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        新型抗倒伏高空接線鉗研制

        2022-05-31 03:06:54國(guó)網(wǎng)湖南省電力有限公司岳陽(yáng)變電檢修公司謝丹青伍忠輝王楊帆周梓源
        電力設(shè)備管理 2022年7期
        關(guān)鍵詞:束縛高空連桿

        國(guó)網(wǎng)湖南省電力有限公司岳陽(yáng)變電檢修公司 張 磊 謝丹青 伍忠輝 王楊帆 周梓源

        220kV 變電站大多數(shù)都是地方的樞紐變電站,220kV 變電站設(shè)備的持續(xù)健康運(yùn)行對(duì)于地方經(jīng)濟(jì)和區(qū)域網(wǎng)架堅(jiān)強(qiáng)意義重大。在220kV 變電站中,隔離開(kāi)關(guān)、斷路器和電流互感器在交接或例行試驗(yàn)中,都需要進(jìn)行直流電阻測(cè)試,這是保證導(dǎo)電回路接觸良好的重要手段,如果未經(jīng)過(guò)此試驗(yàn)確認(rèn),導(dǎo)電回路就可能因?yàn)殡娮柽^(guò)大、接觸不良而發(fā)熱,嚴(yán)重的甚至?xí)斐稍O(shè)備燒毀。

        圖1 直流電阻過(guò)大,接觸不良發(fā)熱

        變電站直流電阻的測(cè)試,有采用高空接線鉗和升降車進(jìn)行測(cè)量這兩種方式。在220kV 變電站測(cè)量一次回路的直流電阻較少使用到升降車,原因如下:升降車數(shù)量不夠,且升降車體積較大,不方便在設(shè)備多密的變電站內(nèi)進(jìn)行移動(dòng);升降車在變電站的操作和使用存在較大的安全風(fēng)險(xiǎn);升降車的使用和申請(qǐng)程序繁瑣,成本較高。因此現(xiàn)在幾乎所有的220kV 變電站的直流電阻測(cè)試都是采用高空接線鉗的方式進(jìn)行測(cè)量。

        采用高空接線鉗進(jìn)行220kV 電氣設(shè)備直流電阻測(cè)量是一項(xiàng)非常危險(xiǎn)的試驗(yàn)工作,需將回路電阻的線接在高空接線鉗上面,現(xiàn)場(chǎng)工作人員通過(guò)臂力將長(zhǎng)達(dá)近8米的絕緣桿(帶回路電阻線)舉起來(lái),然后接掛在220kV 的隔離開(kāi)關(guān)或斷路器上端,由于絕緣拉桿長(zhǎng)度較長(zhǎng)(實(shí)測(cè)桿長(zhǎng)7.8m),重量較大(實(shí)測(cè)絕緣拉桿帶回路電阻線重量8.1kg),重心很高(實(shí)測(cè)重心為距絕緣桿底部3.05m),且220kV 的隔離開(kāi)關(guān)的上部接線處可達(dá)9米以上。該試驗(yàn)項(xiàng)目中高空接線鉗存在很大的傾倒風(fēng)險(xiǎn),特別是在有風(fēng)的天氣,且周邊在大多數(shù)情況下就是帶電間隔或帶電母線,特別是在測(cè)試A 相和C 相時(shí),一旦高空接線鉗傾覆將直接倒在相鄰帶電間隔上面,且一旦傾倒超過(guò)40度將無(wú)法在下落的過(guò)程中通過(guò)手臂力量扶正,一旦倒在旁邊帶電的線路上,將直接導(dǎo)致人身傷亡事故。

