中國(guó)南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司超高壓輸電公司柳州局 黎舉實(shí) 韋揚(yáng)志 黎國(guó)根

在電網(wǎng)的建設(shè)和運(yùn)行中，轉(zhuǎn)接頭作為關(guān)鍵組成部分之一，在實(shí)現(xiàn)電力傳輸中的連接和分配功能方面起著重要作用[1]。然而，傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)接頭存在一些問(wèn)題，例如重量大、強(qiáng)度不高、連接方式不夠靈活等。這在某些特定的情況下，特別是在大噸位和高強(qiáng)度的應(yīng)用場(chǎng)景中，會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)接頭的可靠性和穩(wěn)定性不確定。為了解決這些問(wèn)題，本文提出一種新型電網(wǎng)轉(zhuǎn)接頭，即Y 型轉(zhuǎn)接頭，并對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)和應(yīng)用的研究。該Y 型轉(zhuǎn)接頭結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕，但具有較高的強(qiáng)度和承載能力，能夠滿足大噸位和高強(qiáng)度場(chǎng)景的需求。同時(shí)，Y 型轉(zhuǎn)接頭的連接方式靈活多樣，適用于不同類型的電網(wǎng)配置和輸電線路。

1 新型電網(wǎng)大噸位高強(qiáng)度Y 型轉(zhuǎn)接頭的創(chuàng)新背景與必要性

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，電力需求也不斷增長(zhǎng)，尤其是在電網(wǎng)建設(shè)領(lǐng)域。傳統(tǒng)的電網(wǎng)輸電線路檔距大、塔高、山陡，給線路的維護(hù)和檢修工作帶來(lái)了一定困難。當(dāng)前普遍使用的導(dǎo)線連接方式存在一些問(wèn)題，如操作不便、需要多人協(xié)作、作業(yè)效率低下、作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)大等[2]。為了滿足電網(wǎng)建設(shè)和運(yùn)營(yíng)的需求，同時(shí)提高電力系統(tǒng)的安全性和可靠性，研發(fā)一種新型的電網(wǎng)大噸位高強(qiáng)度Y 型轉(zhuǎn)接頭勢(shì)在必行。

1.1 導(dǎo)線連接方式存在不足

調(diào)查發(fā)現(xiàn)，目前電網(wǎng)輸電線路的導(dǎo)線連接方式存在較多問(wèn)題，需要多人協(xié)作進(jìn)行操作。傳統(tǒng)的導(dǎo)線連接方式需要兩人配合才能完成，其中一人在塔架上操作，另一人在地面上進(jìn)行協(xié)助。這種操作方式不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且效率低下，嚴(yán)重制約了線路維護(hù)和檢修工作的進(jìn)行。而且，由于導(dǎo)線不斷晃動(dòng)，操作人員在工作過(guò)程中需要保持平衡，不斷調(diào)整姿勢(shì)，容易疲勞和受傷。因此，研發(fā)一種可以簡(jiǎn)化操作流程、提高作業(yè)效率、減少人力投入的新型導(dǎo)線連接方式勢(shì)在必行。

1.2 傳統(tǒng)導(dǎo)線連接方式存在一定的安全風(fēng)險(xiǎn)

由于作業(yè)人員需要長(zhǎng)時(shí)間在導(dǎo)線上進(jìn)行操作，而且操作過(guò)程中導(dǎo)線不斷晃動(dòng)，存在導(dǎo)線斷裂、導(dǎo)線掉落等安全隱患。一旦工器具或者作業(yè)人員掉落，有可能導(dǎo)致人身傷害和設(shè)備損壞。因此，須引入新的電網(wǎng)大噸位高強(qiáng)度Y 型轉(zhuǎn)接頭解決這個(gè)問(wèn)題，降低事故風(fēng)險(xiǎn)，保障人身和設(shè)備的安全。

1.3 傳統(tǒng)導(dǎo)線連接方式對(duì)操作要求高

實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的導(dǎo)線連接方式結(jié)構(gòu)復(fù)雜，操作人員需要經(jīng)過(guò)專門的培訓(xùn)才能熟練掌握。而新型的電網(wǎng)大噸位高強(qiáng)度Y 型轉(zhuǎn)接頭的研發(fā)，可以使接頭更加簡(jiǎn)單易用，方便快捷。這樣一來(lái)，操作人員無(wú)須進(jìn)行繁雜的培訓(xùn)，更容易掌握操作技巧，提高工作效率。

