孫紅梅，張　凱

(1. 國網(wǎng)遼寧省電力有限公司檢修分公司，遼寧　沈陽　110003；2. 國網(wǎng)遼寧省電力有限公司，遼寧　沈陽　110006)

1　絕緣桿使用概述

近些年，東北電網(wǎng)500 kV主網(wǎng)架已經(jīng)覆蓋了東北地區(qū)的絕大部分電源基地和負荷中心[1]，隨著電網(wǎng)大力發(fā)展，相應(yīng)電壓等級的一次設(shè)備得到廣泛使用。由于該電壓等級下設(shè)備體積大、高度較高，綁梯困難，有時斗車無法開進現(xiàn)場，而絕緣桿由于其伸縮自如、重量適中、維護方便等特點，在試驗現(xiàn)場得到了廣泛應(yīng)用[2]。且在生產(chǎn)實踐中，對于500 kV高壓設(shè)備，試驗多采用不拆引線試驗方法[3-4]，該試驗方法使絕緣桿成為了試驗中不可或缺的安全工器具。同時，由于500 kV高壓設(shè)備較220 kV及以下電壓等級的電網(wǎng)設(shè)備有很大差異，對其進行相關(guān)檢修測試時，對絕緣桿的要求也不同，市場常見絕緣桿更適合于220 kV以下的配電網(wǎng)設(shè)備檢修測試工作。

絕緣桿是對500 kV設(shè)備進行電氣試驗作業(yè)時使用的最主要的絕緣安全工器具，作業(yè)中要求絕緣桿應(yīng)有足夠的機械強度和電氣絕緣強度。常見的絕緣桿桿體多采用環(huán)氧樹脂、高強玻璃纖維制成[5]，絕緣水平、硬度、韌性等各項性能指標滿足生產(chǎn)實際需求。

經(jīng)過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，絕緣桿的使用能夠避免試驗作業(yè)人員攀爬高壓設(shè)備，防止高空墜落發(fā)生，有助于提高工作效率，降低了試驗的危險性。絕緣桿已成為試驗專業(yè)必不可少的工器具。但在長期的使用過程中發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有試驗桿在進行500 kV設(shè)備試驗過程中存在接觸不良、不牢固等問題，進一步分析發(fā)現(xiàn)，引起問題的主要原因是絕緣桿的操作頭結(jié)構(gòu)和材質(zhì)。

常見絕緣桿端部金屬操作頭為鍍鉻件或鋁合金材質(zhì)，與絕緣桿采用內(nèi)嵌式結(jié)構(gòu)連接(見圖1)。但操作頭為鍍絡(luò)件時，由于其重量較重，當絕緣桿伸長到8 m時，操作頭重量將使得絕緣桿發(fā)生彎曲變形、搖擺，導(dǎo)致試驗接線困難，且這些操作頭的結(jié)構(gòu)不適用于500 kV一次設(shè)備相關(guān)電氣試驗接線及測試項目。

圖1　常見絕緣桿金屬操作頭

高壓試驗使用絕緣桿的頻率高，且對絕緣桿操作頭的結(jié)構(gòu)有獨特要求，為了能夠安全高效地完成試驗任務(wù)，結(jié)合自身工作經(jīng)驗，設(shè)計和制作了符合電氣試驗專業(yè)現(xiàn)場需求的絕緣桿操作頭。

2　設(shè)計與制作

查詢并對比了其他500 kV作業(yè)班組或單位的絕緣桿操作頭結(jié)構(gòu)情況，發(fā)現(xiàn)各班組均使用了自制絕緣桿操作頭進行高壓試驗，但是操作頭結(jié)構(gòu)各不相同，包括了“問號”形、倒“人”字形等，這些結(jié)構(gòu)在進行直流1 mA電壓試驗時會出現(xiàn)接觸不穩(wěn)定進而需要工作人員手扶持，使得工作人員面臨接觸到高電壓的風(fēng)險(見圖2)。

(a)側(cè)視圖(b)俯視圖圖2　其他班組自制接頭

為了提高試驗專業(yè)的工作效率，順利完成試驗任務(wù)，結(jié)合專業(yè)特點，從操作頭的結(jié)構(gòu)、材質(zhì)和制作等幾個方面著手，設(shè)計及制作出具有自身特點的絕緣桿操作頭。絕緣桿操作頭的設(shè)計及制作主要從操作頭的選材、制作及與絕緣桿端部連接幾個方面入手。

