廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司潮州供電局 黃遠(yuǎn)峰

1 耐張塔絕緣子簡(jiǎn)析

1.1 耐張塔絕緣子概念

耐張塔絕緣子作為輸電線路重要組成部分，主要包括陶瓷耐張塔絕緣子、復(fù)合耐張塔絕緣子與玻璃耐張塔絕緣子等類型。其作用在于在每根導(dǎo)線位置不變的基礎(chǔ)上，對(duì)帶電導(dǎo)線與地面進(jìn)行有效隔離，達(dá)到高壓電瓷絕緣效果，提升輸電線路環(huán)境的安全。

1.2 耐張塔絕緣子用途

耐張塔絕緣子與懸式絕緣子相比，不僅需要承受線路的重力，還需要承受架空線路的張力，因此，耐張塔絕緣子主要用于線路末端和線路需要拐彎的鐵塔上，即終端塔、轉(zhuǎn)角塔和耐張塔。

2 帶電更換高壓輸電線路耐張塔絕緣子方式分析

2.1 更換效益提升

目前高壓輸電線路上帶電作業(yè)方法主要分為兩類，分別是地電位作業(yè)和等電位作業(yè)。等電位作業(yè)法一般在變電站及配電線路上進(jìn)行，而本文中著重分析地電位作業(yè)法。即人體處于地（零）電位狀態(tài)下，使用絕緣工具間接接觸帶電設(shè)備，達(dá)到檢修或者更換零件的方法。這種方式能夠靈活應(yīng)對(duì)各種搭建尺寸的高壓線線路，根據(jù)送受端各省用電需求、電源結(jié)構(gòu)和布局優(yōu)化思路，統(tǒng)籌輸電走廊和路徑。經(jīng)計(jì)算，2020年，東中部12個(gè)省份受入電力最優(yōu)規(guī)模為3.5 億kW，與2011～2020年10年間的工作效率相比較，新增電力流2.88 億kW，較好地解決了大氣污染治理新增的電力流需求。

目前，為了加快2020年后的電力運(yùn)輸建設(shè)，東中部跨省跨區(qū)輸電能力大約9000 萬(wàn)kW，包括在建、取得路條跨區(qū)輸電工程以及國(guó)家大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃提出的國(guó)家電網(wǎng)公司、南方電網(wǎng)公司經(jīng)營(yíng)區(qū)，達(dá)到11個(gè)輸電通道。在節(jié)省煤炭作為動(dòng)力資源的清潔計(jì)劃下，預(yù)計(jì)跨省跨區(qū)輸電能力達(dá)約1.92 億kW，但特高壓電網(wǎng)建設(shè)仍然有較大發(fā)展空間。

2.2 更換技術(shù)現(xiàn)狀

在帶電更換高壓輸電線路耐張塔絕緣子工作中，用一根鋼筋替換整排絕緣子或封閉式端子是比較常見(jiàn)的更換方式。在實(shí)際更換時(shí)，不僅需要考慮安全系數(shù)因素，還需要考慮影響系數(shù)。當(dāng)前最新電壓絕緣體型號(hào)最大負(fù)載力是435.6kN。如果設(shè)備計(jì)算機(jī)超過(guò)規(guī)定損壞負(fù)荷載狀態(tài)下，常規(guī)操作下的絕緣子更換會(huì)使得端子類型超出規(guī)定值。

現(xiàn)階段設(shè)備基礎(chǔ)不能滿足技術(shù)參數(shù)和要求，設(shè)備厚度和尺寸需要進(jìn)行對(duì)應(yīng)增加，考慮螺釘、螺栓等部位固定操作因素的影響，當(dāng)電壓出現(xiàn)增大情況時(shí)，不僅會(huì)增加安裝難度，還會(huì)增加作業(yè)人員勞動(dòng)強(qiáng)度，導(dǎo)致帶電作業(yè)中安全隱患增加，影響工人帶電更換作業(yè)中的安全性。

