石 磊，王 勇，吳有鵬

(國網甘肅省電力公司 酒泉供電公司，甘肅 酒泉 735000)

0 引 言

電力業(yè)是國民經濟的支柱型產業(yè)，在經濟迅速發(fā)展的背景下，用電總量急劇增加，架空輸電線路規(guī)模日漸擴大。 隨著輸電設備故障頻繁出現，及時有效檢修工作越發(fā)重要。 傳統(tǒng)停電檢修處理的作業(yè)方式不僅會造成巨大經濟損失，還會影響輸電線路運行的質量與效率[1]。 機器人帶電作業(yè)的先進檢修系統(tǒng)廣泛應用在輸電線路中，但帶電作業(yè)較高的安全風險威脅操作人員生命和影響電力系統(tǒng)穩(wěn)定性[2]。 因此，亟需研發(fā)一種新型帶電技術的配套工具，滿足不同種類線路需要，實現螺栓及時拆除和緊固，推動電力行業(yè)高速穩(wěn)定發(fā)展。

文獻[3]針對傳統(tǒng)作業(yè)方法復雜化流程和高強度、低效率作業(yè)問題，提出了棘輪扳手新工具設計方案，實現了帶電消缺，經驗證表明該方法節(jié)約了時間和人力成本。 文獻[4]考慮傳動結構、工具材料、套筒方式和組合尺寸四個方面，研制了帶電緊固螺栓組合工具。 隨著人工帶電作業(yè)局限性的日益突出，基于機器人的電力檢修研究成為熱點。 文獻[5]設計了輸電線路帶電緊固螺栓機器人，高壓試驗廳和湖南電力公司對此系統(tǒng)進行了現場驗證，均表明了此工具的可行性和有效性。 文獻[6]為解決帶電作業(yè)危險性、復雜性和繁重性問題，提出了行走在輸電線上的螺栓緊固帶電作業(yè)機器人，該方法利用引流線能夠完成視覺搜索、識別、定位等作業(yè)，簡化了搜索過程，降低了搜索難度。 文獻[5]、[6]的螺栓緊固工具取得了一定的突破，為輸電線路帶電萬能多向螺栓緊固器的研制和改造提供了參考，但其研究過程存在些許不足。

基于此，筆者設計新型輸電線路帶電拆除、緊固螺栓工具，基于項目實際情況，解決了110 kV 輸電線路緊固或拆除、更換帶電部位螺栓過程中所出現的作業(yè)過程復雜、安全風險高、人員需等電位操作等問題，保障現場安全生產要求。

1 新型螺栓緊固裝置功能特征

實際運行中，輸變電設備會因多種因素而出現塔材連接處螺絲松動現象。 特別是在大風多發(fā)地區(qū)，螺絲松動、螺母脫落現象更為常見，而這極易引發(fā)重大損失。 針對現有螺栓緊固工具存在的不足，研究了一種新型螺栓緊固器，其結構如圖1 所示，是由絕緣操作桿、齒輪轉向套筒、消弧裝置器和螺栓固定裝置四部分組成，能夠實現地電位帶電遠距離螺栓補加、緊固和松動操作，避免線路停電。

圖1 新型螺栓緊固器結構圖

輸電線路帶電緊固螺栓工具使用時，操作人員需要地電位帶電，從而對高壓的電工設備進行檢修、測試以及更換器件，因而必須要保證工具具有極高的絕緣性。 為保證工具滿足最小的絕緣長度，滿足電壓等級的要求，具備極高的耐氣候性能，使工具能為操作人員提供足夠的保護，文中選用具有高強度、高韌性、高介電、高機械、高耐熱和耐潮的環(huán)氧樹脂為新型螺栓緊固器的絕緣操作桿材料。 并對絕緣操作桿進行了電氣性能實驗，均滿足工頻耐壓性能、濕態(tài)絕緣性能和絕緣耐受性能的要求，且絕緣操作桿可以實現3～6 m 的接續(xù)。

根據電壓等級和作業(yè)位置將接續(xù)節(jié)設計為凹、凸型一字接頭，以進行靈活組裝和長度調節(jié)。 設計相互咬合的兩個傘形齒輪、絕緣管和傳動軸組成的齒輪轉向套筒，并按受力狀態(tài)在液壓拉力機上試驗，發(fā)現其滿足靜動態(tài)抗拉及破壞要求。

