隆晨海 鄒德華 易子琦 李 穩(wěn) 李金亮

（國(guó)網(wǎng)湖南省電力公司帶電作業(yè)中心，長(zhǎng)沙 410007）

110～220kV同塔多回輸電線路耐張塔帶電檢修方法研究

隆晨海 鄒德華 易子琦 李 穩(wěn) 李金亮

（國(guó)網(wǎng)湖南省電力公司帶電作業(yè)中心，長(zhǎng)沙 410007）

為確保同塔多回輸電線路的供電可靠性，開展同塔多回線路帶電作業(yè)研究成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。本文針對(duì)目前110～220kV同塔多回輸電線路耐張塔帶電作業(yè)存在的技術(shù)難點(diǎn)，對(duì)典型110～220kV同塔多回輸電線路桿塔進(jìn)行結(jié)構(gòu)力學(xué)分析，提出了倒序操作法更換耐張串絕緣子，研制了配套工器具，有效地解決了 110～220kV同塔多回輸電線路耐張塔帶電檢修面臨的作業(yè)空間小、安全裕度低等難題，推動(dòng)帶電作業(yè)的發(fā)展。

輸電線路；同塔多回；耐張塔；倒序操作法；帶電檢修

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國(guó)電力需求日益提高，電網(wǎng)改造進(jìn)一步加快，輸電線路走廊日趨緊張。鑒于此，近年來同塔多回輸電線路被廣泛應(yīng)用與輸電線路建設(shè)，它可以在提高單位面積輸送容量、滿足電力輸送需求的同時(shí)，減少了綜合造價(jià)和線路走廊需求，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。同塔多回線路成為輸電線路建設(shè)的必然趨勢(shì)。

相對(duì)于常規(guī)的單回交流輸電線路，同塔多回輸電線路普遍存在桿塔高、桿塔型式多樣、橫擔(dān)間距離和相間凈空距離小、導(dǎo)體布置相對(duì)復(fù)雜等特征，在城市中間的同塔多回輸電線路這一特征尤為明顯，從而也導(dǎo)致了電場(chǎng)畸變嚴(yán)重、安全距離裕度小等一系列問題。目前已有的帶電檢修作業(yè)研究成果已不能滿足同塔多回輸電線路帶電作業(yè)發(fā)展的需求，因此，更深入的研究同塔多回輸電線路帶電作業(yè)技術(shù)具有重要意義。

本文在總結(jié)我國(guó)目前同塔多回輸電線路帶電檢修方法的基礎(chǔ)上，結(jié)合 110～220kV同塔多回輸電線路具體情況，研究了一種耐張塔帶電檢修方法，并研制了配套工器具。研究結(jié)果有效地解決了110～220kV同塔多回輸電線路耐張塔帶電檢修面臨的作業(yè)空間小、安全裕度低等難題，具有工程應(yīng)用價(jià)值。

1　典型桿塔結(jié)構(gòu)力學(xué)分析

1.1110kV同塔四回輸電線路耐張塔

對(duì)于110kV同塔四回輸電線路耐張塔需進(jìn)行卡具所受荷載和過牽引計(jì)算，計(jì)算過程如下。

1）導(dǎo)線狀態(tài)方程式

設(shè)已知?dú)庀髼l件下的溫度為tm，比載為gm，應(yīng)力為σm，令待求氣象條件下的溫度為tn，比載為gn，應(yīng)力為σn，則狀態(tài)方程式為

其中令

可得

式中，a為導(dǎo)線熱膨脹系數(shù)；β 為導(dǎo)線的彈性伸長(zhǎng)系數(shù)，151×10-6（mm2/9.8N）；l為代表檔距。代表檔距為135m，查閱導(dǎo)線安裝曲線中得溫度為-5℃、風(fēng)速10m/s時(shí)的應(yīng)力為：σm=3.06kg/mm2，求氣象條件為風(fēng)速10m/s，溫度為-15℃時(shí)的導(dǎo)線應(yīng)力和張力。

通過編制相關(guān)計(jì)算程序算得

導(dǎo)線張力為T=11065.9N，因?yàn)榇颂幠蛷埥^緣子串為雙聯(lián)成串，則卡具額定荷載為5.53kN，安全系數(shù)為2.5。

2）導(dǎo)線過牽引計(jì)算

在帶電更換耐張絕緣子時(shí)，須將導(dǎo)線收緊，使絕緣子松弛，此時(shí)其必造成應(yīng)力勢(shì)增大，可能出現(xiàn)橫擔(dān)變形、導(dǎo)線拉斷或帶電作業(yè)工具斷脫等嚴(yán)重后果，因此除要計(jì)算水平張力外，需驗(yàn)算其容許過牽引長(zhǎng)度。