2.1　結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1.1操作頭端部設(shè)計

在高壓試驗中絕緣桿主要用于連接在橫梁或螺紋處，故在操作頭端部設(shè)計時主要考慮到在這些結(jié)構(gòu)處連接良好。經(jīng)過反復(fù)測試，發(fā)現(xiàn)對于橫梁連接處，可采用掛鉤連接較為牢靠，在螺紋連接處采用環(huán)形鉤掛方法更為合理?？傮w結(jié)構(gòu)如圖3所示。

(a)側(cè)視圖(b)俯視圖圖3　本設(shè)計自制接頭

考慮到方便保存和使用，結(jié)合現(xiàn)場橫梁及螺紋的尺寸，最終將操作頭的尺寸確定為較大掛鉤為曲率半徑約R100～R120橢圓形，環(huán)形鉤掛為R10～R20的圓環(huán)形，兩個環(huán)形結(jié)構(gòu)位于同一水平面，該水平面與絕緣桿本體成90°～135°夾角，并與本體相距15～20 cm，方便使用者靈活操作。

2.1.2連接部位設(shè)計

在連接部位設(shè)計時，主要考慮了該部位所要承受的拉力、連接的穩(wěn)定性及制作成本。絕緣桿整體重量約3 kg，考慮到室外作業(yè)經(jīng)常有大風(fēng)，故連接部位應(yīng)能夠承受至少30 N的拉力。內(nèi)嵌式連接方式制作復(fù)雜，成本高，為了保證連接穩(wěn)定可靠，且成本控制在能接受的范圍內(nèi)，故采用點連接與面連接相結(jié)合的方式將操作頭與絕緣桿本體相連。點連接是指通過橫向貫穿桿體進行連接，面連接是指用螺旋纏繞的方式進行連接。點連接可提高絕緣桿的縱向抗拉能力，面連接結(jié)構(gòu)在輔助縱向拉力的前提下，保證操作頭的橫向穩(wěn)定性。

市場所售絕緣桿操作頭采用內(nèi)嵌式連接方法，是在端部打孔后用螺栓連接內(nèi)嵌金屬部件，這種連接方法的力學(xué)性能經(jīng)測試是滿足相關(guān)要求的，內(nèi)嵌式操作頭的金屬延伸長度超過打孔部位3～5 cm，測試時其電氣性能滿足要求。為了保證連接部位設(shè)計的合理性，絕緣桿端部橫穿孔的部位及大小均與廠家進行了研究探討，綜合分析后決定在相同部位打孔連接自制絕緣桿操作頭，其力學(xué)性能滿足要求。該自制絕緣桿操作頭連接方法使得金屬長度截止到打孔部位，相比較與內(nèi)嵌式連接方法，有助于絕緣桿本體的有效絕緣長度增加3～5 cm，電氣性能得到提高。

2.2　制作

2.2.1選定原料

a. 操作頭材料(見表1)

根據(jù)高壓試驗中絕緣桿的應(yīng)用情況，選定操作頭的材質(zhì)。絕緣桿頭部在試驗中需要承受較大的重量，故其應(yīng)具備足夠的硬度和抗拉強度，承受30 N的力，不應(yīng)在工作中變形斷裂，且應(yīng)具有較高的導(dǎo)電性和抗氧化性，本身不應(yīng)有太大重量。在充分考慮到制作成本及操作的可行性后，最終選擇半徑0.3 cm圓形截面低碳鋼熱鍍鋅鐵絲即10號鋼絲(GB/T699—1999)。

表1　操作頭材料技術(shù)指標

b. 輔助材料(見表2)

為了保證端頭的穩(wěn)定性，并且減少操作頭在施加電壓時的尖端局部放電，降低泄漏電流的大小，在本操作接頭的連接部位必須使用到PVC電工電線絕緣阻燃塑料膠帶。

表2　輔助材料技術(shù)指標

2.2.2制作及安裝

根據(jù)操作頭設(shè)計情況，截取約160 cm長的10號鋼絲，將2端分別打磨成半球狀界面，然后將所選鋼絲一端繞制成R20的封閉小圓環(huán)，然后在同一端制成R100的大環(huán)狀結(jié)構(gòu)，開口約30°，小圓環(huán)嵌套在大圓環(huán)內(nèi)，2個圓環(huán)位于同一個水平面內(nèi)。