        1 設(shè)定目標(biāo)、提出方案并確定最佳方案

        安全性目標(biāo)。依據(jù)歷史大數(shù)據(jù)評(píng)估,220kV 變電站的直流電阻測(cè)試的傾倒風(fēng)險(xiǎn)大概為萬(wàn)分之一,該結(jié)果跟人員工作經(jīng)驗(yàn)、天氣狀況等緊密相關(guān),人員技能經(jīng)驗(yàn)水平越差,天氣情況越惡劣,風(fēng)險(xiǎn)將成指數(shù)倍上升。本次安全性目標(biāo)將220kV 變電站一次設(shè)備的直流電阻測(cè)試的高空接線鉗的傾倒風(fēng)險(xiǎn)設(shè)定為五萬(wàn)分之一以下。安全性是此次活動(dòng)中最為重要的目標(biāo)。

        可靠性目標(biāo)。根據(jù)《國(guó)家電網(wǎng)公司電力安全工作規(guī)程》要求,需要高空接線鉗的絕緣桿通過(guò)工頻耐壓試驗(yàn);所用金屬連接構(gòu)件需滿足耐腐蝕和高強(qiáng)度要求;絕緣材料應(yīng)當(dāng)滿足絕緣性能、抗老化腐蝕和高強(qiáng)度的工作要求;所采用結(jié)構(gòu)應(yīng)該穩(wěn)定可靠。從而保證現(xiàn)場(chǎng)的工作能夠順利的開(kāi)展,保證結(jié)構(gòu)支撐的剛度,保證高空接線鉗的不倒伏。

        靈活性目標(biāo)。小組調(diào)查統(tǒng)計(jì)了5組220kV 隔離開(kāi)關(guān)直流電阻測(cè)試的時(shí)間,每組220kV 隔離開(kāi)關(guān)的測(cè)試,平均所用時(shí)間為43分鐘。小組考慮到如果要增加抗倒伏結(jié)構(gòu),將會(huì)增加高空接線鉗結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性,考慮到現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的實(shí)際情況,如果測(cè)試能在60分鐘內(nèi)完成,將不會(huì)對(duì)220kV 直流電阻的測(cè)試靈活性帶來(lái)顯著影響。

        方案提出、評(píng)價(jià)和選優(yōu)。小組集思廣益,使用親和圖,歸納大家提出的各種設(shè)想,如圖9所示。根據(jù)親和圖,小組通過(guò)討論、分析,提出了高空扶穩(wěn)型、底部支撐型、高空牽引型三個(gè)總體方案。由于電壓較低時(shí),高空作業(yè)鉗的節(jié)數(shù)不多,工作人員能夠控制。小組本次活動(dòng)主要是想解決220kV 直流電阻測(cè)試中高空接線鉗易倒伏問(wèn)題。

        從安全性、可靠性、靈活性、經(jīng)濟(jì)性看:方案一安全性能可靠,能夠維持不倒;通過(guò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),可靠性能保證;拼裝和拆卸可進(jìn)行改良設(shè)計(jì),以確保靈活性;人力成本增加,材料費(fèi)用增加;利大于弊。方案二安全性能欠佳,隨著電壓等級(jí)越高,穩(wěn)定性越差;部件較少,但是底座容易銹蝕和破壞。

        底座重量和面積都大,不便于搬運(yùn)和移動(dòng);人力成本增加,材料費(fèi)用增加;弊大于利。方案三安全性能欠佳,特別是測(cè)試220kV 母線隔離開(kāi)關(guān)時(shí),牽引將使得更難控制;部件較少,可靠性較好;基本沒(méi)有太多變化;人力成本增加,材料費(fèi)用增加;弊大于利。可看出方案一的安全性最好,通過(guò)設(shè)計(jì)和改良其可靠性和靈活性也能夠得到滿足,在三個(gè)方案都需要增加人力成本和材料成本的前提下,方案一的安全效益最佳。

        圖2 高空牽引型抗倒伏絕緣拉桿初次設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單示意圖

        2 對(duì)策實(shí)施

        2.1 束縛環(huán)的選型和設(shè)計(jì)