螺栓固定裝置與輸電線路直線懸垂線夾的螺栓相匹配，可同時放置需要補加的螺母和彈簧墊、平墊，如圖2 所示。

圖2 螺栓固定裝置

同時將輪轉向套筒的傳動轉向裝置設計為套筒和螺栓軸方向一致并180°旋轉，裝置是由外層絕緣管、內層轉動軸和轉動手柄組成的補加裝置，轉動手柄和內層傳動軸相連，通過絕緣管連接到接續(xù)節(jié)，實現轉動力到套筒的傳遞，使套筒旋轉，通過該過程可以將豎直面的扭力轉變?yōu)樗矫娴呐ち?，從而實現多角度補加工作。 具有磁性且多種規(guī)格的螺栓固定裝置可以同時一次性補加螺母和彈簧墊、平墊等，并可以匹配輸電線路直線懸垂線夾的螺栓。

其主要特征及技術參數為:①輸電線路螺栓補加、緊固工具能夠地電位帶電遠距離補加、緊固螺栓，避免線路停電；②能補加、緊固35 ～220 kV 電壓等級的直線懸垂線夾脫落、松動的螺栓；③特制螺栓存儲套筒具有磁性，可以同時存放螺母、彈簧墊、平墊等，并具有多種規(guī)格以滿足不同大小的螺栓，使補加工作可一次性完成；④實現了力的轉向，可將豎直面的扭力轉變?yōu)樗矫娴呐ち?，使補加工作可以在多個角度下進行；⑤絕緣操作桿可接續(xù)為3.0 ～6.0 m，可根據電壓等級和作業(yè)位置靈活組裝以調整接續(xù)節(jié)的總長度；⑥傳動操作裝置是補加工具的動力裝置，傳動操作裝置的轉動手柄與內層傳動軸連為一體穿過絕緣管與接續(xù)節(jié)相連接，將轉動力傳遞到特制套筒，帶動套筒旋轉。

新型螺栓緊固器采用地電位的作業(yè)方式，相比等電位作業(yè)，簡化了作業(yè)流程，降低了安全風險和成本，增加了社會效益，具體對比分析如表1 所列。

表1 新型螺栓緊固器與傳統(tǒng)工具對比

2 改進螺栓緊固裝置

架空輸電線路螺栓固定結構長期暴露在空氣中，受風力及導線振動等外部因素影響，靠近導線側的連接螺栓會出現松動現象，若不能及時對缺陷螺栓進行緊固，將會導致連接處發(fā)熱、導線掉線等重大事故。經調查發(fā)現，地電位帶電緊固是最經濟性、安全性及高效性的方法，但仍有50%的情況無法開展。 文中在現有研究的基礎上，提出一種自研制新型帶電緊固作業(yè)方案，具有作業(yè)影響小、實時性好、流程簡化、安全風險和成本低、耗時短的優(yōu)勢。 針對不同電壓等級輸變線路線夾(懸垂線夾、并溝線夾、爆壓線夾、變電站母線設備線夾)螺母型號不統(tǒng)一的問題，通過調查、統(tǒng)計常見套筒方頭尺寸和不同線夾螺絲的型號，運用多用套筒扳手設計了一種懸吊在導線安裝位置的輕型支撐桿作為緊固裝置扳手部位，同時適應了不同螺栓規(guī)格、不同線夾螺栓高度和不同螺母緊固的要求。 不同電壓等級絕緣操作桿的長度和水平均不相同，改進傳統(tǒng)絕緣操作桿長度，以最短有效絕緣長度、端部金屬接頭長度和手持部分長度三項之和作為新型螺栓緊固裝置的絕緣操作桿長度，以滿足不同電壓等級需求，如表2 所列。 為滿絕緣操作桿接頭緊密牢靠、材質強度高及長度不超過1cm 的要求，文中采用可拆卸式硬鋁材質的圓弧形接頭。