2.3 傳統(tǒng)更換運(yùn)力中卡具受力分析

在傳統(tǒng)耐張塔絕緣子帶電更換方法中，卡具受力情況可以分為三種情況，包括雙絞線絕緣子替換一系列絕緣子的雙棒、刀架取代整個(gè)系列絕緣子和整體式絕緣子更換。其中整個(gè)絕緣層由雙拉桿代替，緊雙絞線絕緣子替換一系列絕緣子的雙棒如圖1所示。絕緣體電壓分別由絕緣體和導(dǎo)體構(gòu)成，一般可以提供20%的牽引力。

圖1 緊雙絞線絕緣子替換一系列絕緣子的雙棒

隔離裝置由雙拉桿代替，并且兩個(gè)拉桿代表力不平衡，當(dāng)線張力為T時(shí)，裝置最大拉力為：

刀架取代整個(gè)系列絕緣子方式，最大拉力為：

整體式絕緣子更換方式時(shí)候，受力情況需要考慮雙絕緣和雙螺桿不平衡因素，最大拉力為：

對(duì)帶電更換高壓輸電線路耐張塔絕緣子中存在危險(xiǎn)點(diǎn)分析。

一是環(huán)境因素危險(xiǎn)點(diǎn)。耐張塔絕緣子帶電更換由于所處環(huán)境和實(shí)際操作因素影響，本身就帶有一定危險(xiǎn)性。當(dāng)作業(yè)地點(diǎn)海拔過(guò)高時(shí)，需要對(duì)實(shí)際空間間隙、絕緣工具安全距離與長(zhǎng)度、絕緣子片數(shù)等內(nèi)容進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算。經(jīng)工程師批準(zhǔn)后執(zhí)行，確保帶電更換作業(yè)的安全性。在實(shí)際作業(yè)時(shí)，還需要考慮極端天氣因素的影響，不僅需要在空氣濕度小于80%的天氣情況下進(jìn)行，還需要避免在雷雨天氣和極端風(fēng)力條件下進(jìn)行帶電更換作業(yè)，確保玻璃絕緣子帶電更換作業(yè)的安全性[1]。

二是帶電更換作業(yè)前準(zhǔn)備危險(xiǎn)點(diǎn)。在耐張絕緣帶電更換時(shí)，作業(yè)前準(zhǔn)確因素也是影響作業(yè)安全性的關(guān)鍵。主要是圍繞相關(guān)安全規(guī)定，在作業(yè)前絕緣子串進(jìn)行帶電檢測(cè)，并對(duì)桿塔作業(yè)人員和帶電體之間安全距離與絕緣受力工具有效安全長(zhǎng)度進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)，確保帶電更換作業(yè)安全性。

三是帶電更換作業(yè)操作因素危險(xiǎn)點(diǎn)。主要是在耐張塔絕緣子帶電更換作業(yè)中，對(duì)作業(yè)人員操作進(jìn)行規(guī)范，如導(dǎo)線絕緣子串未摘開(kāi)前，嚴(yán)禁作業(yè)人員徒手進(jìn)行絕緣子串聯(lián)接，避免出現(xiàn)電擊等安全隱患問(wèn)題。

3 帶電更換高壓輸電線路耐張塔絕緣子智能方法研究

在帶電更換高壓輸電線路耐張塔絕緣子作業(yè)過(guò)程中，為提升作業(yè)效果和安全性，針對(duì)目前耐張塔絕緣子帶電更換作業(yè)特點(diǎn)和實(shí)際危險(xiǎn)點(diǎn)，依托智能化思路進(jìn)行優(yōu)化，在不影響作業(yè)效果的同時(shí)，一定程度上降低了人工參與，推動(dòng)帶電更換高壓輸電線路耐張塔絕緣子作業(yè)的安全穩(wěn)定。

3.1 更換方法智能化改進(jìn)

為了降低高壓輸電線路的危險(xiǎn)性，在實(shí)際工作中對(duì)圍繞替代整體絕緣子智能化思路進(jìn)行改進(jìn)。改進(jìn)后，不僅降低了作業(yè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，而且提升了作業(yè)人員的工作效率和安全性。