總的來(lái)說(shuō)，研發(fā)一種新型的電網(wǎng)大噸位高強(qiáng)度Y 型轉(zhuǎn)接頭的必要性，在于解決傳統(tǒng)導(dǎo)線連接方式存在的多人協(xié)作、作業(yè)效率低下、安全風(fēng)險(xiǎn)高等問(wèn)題。通過(guò)引入新的接頭方式，可以簡(jiǎn)化操作流程，提高作業(yè)效率，減少人力投入。同時(shí)，新型接頭的結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單易用，操作人員無(wú)需專門培訓(xùn)就能熟練掌握，降低了操作難度。最重要的是，新型接頭的設(shè)計(jì)使得作業(yè)人員在操作過(guò)程中更加安全，減少了人身傷害和設(shè)備損壞的風(fēng)險(xiǎn)。因此，研發(fā)一種新型的電網(wǎng)大噸位高強(qiáng)度Y 型轉(zhuǎn)接頭具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和廣闊的應(yīng)用前景。

2 新型電網(wǎng)大噸位高強(qiáng)度Y 型轉(zhuǎn)接頭的設(shè)計(jì)分析

Y 型轉(zhuǎn)接頭設(shè)計(jì)分析的關(guān)鍵是考慮夾具系統(tǒng)和旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能。夾具系統(tǒng)負(fù)責(zé)固定和穩(wěn)定轉(zhuǎn)接頭的位置，而旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)接頭以完成連接或斷開(kāi)操作，如圖1所示。

圖1 大噸位高強(qiáng)度Y 型轉(zhuǎn)接頭的設(shè)計(jì)圖

2.1 夾具系統(tǒng)

夾具系統(tǒng)主要起到固定工具和工件的作用，保證工作過(guò)程中的穩(wěn)定性和安全性。夾具系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要考慮以下幾方面：一是夾持力大小。夾具系統(tǒng)應(yīng)具有足夠的夾持力，以保證工具和工件在使用過(guò)程中的穩(wěn)定性。夾具系統(tǒng)的夾持力需要根據(jù)工件的特性和要求來(lái)確定，可以通過(guò)選擇適當(dāng)?shù)膴A具類型和設(shè)計(jì)夾具的結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

二是夾持力均勻性。夾具系統(tǒng)在夾持工件時(shí)，夾持力應(yīng)均勻分布在工件的不同部位，避免出現(xiàn)局部過(guò)載或支撐不足的情況。夾具系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮工件的形狀和尺寸，合理布置夾具的夾持點(diǎn)，以實(shí)現(xiàn)夾持力的均勻分布。

三是工件適配性。夾具系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮工件的形狀和大小，選擇適當(dāng)?shù)膴A具類型和夾具結(jié)構(gòu)，以確保夾具系統(tǒng)能夠適應(yīng)不同尺寸和形狀的工件。可以采用可調(diào)節(jié)或可變形的夾具設(shè)計(jì)，以便在不同工作場(chǎng)景中靈活使用。

四是夾具的易用性。夾具系統(tǒng)應(yīng)設(shè)計(jì)成易于操作和調(diào)整的結(jié)構(gòu)，以方便用戶使用?？梢钥紤]采用切換式夾具或簡(jiǎn)單的手動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，以便用戶在操作過(guò)程中可以快速調(diào)整夾具的位置和夾持力。

五是安全性。夾具系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮安全因素，避免在工作過(guò)程中出現(xiàn)意外情況，如夾具的松動(dòng)、斷裂或工件的脫落等?？梢圆捎秒p重固定或添加安全裝置，以增加夾具系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

2.2 旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)

旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)主要用于轉(zhuǎn)動(dòng)工具，以便將其與工件進(jìn)行連接。旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要考慮以下幾方面：一是轉(zhuǎn)動(dòng)角度范圍。旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)應(yīng)具備足夠的轉(zhuǎn)動(dòng)角度范圍，以適應(yīng)不同工作場(chǎng)景下的連接需求。根據(jù)轉(zhuǎn)接頭的使用要求，確定旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)需要覆蓋的轉(zhuǎn)動(dòng)角度范圍，并選擇合適的傳動(dòng)方式和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