設(shè)過牽引長(zhǎng)度為 200mm，設(shè)溫度為-15℃、風(fēng)速10m/s時(shí)的應(yīng)力為

用程序算得σn=9.26（9.8×106Pa），則此時(shí)導(dǎo)線應(yīng)力為90.8MPa。又有導(dǎo)線抗拉強(qiáng)度σp為238MPa，則有所以，滿足作業(yè)要求。

3）受力分析結(jié)論

更換耐張絕緣子時(shí)，作業(yè)工具需承受張力為5.53kN，過牽引長(zhǎng)度在200mm時(shí)，滿足安全系數(shù)要求。

1.2220/110kV混壓同塔四回輸電線路耐張塔

1）導(dǎo)線應(yīng)力計(jì)算

根據(jù)已知導(dǎo)線參數(shù)及代表檔距，查閱導(dǎo)線安裝曲線，由導(dǎo)線狀態(tài)方程式求得溫度為-5℃、風(fēng)速10m/s時(shí)的應(yīng)力σm以及溫度為-15℃、風(fēng)速10m/s時(shí)的應(yīng)力σn，見表1。

表1　220/110kV導(dǎo)線應(yīng)力表

LGJ-400/50導(dǎo)線張力為22099N，故雙分裂導(dǎo)線所受張力為44198N，因耐張絕緣子串為雙聯(lián)成串，所以卡具額定荷載為22099N；LGJ-300/40導(dǎo)線張力為14676N，故雙分裂導(dǎo)線所受張力為29352N，因耐張絕緣子串為雙聯(lián)成串，所以卡具額定荷載為14676N；LGJ-185/30導(dǎo)線張力為8873N，因耐張絕緣子串為單聯(lián)成串，所以卡具額定荷載為 8873N。三種導(dǎo)線安全系數(shù)均為2.5。

2）導(dǎo)線過牽引計(jì)算

設(shè)過牽引長(zhǎng)度均為 200mm，設(shè)溫度為-15℃、風(fēng)速10m/s時(shí)的應(yīng)力σn列于表，經(jīng)計(jì)算所得應(yīng)力及抗拉強(qiáng)度與其之比列于表2中。

表2　220/110kV導(dǎo)線受力情況

由表2可知抗拉強(qiáng)度與過牽引計(jì)算所得應(yīng)力之比均大于2.5，滿足作業(yè)要求。

3）受力分析結(jié)論

更換耐張絕緣子時(shí)，三種導(dǎo)線下作業(yè)工具需承受張力分別為 22099N、14676N和 8873N，對(duì)于220kV和110kV線路過牽引長(zhǎng)度在200mm時(shí)，均滿足安全系數(shù)要求。

2　作業(yè)方法介紹

2.1作業(yè)原理

倒序操作法通過作業(yè)人員在等電位作業(yè)位置上利用絕緣工具反向?qū)^緣子橫擔(dān)側(cè)進(jìn)行操作，完成對(duì)耐張絕緣子的更換，主操作為等電位，作業(yè)人員不需要到達(dá)絕緣子橫擔(dān)連接處。

2.2安全距離與組合間隙分析

根據(jù)安規(guī)規(guī)定，在交流110kV和220kV輸電線路進(jìn)行的帶電作業(yè)時(shí)，地電位作業(yè)人員距帶電體、等電位作業(yè)人員距塔身、等電位作業(yè)人員距上橫擔(dān)或頂部構(gòu)架的最小安全距離分別為1.0m和1.8m。該作業(yè)方法在輸電線路上進(jìn)行帶電更換耐張整串絕緣子時(shí)，作業(yè)位置如圖1所示。

圖1　倒序操作法帶電更換耐張整串絕緣子作業(yè)位置示意圖

通過圖1可以看出，主操作位置在絕緣子導(dǎo)線端，地電位作業(yè)人員不進(jìn)入橫擔(dān)，遠(yuǎn)離上相跳線，對(duì)帶電體保持足夠的安全距離，此作業(yè)方法中只需考慮等電位作業(yè)人員在作業(yè)中對(duì)接地體的最小距離。110kV線路D值為2100mm，220kV線路D值為3200mm，假設(shè)作業(yè)人員活動(dòng)范圍為500mm，此時(shí)等電位作業(yè)人員與接地體的安全距離和危險(xiǎn)率見表3。

表3　中相作業(yè)時(shí)安全距離和危險(xiǎn)率

通過表3分析可知，安全距離滿足《安規(guī)》規(guī)定，危險(xiǎn)率小于1.0×10-5，滿足《GB/T 18035帶電作業(yè)工具基本技術(shù)要求及設(shè)計(jì)導(dǎo)則》標(biāo)準(zhǔn)要求，該作業(yè)方法安全。

2.3作業(yè)技術(shù)特點(diǎn)