帶電更換原理主要是通過(guò)將耐張塔絕緣子和機(jī)械螺釘相結(jié)合，對(duì)兩端絕緣子進(jìn)行替代后拆下螺釘，以此完成耐張塔絕緣子整體替換。

在實(shí)際的更換步驟中，對(duì)于平原地區(qū)輸電任務(wù)較重的1000kV 絕緣子和一些比較大的電壓而言，可以引入一種替代整體絕緣子的方法，做到智能化管理，進(jìn)而更換整個(gè)系列的絕緣子。為了提高工作效率，采用1000kV 以上的高壓輸電線路作為主要運(yùn)輸材料時(shí)，高壓輸電線路的負(fù)載要遠(yuǎn)大于500kV，而電力在運(yùn)輸過(guò)程中難免出現(xiàn)損耗，所以500kV 的高壓輸電線路單芯片隔離比其他的單芯片大得多，傳輸負(fù)載存在困難。在準(zhǔn)備好作業(yè)所需要的專業(yè)工具后，運(yùn)用將耐張塔絕緣子與機(jī)械螺釘相結(jié)合的方法，通過(guò)拆下螺釘，整體絕緣子在大卡具的作用力模式下，電壓通過(guò)線夾的運(yùn)輸能夠降低電力運(yùn)輸?shù)?5%，通過(guò)絕緣拉桿進(jìn)行傳遞。

在更換絕緣體時(shí)，線夾由閉合夾具和全夾具共同起作用，按照T463-2006絕緣體的應(yīng)用方法計(jì)算器件的最大負(fù)載，當(dāng)出現(xiàn)（240+315）kN=555kN的形式時(shí)，滿足在kN>組合最大負(fù)載的模式下的運(yùn)行內(nèi)容，即提高了設(shè)備的功率要求。

3.2 自走式帶電更換高壓輸電線路耐張塔絕緣子工具應(yīng)用

在進(jìn)行帶電更換高壓輸電線路耐張塔絕緣子智能方法研究時(shí)，除了更換方法的智能化改進(jìn)以外，還需要強(qiáng)化對(duì)更換工具的研發(fā)和應(yīng)用。實(shí)際分析時(shí)，以整串耐張塔絕緣子帶電更換作業(yè)模式為基礎(chǔ)，高壓輸電線路化工技術(shù)導(dǎo)線與金具串軸向扭轉(zhuǎn)如圖2所示，通過(guò)基于行走電機(jī)和槽輪作用，實(shí)現(xiàn)帶電更換高壓輸電線路耐張絕緣自走工具智能化改進(jìn)，以此推動(dòng)帶電更換高壓輸電線路耐張塔絕緣子優(yōu)化與安全性能提升。

圖2 高壓輸電線路化工技術(shù)導(dǎo)線與金具串軸向扭轉(zhuǎn)

工具主要由殼體、殼體內(nèi)腔、緩沖桿、行走電機(jī)、行走槽輪和移動(dòng)座等部分組成，殼體內(nèi)部安裝移驅(qū)動(dòng)電機(jī)，移動(dòng)座上安裝擺臂轉(zhuǎn)動(dòng)裝置和擺臂。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，利用吊機(jī)把自走式帶電更換絕緣子工具懸掛到架空線路上，吊裝時(shí)要注意不能與線路發(fā)生纏繞，并對(duì)跨越轉(zhuǎn)軸位置進(jìn)行對(duì)齊，實(shí)際操作更換時(shí)，基于設(shè)備攝像頭中顯示圖像，通過(guò)遙控對(duì)控制箱進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)自走式更換工具在架空線路的移動(dòng)，結(jié)合擺臂控制，以此完成整串或單片耐張塔絕緣子串帶電更換，從而有效增強(qiáng)帶電更換高壓輸電線路耐張塔絕緣子中的安全性。