為了操作頭與絕緣桿端部接觸牢固，且能承受足夠的重量，選擇距離絕緣桿端部5～7 cm處用電鉆打孔。電鉆鉆孔時進度要緩慢，防止在絕緣桿端部產(chǎn)生沖擊裂紋后，承重時發(fā)生斷裂。打出穿孔后，將10號鋼絲穿過孔，使得操作頭的大圓環(huán)距離絕緣桿本體約15～20 cm，然后將剩余的鋼絲進行鉸接且緊密規(guī)則的纏繞在絕緣桿預(yù)留的5～7 cm端部。

此時的操作頭仍然不穩(wěn)定，會發(fā)生輕微晃動，為了徹底固定操作頭，必須使用PVC絕緣密封膠帶進行多層緊密纏繞對其進行緊固處理。同時，纏繞絕緣膠帶可以避免端部尖端放電，保證操作頭與手柄的有效絕緣長度，減少泄漏電流。自制絕緣桿操作頭見圖4。

圖4　自制絕緣桿操作頭

2.3　應(yīng)用情況

2.3.1性能測試

為了絕緣桿的各項性能是否復(fù)合規(guī)程[6-7]要求，將制作的絕緣桿送至有資質(zhì)的單位進行檢測，測試數(shù)據(jù)如表3、表4所示。

表3　絕緣桿絕緣電阻測試結(jié)果

表4　絕緣桿泄漏電流測試結(jié)果

結(jié)果顯示，使用了本文設(shè)計操作頭的絕緣桿，其絕緣電阻率及泄漏電流檢測結(jié)果合格。

2.3.2實際應(yīng)用

為了延長絕緣桿操作頭的使用壽命，在使用時先將測試線夾在絕緣桿操作頭部位，再將測試線接近絕緣桿端頭部分用絕緣膠帶綁定在絕緣桿處，如圖5所示，減少高壓線對操作頭的橫向拉力。

圖5　絕緣桿接線方法

該絕緣桿操作頭制作完成后，可用其進行多種試驗項目，例如500 kV避雷器直流1 mA電壓、0.75U1mA電壓下泄漏電流、絕緣電阻測試，500 kV電壓互感器介損、電容量及絕緣電阻等諸多試驗項目?，F(xiàn)場利用自制絕緣桿測試結(jié)果數(shù)據(jù)與原測試方法所得一組結(jié)果相比較，如表5所示。

從表5可發(fā)現(xiàn)，自制絕緣桿在進行試驗測試項目時，對試驗數(shù)據(jù)無影響。在進行避雷器、互感器上節(jié)進行測試時絕緣桿能夠牢固接觸且加壓，不用

表5　直流1 mA電壓試驗數(shù)值　V

作業(yè)人員肢體接觸絕緣桿，提升了作業(yè)人員的安全性。

3　結(jié)論

通過對現(xiàn)場使用情況的分析，發(fā)現(xiàn)自制絕緣桿操作頭的設(shè)計及制作，均充分考慮了超高壓設(shè)備試驗的特點。在實際使用中，不僅提高了試驗的效率，使得試驗接線效率大幅提高，而且避免了人員接觸高電壓的危險。該自制絕緣桿操作頭具有下幾個特點。

a. 絕緣桿操作頭結(jié)構(gòu)新穎，該結(jié)構(gòu)解決了測試中接觸可靠性、牢固性問題。

b. 所設(shè)計操作頭結(jié)構(gòu)簡單、成本低，且容易制作安裝。

c. 所設(shè)計操作頭能有效降低作業(yè)風(fēng)險，適合在500 kV作業(yè)單位推廣使用。

自制絕緣桿操作頭，不僅節(jié)約了工器具采買、制作的費用，且提高了試驗接線的可操作性和安全性，同時考慮到作業(yè)人員在200 kV直流高壓環(huán)境中的潛在危險，成功解決了無工作人員支撐時絕緣桿操作頭的可靠連接。