倒序操作法更換耐張絕緣子作業(yè)方法具備以下優(yōu)點(diǎn)：

1）解決了同塔多回的緊湊型線路耐張鋼管桿橫擔(dān)與上相跳線之間的距離非常小，且橫擔(dān)窄小，人員無法進(jìn)入橫擔(dān)進(jìn)行作業(yè)的難題。

2）雖然橫擔(dān)處間距緊張，但導(dǎo)線相間距離完全能夠滿足作業(yè)要求，作業(yè)人員的工作位置在導(dǎo)線等電位，作業(yè)時(shí)的活動(dòng)范圍增大，降低了由于空氣間隙小、安全距離不夠而造成觸電事故的風(fēng)險(xiǎn)。

3）鋼管桿橫擔(dān)一般只有 0.1～0.15m寬，如果作業(yè)人員沿橫擔(dān)爬入作業(yè)位置，在進(jìn)入過程中也很容易發(fā)生墜落而造成觸電事故，倒序操作法消除了作業(yè)人員進(jìn)入作業(yè)位置時(shí)發(fā)生墜落的危險(xiǎn)。

2.4主要操作步驟

1）登塔。地電位電工攜帶絕緣傳遞繩登塔至橫擔(dān)與塔身連接處，懸掛好滑車；隨后等電位人員登塔至合適位置。

2）傳遞、安裝平梯。地面配合人員使用絕緣傳遞繩將絕緣平梯傳遞至塔上，地電位電工與等電位電工配合將平梯一端懸掛在導(dǎo)線上，另一端在塔身固定牢靠。

3）電位轉(zhuǎn)移。等電位電工穿好全套合格屏蔽服，系好絕緣保護(hù)繩，用絕緣平梯法進(jìn)入等電位作業(yè)位置。

4）起吊工器具。地面作業(yè)人員按順序?qū)⒆鳂I(yè)工具連接好，起吊作業(yè)工器具至等電位作業(yè)位置，地電位電工使用絕緣操作桿遠(yuǎn)端操作配合等電位電工，將作業(yè)工具大刀卡前、后卡分別安裝在橫擔(dān)側(cè)和導(dǎo)線側(cè)連板上。

5）轉(zhuǎn)移荷載。作業(yè)工具安裝可靠后，地面作業(yè)人員拉緊絕緣托瓶架控制繩，使托瓶架緊緊托住耐張絕緣子下平面；等電位電工使用絕緣操作桿拔出橫擔(dān)側(cè)彈簧銷，然后收緊緊線絲桿，使絕緣子橫擔(dān)側(cè)松弛后用絕緣操作桿將橫擔(dān)側(cè)脫離；地面作業(yè)人員放松托瓶架，使絕緣子自然垂直。

6）更換絕緣子。等電位電工將絕緣子用絕緣傳遞繩綁扎牢固，拔出導(dǎo)線側(cè)彈簧銷；地面作業(yè)人員拉緊絕緣傳遞繩，使絕緣子導(dǎo)線連接處松弛，等電位電工將絕緣子導(dǎo)線側(cè)脫離放至地面，然后相反作業(yè)程序完成新絕緣子的安裝。

7）拆除工器具。作業(yè)完成后，等電位電工拆除工器具，在地面作業(yè)人員配合下將工器具傳遞至地面。

3　配套工器具研制

3.1工具的設(shè)計(jì)和使用

倒序操作法全套作業(yè)工具包括：碳纖維大刀卡如圖2所示、絕緣拉桿如圖3所示、絕緣托瓶架、絕緣操作桿及配合相應(yīng)操作頭等。碳纖維大刀卡分為前卡和后卡；前卡上有操作孔，使用絕緣操作桿上操作頭提取，間接操作安裝在絕緣子橫擔(dān)側(cè)三聯(lián)板上；后卡安裝在導(dǎo)線側(cè)連板上。碳纖維材質(zhì)較鋁合金材質(zhì)更加輕便，容易安裝到位，提高安裝的可靠性。絕緣拉桿為操作主絕緣部分，兩端都有連接孔，一端與大刀卡前卡相連，另一端通過緊線絲桿與大刀卡后卡相連。緊線絲桿是作為緊線的工具，用來轉(zhuǎn)移導(dǎo)線荷載。絕緣托瓶架用以承托絕緣子串重量，方便對(duì)絕緣子的更換。絕緣操作桿配合相應(yīng)操作頭完成間接操作。