表2 不同電壓等級絕緣操作桿各部分長度

3 新型螺栓緊固裝置實施成效檢測

運用文中研制的基于輸電線路帶電萬能多向螺栓緊固技術分別對14、17 和19 mm 規(guī)格的螺栓進行試驗，得出如下結論:通過多次夾持進行適用范圍的檢測，表明該工具滿足尺寸設計要求，每次都能正常夾住螺栓；絕緣耐壓試驗中35 kV 額定電壓工頻耐壓值大于95 kV/min，絕緣性能滿足帶電作業(yè)安全標準；將大于24.5 N·m 力加在螺栓上測試扭力扳手扭力，均能實現可靠有效緊固；通過多次緊固試驗得出單次緊固螺栓平均耗時均小于2 min，能夠達到預期值。 試驗得出該裝置能夠快速緊固螺栓的螺桿與螺母，解決了在滿足安全距離及單人緊固螺栓條件下停電緊固松動螺栓的難題。

將文中研制的帶電緊固螺絲裝置試用在110 kV停用的輸電線路，實現了安全距離條件下單人帶電自動組合工具螺栓緊固，既方便快捷、省時省力，又標準美觀、安全性好。 滿足不同線夾類型工作要求，消除線路中的安全隱患，節(jié)省檢修、電量損耗等費用約400 萬元，提高了工作效率和經濟社會效益。 結合輸電線路工程的實際情況，本裝置對耐張線夾引流板螺栓的擰緊工藝提出下列建議:①輸電線路工程中耐張線夾引流板螺栓優(yōu)選M16 螺栓，螺栓嚴重超擰會極大降低連接的可靠性。 所以施工時需使用力矩扳手，并按螺栓規(guī)格施加合適的扭矩值；②因熱鍍鋅螺栓扭矩系數的離散性高于普通螺栓，同一工程的耐張線夾引流板螺栓應采用同廠家同批次的產品，并在安裝前空擰幾次，確保螺紋部分無影響摩擦系數的毛刺或污物，保證安裝質量的一致性；③耐張線夾引流板螺栓應配合加厚大墊圈使用。 加厚大墊圈可以改善平板的受力情況，避免墊圈下的鋁板出現壓痕；④扭矩扳手的擰緊速度對摩擦系數影響較大，考慮到靜摩擦因數通常略大于動摩擦因數，在施加扭矩時，扭矩扳手的扳擰速度應均勻，到達設定扭矩值附近時必須放緩動作，聽到提示音后立即停止轉動，以免過擰；⑤線路檢修時，對于引流板螺栓出現松動變形或性能欠佳的情況，建議螺栓、螺母和墊圈全套換新后重新擰緊。

4 結 論

工程實際中輸變電設備受多種因素影響極易出現塔材連接處螺絲松動現象，螺絲松動及螺母脫落現象尤為嚴重。 過去搶修要停電處理，但停電對工業(yè)、交通和生活帶來了極大的不便。 文中針對工程中這一實際問題，在國內外研究的基礎上，研制出了一種新型輸電線路帶電拆除、緊固螺栓工具，經過實際應用得出如下結論。

(1) 研制的新型輸電線路帶電拆除、緊固螺栓工具主要由合格110kV 絕緣操作桿、齒輪轉向套筒、消弧裝置器和螺栓固定裝置四部分組成，具有安裝便捷和操作方便的優(yōu)勢。 它不僅減少了操作程序，還避免了等電位作業(yè)，同時又降低了安全風險、減少了人力成本、縮短了作業(yè)時間。

(2) 新型工具的應用范圍為輸電線路耐張線夾螺栓、引流線并溝線夾螺栓、復合絕緣子均壓環(huán)螺栓和線路懸垂線夾螺栓等帶電部位各型號、各方向螺栓的緊固和更換及帶電更換耐張桿塔引流線。 此外，還可以拓展到變電站各類110 kV 戶內外電氣設備帶電部位的各種連接螺栓的緊固與更換。

文中所研的110 kV 輸電線路帶電萬能多向螺栓緊固器為輸電線路緊固或拆除、更換帶電部位螺栓提供了新手段、新思路，解決了110 kV 輸電線路緊固或拆除、更換帶電部位螺栓過程中所出現的作業(yè)過程復雜、安全風險高、人員需等電位操作等問題，保障了現場安全生產的要求。