3.3 智能帶電更換高壓輸電線路耐張塔絕緣子機(jī)器人

耐張塔絕緣子作為連接高壓輸電線路桿塔與輸電線絕緣體，不僅需要具備良好機(jī)械特性，還需要具備良好的絕緣性能。但由于受到耐張塔絕緣子運(yùn)行環(huán)境影響，在長(zhǎng)期電壓作用和露天環(huán)境因素影響下，耐張塔絕緣子故障與更換頻繁問(wèn)題依然嚴(yán)峻。因此，為確保帶電更換高壓輸電線路耐張塔絕緣子作業(yè)效果，提升供電穩(wěn)定性能。針對(duì)傳統(tǒng)狀態(tài)下帶電更換高壓輸電線路耐張塔絕緣子危險(xiǎn)點(diǎn)，基于智能化思路進(jìn)行優(yōu)化，在強(qiáng)化帶電更換作業(yè)效果的同時(shí)，有效提升作業(yè)安全性。

耐張絕緣體檢測(cè)機(jī)器人的研究主要針對(duì)傳統(tǒng)坐騎式耐張絕緣體檢測(cè)，由于絕緣子外表防污閃涂料比較薄，容易出現(xiàn)破壞和失效問(wèn)題，人工絕緣桿測(cè)試雖然可以避免對(duì)涂料破壞，但是檢測(cè)的效率比較低，所以自動(dòng)化、智能化可帶電測(cè)試檢測(cè)儀器的研發(fā)尤為關(guān)鍵。實(shí)際研發(fā)時(shí)，通過(guò)基于主動(dòng)驅(qū)動(dòng)功能、沿耐張塔雙串自動(dòng)爬行、自動(dòng)檢測(cè)能力和逐片移動(dòng)檢測(cè)等功能內(nèi)容進(jìn)行研發(fā)，其核心部件包括智能控制中樞、絕緣子檢測(cè)子系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)行走子系統(tǒng)、視頻圖形采集子系統(tǒng)等內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)無(wú)人化耐張塔絕緣子阻值檢測(cè)，為后續(xù)帶電更換作業(yè)提供基礎(chǔ)。運(yùn)行時(shí)，機(jī)器人利用攜帶智能絕緣子檢測(cè)儀，根據(jù)既定程序與絕緣子實(shí)際間隔距離進(jìn)行行動(dòng)規(guī)劃，即越過(guò)一片后停止移動(dòng)開(kāi)展下一片檢測(cè)，并通過(guò)傳感器把檢測(cè)結(jié)果錄入到系統(tǒng)之中。

檢測(cè)機(jī)器人增添絕緣子更換功能，主要通過(guò)增設(shè)新、舊耐張塔絕緣子攜帶倉(cāng)、機(jī)械手臂等構(gòu)件模塊，并在智能控制中樞中規(guī)劃損壞絕緣子拆卸、損壞絕緣子入倉(cāng)、新絕緣子出倉(cāng)抓取、絕緣子安裝等功能與程序。基于原有絕緣子檢測(cè)基礎(chǔ)，根據(jù)檢測(cè)情況反饋控制中樞，經(jīng)過(guò)控制中樞比對(duì)，自主下達(dá)更換程序，完成對(duì)高壓輸電線耐張塔絕緣子帶電更換，在提升帶電更換作業(yè)規(guī)范性和操作效率的同時(shí)，增強(qiáng)了帶電更換作業(yè)安全性。

4 結(jié)語(yǔ)

帶電更換高壓輸電線路耐張塔絕緣子作為實(shí)現(xiàn)供電不間斷維修提升供電穩(wěn)定性的關(guān)鍵，其智能化方向研究不僅能夠有效提升操作的效率與效果，還可以弱化帶電更換作業(yè)中安全隱患。同時(shí)，可以提高電網(wǎng)的安全可靠性，延長(zhǎng)供電和電網(wǎng)運(yùn)維周期，減少企業(yè)的維修成本、縮短停電時(shí)間，保證電網(wǎng)的供電有效性。