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        更換架空線路耐張絕緣子托瓶架固定裝置的研制

        2022-12-21 02:36:04溫惠婷張建峰
        農(nóng)村電氣化 2022年12期
        關(guān)鍵詞:作業(yè)

        溫惠婷,張建峰

        (廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司梅州供電局,廣東 梅州 514000)

        在電網(wǎng)架空輸電線路中,一般使用直線桿塔與耐張桿塔,為滿足架空輸電線路的荷載需求,其中耐張桿塔會(huì)使用玻璃或瓷質(zhì)絕緣子串,極易受外力等因素的影響發(fā)生玻璃絕緣體破碎等狀況,從而導(dǎo)致絕緣性能消失,如果不及時(shí)更換會(huì)造成架空輸電線路出現(xiàn)電力安全事故。由于更換耐張絕緣子的過程中,必須先收緊絕緣子串后再放松,放松和收緊絕緣子串時(shí)必然對固定托瓶架的繩子產(chǎn)生拉扯,導(dǎo)致繩子被拉長變形或繩結(jié)松脫,無法固定托瓶架,托瓶架因自重與絕緣子串之間形成較大空隙,且單片絕緣子的自身重量也非常大,整串絕緣子因與托瓶架之間的空隙和自重,成反弓形下墜,單片絕緣子之間互相卡死,無法把破損得絕緣子取出來,亦無法把正常的完好絕緣子安裝到原絕緣子串中,最終導(dǎo)致更換檢修無法開展。為解決此問題,本文針對托瓶架固定裝置進(jìn)行深入研究,意在通過此裝置來提升架空線路耐張絕緣子的檢修作業(yè)效率。

        1 計(jì)算架空線路耐張絕緣子受力

        一般情況下,須在無風(fēng)且溫度高于15 ℃的天氣下進(jìn)行架空線路耐張絕緣子[1]檢修作業(yè),此時(shí)耐張絕緣子串的受力主要有導(dǎo)線張力與自身重力,如圖1所示。

        圖1 架空線路耐張絕緣子串受力簡圖

        圖1 中,F(xiàn)1是架空線路導(dǎo)線的張力;F2是架空線路耐張絕緣子串受橫擔(dān)的拉力;Fx1、Fy1分別是架空線路導(dǎo)線張力在水平方向與垂直方向上的分力;Fx2、Fy2分別為架空線路耐張絕緣子串所受橫擔(dān)拉力在水平方向與垂直方向上的分力;G為耐張絕緣子串自身重力;a為架空線路導(dǎo)線在水平方向上的角度。根據(jù)耐張絕緣子串受力平衡可以得到,架空線路上任意位置的軸向應(yīng)力在水平方向上的分量,與導(dǎo)線弧垂最低點(diǎn)位置的軸向應(yīng)力之間存在平衡,也就是說,在電網(wǎng)的架空線路中,導(dǎo)線所有位置的軸向應(yīng)力在水平方向上的分量均相同,但是,沿著導(dǎo)線弧垂最低點(diǎn)直到兩邊掛點(diǎn)位置,軸向應(yīng)力呈增長狀態(tài),其中線路懸掛點(diǎn)處的軸向應(yīng)力達(dá)到最大值,其計(jì)算公式(1)所示:

        式中:Z為架空線路上導(dǎo)線懸掛點(diǎn)位置的軸向應(yīng)力參數(shù);Zx為導(dǎo)線軸向應(yīng)力在水平方向上的分量;h為導(dǎo)線懸掛點(diǎn)的高度差參數(shù);δ為架空線路導(dǎo)線的自重比載參數(shù);d為架空線路耐張桿塔到第一個(gè)基直線桿塔之間的孤立檔距離參數(shù);Dh-0為導(dǎo)線高懸點(diǎn)處的線路長度參數(shù)。根據(jù)式(1)獲得架空線路耐張絕緣子串所受導(dǎo)線總張力為:

        式中:S為架空線路導(dǎo)線截面的面積參數(shù)。由此,進(jìn)一步得到架空線路耐張絕緣子的受力計(jì)算公式如下所示:

        式中:N為架空線路耐張絕緣子片的總數(shù)量;Gn為架空線路耐張絕緣子串中的第n個(gè)絕緣子片的自身重力參數(shù)。本文利用式(3)獲取架空線路耐張絕緣子串的受力[2],并將其作為確定托瓶架固定裝置荷載強(qiáng)度的理論依據(jù)。