圖2　碳纖維大刀卡

圖3　絕緣拉桿

3.2工具機(jī)械強(qiáng)度校核

1）大刀卡強(qiáng)度校核（如圖4所示）

圖4　大刀卡所受荷載

根據(jù)線路受力分析結(jié)果，本文設(shè)計(jì)碳纖維大刀卡額定荷載P0=15kN，K=3，P2=45kN

由P1×200=P2×383及P=P1+P2

得P1=86kN，P=131kN

由大刀卡的受力分析（如圖5所示）可得

圖5　大刀卡受力簡(jiǎn)化圖

因?yàn)閮砂迨芰Ω?/2，所以A點(diǎn)受力PA=131/2= 65.5kN

又有PC=45.5kN

所以PB=PA+PC=110.5kN

B為支點(diǎn)，求AB、BC臂長(zhǎng)：

由PA×LAB=PB×LBC

又LAB=383- LBC

可得LBC=227mm

LAB=383-227=156mm

所以

式中，σBM為碳纖維材料需用應(yīng)力，h為受彎矩截面高度，b為受彎矩截面寬度1.5cm，P=PB= 110.5kN，L為 AC臂長(zhǎng) 38.3cm。參考相應(yīng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可得σBM=52.8kN/mm2。滿足h≤27mm，就滿足K=3安全要求。

A點(diǎn)h計(jì)算：

故碳纖維大刀卡滿足要求。

2）絕緣拉桿強(qiáng)度校核

絕緣拉桿材料為3240環(huán)氧樹脂，其結(jié)構(gòu)如圖6所示。

由圖6可知，導(dǎo)線端卡具在M—M截面處受最大拉伸應(yīng)力，故對(duì)絕緣拉板強(qiáng)度計(jì)算校核主要以此截面為主。

圖6　絕緣拉板結(jié)構(gòu)示意圖

圖7　絕緣拉板M—M截面

危險(xiǎn)截面積M：

拉伸應(yīng)力：

許用拉應(yīng)力：

故截面積M拉伸強(qiáng)度足夠。

4　結(jié)論

1）本文所提出的倒序操作法有效地解決了110～220kV 同塔多回輸電線路檢修因空間限制無法進(jìn)出電場(chǎng)的難題。

2）創(chuàng)新性將碳纖維材料應(yīng)用于大刀卡研制，解決工器具輕質(zhì)化與強(qiáng)度大的矛盾，極大的減輕工具重量，降低作業(yè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，有效提高工作效率。

3）110～220kV同塔多回輸電線路耐張塔帶電檢修工具研制成功，可靠地保證了作業(yè)人員的安全，減少電場(chǎng)對(duì)作業(yè)人員的輻射影響，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度又提高了工作效率，拓展了帶電作業(yè)范圍，保證了供電可靠性和設(shè)備的健康水平，應(yīng)該大力地推廣和應(yīng)用。

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基于雙電容模塊的MMC型多端口電力電子變壓器

近日，國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局公布專利“基于雙電容模塊的MMC型多端口電力電子變壓器”，申請(qǐng)人為東南大學(xué)。

本發(fā)明公開了基于雙電容模塊的 MMC型多端口電力電子變壓器，包括模塊化多電平變換器（Modular Multilevel Converter，MMC）、DC/DC變換器和逆變器，其中MMC中有兩種子模塊；DC/DC變換器分為前級(jí)部分、高頻變壓部分、后級(jí)部分，其中前級(jí)部分有四種選擇拓?fù)洹?/p>

本發(fā)明能在高壓直流側(cè)低壓時(shí)運(yùn)行；具有直流故障穿越能力且所使用器件較少；MMC中模塊與DC/DC變換器分別承擔(dān)直流電壓控制和功率控制；可對(duì)模塊單個(gè)電容電壓?jiǎn)为?dú)控制或兩個(gè)電容電壓同時(shí)控制；具有高壓直流、高壓交流、低壓直流和低壓交流四個(gè)端口，適合于多種類多電壓等級(jí)的高壓大功率場(chǎng)合，特別是應(yīng)用于能源互聯(lián)網(wǎng)中，如作為能量路由器等。

Research on New Method of Electric Maintenance for 110～220kV Multi-Circuit Strain-Resistant Transmission Lines on the Same Tower

Long Chenhai Zou Dehua Yi Ziqi Li Wen Li Jinliang
（Hunan Provincial Live Working Center of State Grid， Changsha 410007）

In order to ensure the power supply reliability of multi-circuit transmission lines on the same tower. Live operation of multi-circuit transmission lines on the same tower has become a research hotpot. Arming at the current technical difficulties of electric maintenance for 110～220kV multi-circuit strain-resistant transmission lines on the same tower， The structural mechanics analysis and accessory apparatus have been carried out to support the reverse operation method for replacing strain insulator. Difficulties such as small working space， low margin of safety on electric maintenance for 110～220kV multi-circuit strain-resistant transmission lines on the same tower can be solved by the method.

transmission line； multi-circuit transmission lines on the same tower； strain tower；reverse operation method； electric maintenance

隆晨海（1990-），男，碩士研究生，研究方向?yàn)楦唠妷号c絕緣技術(shù)。