(jié)論

1)在帶電作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查中發(fā)現(xiàn)絕緣平梯在使用中存在較大安全風(fēng)險(xiǎn)，且費(fèi)時(shí)、費(fèi)力，研制絕緣轉(zhuǎn)位滑梯有效解決了生產(chǎn)實(shí)際中的問(wèn)題。

2)從實(shí)際出發(fā)，對(duì)絕緣轉(zhuǎn)位滑梯進(jìn)行整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，解決了工序繁雜，組合間隙無(wú)法保證的問(wèn)題，從而節(jié)省人員體力、保證人員安全。

3)對(duì)絕緣轉(zhuǎn)位滑梯進(jìn)行受力分析，并根據(jù)相關(guān)規(guī)定對(duì)其進(jìn)行試驗(yàn)，通過(guò)理論分析和試驗(yàn)測(cè)試確定其安全性、可靠性。

4)成功應(yīng)用絕緣轉(zhuǎn)位滑梯進(jìn)行220 kV輸電線路帶電作業(yè)，效果良好。

〔1〕郝旭東，朱蕓，李雪彥，等.220 kV緊湊型線路帶電作業(yè)的研究與工具開(kāi)發(fā)〔J〕.電力設(shè)備，2007，8(8):33-36.

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〔11〕中華人民共和國(guó)國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì).帶電作業(yè)絕緣工具試驗(yàn)導(dǎo)則:DL/T878—2004〔S〕.北京:中國(guó)電力出版社，2004.

〔12〕葛超.帶電作業(yè)工具及其預(yù)防性試驗(yàn)〔J〕.電力安全技術(shù)，2014(8):54-56.

Study on insulating transposition slide for live working

LONG Yang，CHEN Jianping，HE Longfei
(State Grid Hunan Electric Power Corporation Live Operations Center，Changsha 410076，China)

This paper states the necessity of developing insulating transposition slide and the limitations of insulating flat ladder available for live working on transmission line at current situation.The insulating transposition slide is developed by stress analysis，structural design，testing and finally application，which solves the difficulty of insulating flat ladder’s assembly and disassembly and the problem of maintaining safe distance and combined gap stably，reduces labor intensity and improves operation safety.

insulating transposition slide；live working；structure design；stress analysis；transmission line

TM755

B

1008-0198(2016)01-0021-04

龍洋(1991)，男，湖南長(zhǎng)沙人，主要從事高電壓技術(shù)線路檢修與帶電作業(yè)方面工作。

10.3969/j.issn.1008-0198.2016.01.006

2015-08-25 改回日期:2015-10-21

國(guó)家電網(wǎng)湖南省電力公司群眾性科研項(xiàng)目(5216AD1500A)

陳堅(jiān)平(1983)，男，廣東臺(tái)山人，國(guó)網(wǎng)公司專家人才(技能)，主要從事帶電作業(yè)檢修。

何龍飛(1988)，男，湖北宜昌人，主要從事帶電作業(yè)檢修。