二是轉(zhuǎn)動(dòng)平穩(wěn)性。旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)確保轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程平穩(wěn)且準(zhǔn)確，避免出現(xiàn)抖動(dòng)、卡滯或失控等情況?？梢圆捎煤线m的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)（如齒輪傳動(dòng)、鏈條傳動(dòng)等），并注意傳動(dòng)零件的精確加工和裝配，以保證轉(zhuǎn)動(dòng)的平穩(wěn)性和精度。

三是傳動(dòng)方式選擇。根據(jù)轉(zhuǎn)接頭的特點(diǎn)和使用要求，選擇合適的傳動(dòng)方式。常見(jiàn)的傳動(dòng)方式包括直接驅(qū)動(dòng)、齒輪傳動(dòng)、鏈條傳動(dòng)等。選擇合適的傳動(dòng)方式可以提供穩(wěn)定的轉(zhuǎn)動(dòng)性能，并便于調(diào)節(jié)和控制轉(zhuǎn)動(dòng)速度。

四是操作便利性。旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)便于操作和控制?？梢钥紤]添加手柄、手輪或電動(dòng)裝置，以方便用戶轉(zhuǎn)動(dòng)工具，并提供良好的操作體驗(yàn)。同時(shí)，還應(yīng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔、直觀的控制機(jī)構(gòu)，以便用戶能夠準(zhǔn)確地控制轉(zhuǎn)動(dòng)角度。

五是耐久性和維護(hù)性。旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)需要具備足夠的耐久性和維護(hù)性，以滿足長(zhǎng)時(shí)間和頻繁使用的需求。選擇耐磨、耐腐蝕的材料，并進(jìn)行合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以提高旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的使用壽命，并保證方便的維護(hù)和維修。

總之，旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要考慮轉(zhuǎn)動(dòng)角度范圍、轉(zhuǎn)動(dòng)平穩(wěn)性、傳動(dòng)方式選擇、操作便利性以及耐久性和維護(hù)性。通過(guò)合理選擇傳動(dòng)方式、設(shè)計(jì)穩(wěn)定的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)和操作機(jī)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)工具的平穩(wěn)轉(zhuǎn)動(dòng)，滿足不同工作場(chǎng)景下的連接需求，提高工作效率和可靠性。

2.3 接頭系統(tǒng)

接頭系統(tǒng)是工具的關(guān)鍵部分，Y 型設(shè)計(jì)的接頭系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要考慮以下幾個(gè)方面：一是接頭形狀和尺寸。接頭的形狀和尺寸應(yīng)與所連接的工件相匹配，以確保良好的連接效果。設(shè)計(jì)Y 型接頭可以提高工作效率和人員工作強(qiáng)度，耳片長(zhǎng)度的增加可以滿足連接板上各孔距要求，提高工作的靈活性和適用性。

二是材料的選擇。接頭的材料選擇直接影響到其強(qiáng)度、耐用性和耐腐蝕性。選擇40Cr 等高強(qiáng)度材質(zhì)可以提高接頭的強(qiáng)度和耐久性，確保在工作過(guò)程中不會(huì)變形或損壞。另外，根據(jù)工作環(huán)境可能存在的腐蝕性物質(zhì)，還需要在材料選擇上考慮防腐蝕性能。

三是連接方式。接頭系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要確定適當(dāng)?shù)倪B接方式，以確保接頭能夠牢固地連接到工件上?？梢钥紤]螺紋連接、卡口連接等方式，以便在工作過(guò)程中方便進(jìn)行連接和斷開(kāi)操作。

四是結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。接頭系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)保證足夠的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，能夠承受工作過(guò)程中的力和負(fù)荷，確保連接的穩(wěn)定性和可靠性。在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)進(jìn)行強(qiáng)度分析和結(jié)構(gòu)優(yōu)化，以提高接頭的承載能力和耐久性。