        按照市場(chǎng)調(diào)查結(jié)果,束縛環(huán)應(yīng)當(dāng)采用316不銹鋼材質(zhì),該材質(zhì)具有抗腐蝕、強(qiáng)度高等優(yōu)良的性能,可滿足束縛環(huán)的生產(chǎn)設(shè)計(jì)要求?,F(xiàn)有高空接線鉗從下往上,依次為第1、2、3、4、5節(jié),直徑分別為43mm、40mm、35mm、33mm、30mm。由于每節(jié)需要從上往下穿過(guò)去,因此束縛環(huán)的內(nèi)孔徑必須要大于43mm,據(jù)調(diào)查統(tǒng)計(jì),現(xiàn)將內(nèi)孔徑設(shè)計(jì)為45mm 便可滿足市面所有高空接線鉗從中穿過(guò)。其中從旁邊以10mm 的直徑開(kāi)三個(gè)孔深15mm 的螺紋孔,其中三孔的開(kāi)角為120°,束縛環(huán)的設(shè)計(jì)如圖3。

        圖3 束縛環(huán)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)兩視圖(俯視圖、正視圖)

        2.2 固定連桿的選型和設(shè)計(jì)

        固定連桿設(shè)計(jì)為單節(jié),直徑為25mm,采用環(huán)氧樹(shù)脂玻璃纖維復(fù)合材質(zhì),該種材質(zhì)的固體絕緣材料具有超高的介電強(qiáng)度和抗沖擊韌性,并具有強(qiáng)度高、耐腐蝕、重量較輕的特點(diǎn),因此能夠滿足固定連桿對(duì)材質(zhì)的要求。

        固定連桿的設(shè)計(jì)長(zhǎng)度,經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查,發(fā)現(xiàn)220kV 斷路器最大瓷瓶直徑為400mm,此次設(shè)計(jì)的束縛環(huán)半徑為50mm,當(dāng)采用如上尺寸時(shí),由圖3可知,53.1°開(kāi)角可讓束縛環(huán)和斷路器瓷瓶相切,所以當(dāng)束縛環(huán)開(kāi)角120°時(shí),可完全滿足高空接線鉗在220kV 斷路器上端的鉤掛要求。這還是在高空接線鉗在最垂直的情況下,事實(shí)上由于束縛環(huán)內(nèi)孔徑大于高空接線鉗的孔徑,所以在試驗(yàn)時(shí),可在保證固定桿垂直的情況下,讓高空接線鉗適度傾斜來(lái)進(jìn)行鉤掛。綜上所述,完全不用擔(dān)心束縛環(huán)對(duì)高空接線鉗鉤掛的影響。

        圖4 束縛環(huán)和斷路器相切時(shí)幾何分析圖

        從圖5可知,當(dāng)圓1和斷路器相切時(shí),圓1的半徑只有45cm,為了考慮固定連桿的活動(dòng)直徑要盡可能的小,并且為了滿足靈活性的要求,在此將固定連桿的長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為60cm,便可以滿足靈活性和安全性的需求。

        圖5 固定連桿的半徑設(shè)計(jì)依據(jù)圖

        2.3 固定桿的選型和設(shè)計(jì)

        調(diào)查顯示,市場(chǎng)上的固體絕緣材料中,環(huán)氧樹(shù)脂與玻璃纖維復(fù)合材質(zhì)最能符合本次QC 活動(dòng)的需求,因此本次將采用環(huán)氧樹(shù)脂與玻璃纖維復(fù)合材質(zhì)。固定桿采用三節(jié)設(shè)計(jì),總長(zhǎng)度4.7米,從上往下為第一、二、三節(jié),第一節(jié)長(zhǎng)1.7米,直徑30毫米;第二節(jié)長(zhǎng)1.5米,直徑33毫米;第三節(jié)長(zhǎng)1.5米,直徑36毫米。固定桿的連接形式與高空接線鉗的連接形式一樣,采用螺紋連接(圖6)。

        圖6 高空接線鉗

        2.4 束縛環(huán)、固定連桿和固定桿的連接設(shè)計(jì)