        2 計(jì)算更換耐張絕緣子過牽引力

        在利用托瓶架更換架空線路耐張絕緣子串[3]時(shí),首先須要將導(dǎo)線收緊,讓耐張絕緣子串處于松弛狀態(tài),那么此時(shí)就會(huì)產(chǎn)生過牽引力,為了確保托瓶架固定裝置的抗壓、抗彎強(qiáng)度符合耐張絕緣子串更換作業(yè)需求,必須精準(zhǔn)計(jì)算過牽引力。在收緊架空線路導(dǎo)線時(shí),如果導(dǎo)線的過牽引長度過大,會(huì)造成架空線路導(dǎo)線的斷裂,威脅檢修作業(yè)安全,所以首先要獲得導(dǎo)線允許的最大過牽引長度[4]:

        式中:l1、l2分別為孤立檔導(dǎo)線與連續(xù)檔導(dǎo)線所允許的最大過牽引長度參數(shù);Z為架空線路導(dǎo)線的原有軸向應(yīng)力參數(shù);Z為架空線路導(dǎo)線的軸向許用應(yīng)力參數(shù);T為架空線路導(dǎo)線的彈性模量參數(shù);d0為架空線路耐張桿塔上各個(gè)檔之間的距離參數(shù)。在實(shí)際的架空線路耐張絕緣子檢修作業(yè)中,必須保證收緊導(dǎo)線的過牽引力不能大于式(4)獲得的數(shù)據(jù)。然后根據(jù)導(dǎo)線的過牽引長度獲取更換耐張絕緣子過牽引力,本文為計(jì)算簡便,排除架空線路橫擔(dān)撓度、懸掛點(diǎn)高度差等非關(guān)鍵因素的影響,用下述公式來計(jì)算:

        式中:Q為架空線路耐張絕緣子更換時(shí)所受過牽引力參數(shù);l為實(shí)際作業(yè)中采取的導(dǎo)線過牽引長度參數(shù)。本文利用式(5)獲取更換架空線路耐張絕緣子時(shí)的過牽引力,并將其作為確定托瓶架固定裝置抗壓、抗彎強(qiáng)度的理論依據(jù)。

        3 托瓶架固定裝置制作材料選擇

        本文主要根據(jù)受力分析和材料的機(jī)械性能進(jìn)行裝置材料的選擇。根據(jù)相關(guān)資料以及工作經(jīng)驗(yàn),確定裝置的選材范圍[5]如表1所示。

        表1 裝置選材范圍

        由表1 可知,合金鋼的抗拉強(qiáng)度與屈服強(qiáng)度最高,但重量也較大,鋁合金的抗拉強(qiáng)度與屈服強(qiáng)度雖較低,但其重量較小,鈦合金則在強(qiáng)度與重量方面表現(xiàn)出整體的優(yōu)越性,所以本文結(jié)合各材料的特性,以及實(shí)際架空線路耐張絕緣子更換作業(yè)情況,綜合考慮固定裝置上各個(gè)組件的功能需求來選擇制作材料。關(guān)于托瓶架固定裝置的支撐組件,可以選用鈦合金作為主材,強(qiáng)度較高,可以保證裝置的使用安全,重量較低,便于高空攜帶作業(yè);關(guān)于托瓶架固定裝置的滑動(dòng)組件,可以選用鋁合金作為主材,無需較高強(qiáng)度,僅需要摩擦力小,操作省力即可;關(guān)于托瓶架固定裝置的緊固組件,可以選用合金鋼作為主材,緊固組件尺寸較小,大比重的合金鋼也不會(huì)給固定裝置增加壓力,僅需強(qiáng)度較高,滿足現(xiàn)場安全使用要求即可。確定托瓶架固定裝置制作材料之后,本文參考DLT 875—2004《輸電線路施工機(jī)具設(shè)計(jì)、試驗(yàn)基本要求》中相關(guān)規(guī)定,選用安全系數(shù)為2.5進(jìn)行托瓶架固定裝置的研制。

        4 新型托瓶架固定裝置設(shè)計(jì)

        本文主要研制一種托瓶架結(jié)合支撐架的固定裝置,在固定裝置的支撐架上設(shè)置可調(diào)節(jié)組件,從而實(shí)現(xiàn)托瓶架的自由移動(dòng)。此固定裝置的立體結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。