五是表面處理。為了提高接頭的耐腐蝕性和表面光滑度，可以進(jìn)行適當(dāng)?shù)谋砻嫣幚?，如鍍層、噴涂等方法，以保護(hù)接頭的表面，延長(zhǎng)使用壽命?？傊?，通過(guò)合理的設(shè)計(jì)和優(yōu)化，可以實(shí)現(xiàn)接頭系統(tǒng)的穩(wěn)定連接和可靠性，提高工作效率和工作質(zhì)量。

2.4 卸扣系統(tǒng)

卸扣系統(tǒng)用于將已連接的工件與工具分離，其設(shè)計(jì)需要考慮卸扣的便捷性和穩(wěn)定性。卸扣系統(tǒng)可以采用快速拆卸結(jié)構(gòu)，如螺旋擰緊螺母、快速釋放按鈕等，以簡(jiǎn)化卸扣過(guò)程，并確保分離時(shí)不會(huì)出現(xiàn)松動(dòng)或錯(cuò)位的情況。

2.5 工具重量

整套工具重量應(yīng)控制在＜0.72kg 以方便攜帶和使用?？梢酝ㄟ^(guò)合理的材料選擇和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以及采用輕量化的零部件和組件來(lái)減輕工具的重量。

3 新型電網(wǎng)大噸位高強(qiáng)度Y 型轉(zhuǎn)接頭的應(yīng)用效果

目前，輸500kV 及以上輸電線路工業(yè)快速發(fā)展用電量日益增大，用電安全性、可靠性逐步提高，對(duì)主網(wǎng)架供電可靠率日益嚴(yán)格，帶電消缺、金具檢查已成為電力企業(yè)測(cè)試、檢修的重要手段、輸電線路帶電作業(yè)消缺逐年增多、使用這一種大噸位高強(qiáng)度Y 型轉(zhuǎn)接頭效果顯著，實(shí)物如圖2所示。

圖2 實(shí)物圖

新型電網(wǎng)大噸位高強(qiáng)度Y 型轉(zhuǎn)接頭的應(yīng)用效果包括以下幾方面。

3.1 適應(yīng)性強(qiáng)

該Y 型轉(zhuǎn)接頭設(shè)計(jì)可適應(yīng)不同線路塔型的施工孔，具有較大的應(yīng)用范圍。無(wú)論是當(dāng)前已有的輸電線路，還是未來(lái)新建的線路，都可以方便地采用該轉(zhuǎn)接頭進(jìn)行連接，避免了因線路塔型不同而需要更換不同規(guī)格轉(zhuǎn)接頭的問(wèn)題。

3.2 作業(yè)效率提高

使用該轉(zhuǎn)接頭，可以節(jié)約塔上作業(yè)人員至少1人，塔下作業(yè)人員及搬運(yùn)工2人。同時(shí)，使用Y 型設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)接頭，無(wú)須在連接板上進(jìn)行額外的孔距加工或調(diào)整，減少了作業(yè)人員的工作強(qiáng)度，提高了工作效率。

3.3 成本節(jié)省

根據(jù)計(jì)算，僅作業(yè)人員就可以節(jié)約大約13.6萬(wàn)元。此外，以具體輸電線路為例，使用該轉(zhuǎn)接頭可以減少輸送功率不匹配帶來(lái)的多送電量，根據(jù)計(jì)算，可累計(jì)新增利潤(rùn)高達(dá)36萬(wàn)元。因此，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，應(yīng)用該轉(zhuǎn)接頭可帶來(lái)可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

3.4 安全和可靠性

采用高強(qiáng)度的40Cr 材質(zhì)制成的轉(zhuǎn)接頭，可以保證其耐久性和可靠性，避免在使用過(guò)程中出現(xiàn)變形或損壞的情況。這對(duì)于電網(wǎng)的安全性和可靠性至關(guān)重要。

綜上所述，新型電網(wǎng)大噸位高強(qiáng)度Y 型轉(zhuǎn)接頭的應(yīng)用效果十分顯著。其不僅能夠適應(yīng)不同線路塔型，提高作業(yè)效率和安全性，而且可以節(jié)約成本和提高電網(wǎng)的可靠性。在電力企業(yè)的測(cè)試、檢修和帶電作業(yè)消缺中，應(yīng)用該轉(zhuǎn)接頭可以帶來(lái)明顯的經(jīng)濟(jì)效益和工作效率的提升。