        圖7為固定連桿與束縛環(huán)的連接設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖,該材質(zhì)采用不銹鋼316型材質(zhì)(圖9),銹鋼壁厚為1mm,將固定連桿一端在鉚接孔處進(jìn)行鉚接固定(圖8),確保上圖設(shè)計(jì)與固定連桿的連接不松脫。圖7為固定連桿與固定桿的連接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖,該結(jié)構(gòu)在帶鉚接孔處與固定連桿一端連接,固定桿用帶螺紋的結(jié)構(gòu)與之相擰接(圖9)。

        圖7 固定連桿與束縛環(huán)的連接設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖

        圖8 固定連桿與固定桿的連接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖

        圖9 抗倒伏高空接線鉗結(jié)構(gòu)示意圖

        3 效果檢查

        安全性目標(biāo)確認(rèn)。為了確認(rèn)該套裝置的安全性,本小組成員在一個(gè)月內(nèi),在不同條件下總共做了368次抗倒伏試驗(yàn),在試驗(yàn)過(guò)程中,沒(méi)有一次測(cè)試的傾斜角度低于85°,測(cè)試人員能夠方便的進(jìn)行控制,根據(jù)計(jì)算分析,在正常的情況下,新型抗倒伏高空接線鉗100%抗倒伏。將人員、天氣因素等加以考慮后,采用新型抗倒伏高空接線鉗,在220kV 變電站一次設(shè)備的直流電阻測(cè)試中,高空接線鉗的傾倒風(fēng)險(xiǎn)將低于十萬(wàn)分之一,從而順利實(shí)現(xiàn)了先前設(shè)定的安全目標(biāo)。

        可靠性目標(biāo)確認(rèn)。通過(guò)采用316型不銹鋼和環(huán)氧樹(shù)脂玻璃纖維復(fù)合材質(zhì),強(qiáng)度和耐腐蝕性能大大提高,采用316不銹鋼鉚釘對(duì)連接部位進(jìn)行可靠鉚接,大大增強(qiáng)了耐用性,避免了結(jié)構(gòu)上出現(xiàn)松散的情況。對(duì)該裝置進(jìn)行了極端情況下的反復(fù)測(cè)試,試驗(yàn)表面該套裝置各種性能均能滿足要求。經(jīng)過(guò)368次抗倒伏試驗(yàn),經(jīng)過(guò)了近3年的拼裝次數(shù)測(cè)試,并且還在極端條件下經(jīng)過(guò)了嚴(yán)苛測(cè)試后,所研制的抗倒伏高空接線鉗仍可滿足正常使用需求,可確定新型抗倒伏高空接線鉗可保證可靠性要求。

        經(jīng)濟(jì)性確認(rèn)。在此次活動(dòng)中對(duì)該套裝置的整體經(jīng)濟(jì)性做了評(píng)估,假定該套裝置有1000次的使用壽命(假定均測(cè)試220kV 的設(shè)備),在該套裝置的整個(gè)生命周期中,新型和傳統(tǒng)抗倒伏高空接線鉗全生命周期經(jīng)濟(jì)性調(diào)查,傳統(tǒng)的采用五個(gè)員工測(cè)試,每次40分鐘,搬運(yùn)成本是30元、安全收益是150元、裝置成本是2250元。新型的抗倒伏測(cè)試是6人,需要55分鐘,搬運(yùn)成本40元,每次安全收益150元、裝置購(gòu)置成本3500元,一千次測(cè)試一共可節(jié)省費(fèi)用1.795萬(wàn)元。

        標(biāo)準(zhǔn)化。將新型抗倒伏高空接線鉗的制作方法、產(chǎn)品選材、強(qiáng)度、耐腐蝕性和抗老化性試驗(yàn)報(bào)告、產(chǎn)品使用方法等整理,進(jìn)行資料編撰、排版,制作了新型抗倒伏高空接線鉗的產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)和作業(yè)指導(dǎo)書(shū);將小組成果申請(qǐng)實(shí)用新型專利《抗倒伏高空接線裝置》,已獲國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局受理,受理號(hào)202022560779.6。

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