        圖2 新型可調(diào)節(jié)托瓶架固定裝置立體結(jié)構(gòu)示意圖

        如圖2 所示,此裝置主要包括:基礎(chǔ)支撐架、滑動(dòng)組件、工具支架、鎖緊組件。其中滑動(dòng)組件以套接的形式安裝在支撐架的兩根主梁上,可以進(jìn)行自由移動(dòng),滑動(dòng)組件結(jié)構(gòu)一般可以設(shè)計(jì)為“H”、“∏”、“∩”、“—”、“⌒”這5 種形式,其中由于“H”結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定,與支撐架的接觸面面積更大,所以本文將滑動(dòng)組件設(shè)計(jì)為“H”結(jié)構(gòu),這對高空作業(yè)是一個(gè)很好的保障,與此同時(shí),在利用本文研制托瓶架固定裝置進(jìn)行絕緣子更換作業(yè)時(shí),可以根據(jù)實(shí)際的絕緣子串尺寸,隨時(shí)調(diào)節(jié)滑動(dòng)組件位置,再通過鎖緊組件進(jìn)行固定,整個(gè)操作過程簡單且方便,從而提升絕緣子更換作業(yè)的效率。在本文研制的托瓶架固定裝置中,在兩側(cè)滑動(dòng)組件與基礎(chǔ)支撐架銜接處,分別設(shè)置一個(gè)工具支架,用于安裝鎖緊組件,鎖緊組件主要由2 塊可活動(dòng)夾板構(gòu)成,可以根據(jù)實(shí)際檢修作業(yè)需求實(shí)現(xiàn)多種尺寸耐張絕緣子片的鎖緊固定,關(guān)于組件的鎖緊形式一般包含螺栓固定和卡扣固定,雖然卡扣固定操作方便,但極易發(fā)生脫落,這為高空更換絕緣子作業(yè)的安全性帶來嚴(yán)重隱患,所以本文將組件鎖緊方式設(shè)計(jì)為螺栓固定。與現(xiàn)有托瓶架相比,本文研制的新型托瓶架固定裝置結(jié)構(gòu)更加巧妙,安全性能更可靠,利用自由調(diào)節(jié)的方式,使操作更方便,提高架空線路耐張絕緣子更換作業(yè)效率。

        5 實(shí)際應(yīng)用

        為了校驗(yàn)本文研制的新型托瓶架固定裝置的效果,選取某220 kV 電解Ⅱ線4#耐張塔,使用“托瓶架法”進(jìn)行耐張絕緣子更換實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)展開之前,本文提出2 種更換方案:(1)傳統(tǒng)繩子綁扎固定托瓶架;(2)本文研制新型托瓶架固定裝置,實(shí)驗(yàn)流程如圖3所示。

        圖3 架空線路耐張絕緣子更換流程圖

        耐張絕緣子更換作業(yè)過程中,針對前面所提的2 種方案,本文分別統(tǒng)計(jì)作業(yè)流程中各個(gè)環(huán)節(jié)的耗時(shí)情況并進(jìn)行對比,對比結(jié)果如表2所示。

        表2 架空線路耐張絕緣子更換耗時(shí)對比

        通過表2 中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知,使用傳統(tǒng)托瓶架更換耐張絕緣子時(shí),必須先收緊絕緣子串后再放松,導(dǎo)致繩子被拉長變形或繩結(jié)松脫,無法固定托瓶架,整串絕緣子因與托瓶架之間的空隙以及自身重力,成反弓形下墜,絕緣子之間出現(xiàn)卡死現(xiàn)象,導(dǎo)致破損絕緣子的取出以及完好地安裝絕緣子極其困難,所以用時(shí)較長為90 min;而本文研制的托瓶架固定裝置,在收緊和放松絕緣子串時(shí),可使托瓶架來回移動(dòng),抵消絕緣子串伸縮時(shí)對托瓶架產(chǎn)生的影響,保證托瓶架始終穩(wěn)穩(wěn)托住整串絕緣子,解決原來單片絕緣子之間的互卡問題,所以用時(shí)較短僅30 min,較傳統(tǒng)托瓶架減少了60 min。由此可以說明,新型可調(diào)節(jié)托瓶架固定裝置可以大大降低更換耐張絕緣子的作業(yè)時(shí)間,提升作業(yè)效率,此裝置不僅可以節(jié)約人力物力,而且可以保障架空線路供電的連續(xù)性。由于使用托瓶架更換耐張絕緣子南網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)普遍存在類似問題,輸電專業(yè)人員在檢修中均面臨嚴(yán)重的耗時(shí)耗力難題,所以本文研制的新型可調(diào)節(jié)托瓶架固定裝置可推廣全網(wǎng),大大節(jié)省人工成本。

        6 結(jié)束語

        當(dāng)下,我國大部分架空線路耐張絕緣子更換作業(yè)中仍使用托瓶架,然而傳統(tǒng)托瓶架使用較為原始的繩子綁扎方式進(jìn)行固定,托瓶架與耐張絕緣子片之間存在互卡問題,導(dǎo)致作業(yè)效率較低。因此,本文研制一種新型托瓶架固定裝置,此裝置可使托瓶架來回移動(dòng),抵消絕緣子串伸縮時(shí)對托瓶架產(chǎn)生的影響,徹底解決原來單片絕緣子之間的互卡問題,確保耐張絕緣子的更換工作得以順利進(jìn)行。不僅可以降低檢修人員的勞動(dòng)強(qiáng)度,而且可以減少檢修時(shí)間,進(jìn)而提升公司經(jīng)濟(jì)效益。

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