V型绝缘子串（精选4篇）
V型绝缘子串 篇1
一、前言
近年来, 台风频繁袭击我国东南沿海, 其超强的风力对电网及电力设备造成了巨大的损失。输电线路系统是一种风敏感的电力结构系统, 因此在输电线路工程进行杆塔头部的绝缘配合设计时, 需要考虑的一个重要影响因素就是导线悬垂绝缘子串的风偏角。我国东南沿海地势大部分属于丘陵或山地、山区及丘陵地带, 由于地势起伏, 导线悬挂点高差较大, 档距也较大, 悬垂绝缘子串的风偏摇摆角不够的情况经常发生, 因此一旦有强台风的作用, 输电线路很容易发生风偏闪络的事故。针对此种情况, 笔者主要探讨运用V型绝缘子串取代一般悬垂绝缘子串后, 对解决在强台风作用下产生风偏闪络事故问题的综合作用。
二、台风对悬垂绝缘子线路的影响
在引发电力系统的自然灾害中, 风灾是最为严重的一种。有统计表明, 沿海地区电力供给中所有故障的70%都是由架空输电线路遭受大风灾害的故障产生的。
在沿海地区, 台风登陆的情况是常有的事情, 在台风的强风力作用下, 架空输电线路极容易发生输电杆塔的倒塌事故, 台风的旋转风和上抽虹吸效应会使导地线发生极不规则的舞动, 而舞动是一种发散型的振动, 振幅很大。研究发现, 仅舞动所造成的事故 (包括线间短路和接地短路) 就包括电弧烧伤、断股、断线、杆塔损坏、倒塔、防振锤或间隔棒损坏等。台风所带来的大风会剧烈摇撼输电线路杆塔的避雷器引线, 使避雷器密封圈变形进水, 台风过后的湿热天气又会使避雷器内部进水蒸发, 导致内部阀片受潮发生击穿爆炸事故。有时随台风而来的还有强雷暴, 强雷暴则会使高压架空输电线路发生雷击跳闸事故。
除此之外台风对架空输电线路带来最容易也是最直接的危害影响就是风偏闪络。导线悬垂绝缘子串的风偏角是由于风荷载作用在绝缘子串和导线上而引起的悬垂绝缘子串偏移的角度。悬垂绝缘子串偏移的角度易引起导线风偏上拔。由于导线风荷载, 悬垂绝缘子串产生偏斜, 直线杆塔两侧的档距愈大, 悬垂绝缘子串偏斜也就愈严重。不仅如此, 在台风来临时, 台风强大的风力使电场不均匀程度增大;而由高电压理论可知, 不均匀电场的放电电压低于均匀电场。因此, 降低了导线对塔体的放电电压。在工程设计中若考虑不周, 极其容易引起闪络接地故障。
目前我国大部分输电线路直线杆塔悬挂导线一般采用的是悬垂绝缘子串, 少部分中相及上相采用V型绝缘子串, 我国绝缘子串型布置的这一个基本特征直接导致了架空线路悬垂绝缘子串应对强台风时防风偏能力的缺陷。
三、台风的特性
台风是地球上破坏性最大的几种气象灾害之一。我国也是世界上遭受台风危害最严重的国家之一。我国东南沿海是台风活动猖獗的主要地区, 台风移近或登陆我国时, 常给国民经济建设造成重大损失, 输电线路这种风敏感的电力系统也会遭受重创。因此, 对台风的清晰明确的认识有助于我们针对其特点改进输电线路防风措施。
根据世界气象组织的规定, 按近中心最大风速将热带气旋分为以下四级:
(1) 热带低压:近中心最大风速10.8~17.lm/s, 即风力6~7级。
(2) 热带风暴:近中心最大风速17.2~24.4m/s, 即风力8~9级。
(3) 强热带风暴:近中心最大风速24.5~32.6m/s, 即风力10~11级。
(4) 台风:近中心最大风速大于等于32.7m/s, 即风力在12级以上。
在我国习惯上通常把中心风力在8级以上的热带气旋统称为台风。台风通常都会带有强大的风暴和降雨。西北太平洋地区是全球台风发生次数最多、势力最强的一个海区, 在这个地区发生的台风约占全世界台风总数的1/3。由于台风的结构及其所处的环境流场决定了西北太平洋台风具有向西北方向移动的特性, 因此位于太平洋西岸的我国极易遭受台风的袭击。其超强的风力对我国东南沿海的输电线路系统危害巨大, 特别是架空输电线路中直线塔的悬垂绝缘子串, 就算是在台风风力较小的风暴气旋边缘也会极容易发生风偏闪络事故。因此, 探索找出一种能有效防风偏的措施对于保障线路的安全运行十分必要。
四、V型绝缘子串的特性及其对抵抗台风的优势
针对台风的特性, 笔者在此主要提出了以V型绝缘子串取代悬垂串的线路防风抗风措施。
V型绝缘子串是绝缘子串的一种特殊的组装形式, 其形式在目前的线路施工应用中大致分为四种: (1) 两悬挂点等高且V串长度相等; (2) 两悬挂点等高且V串长度不相等; (3) 两悬挂点不等高且V串长度相等; (4) 两悬挂点不等高且V串长度不相等。实际中第四种方式已涵盖了前三种方式, 其对应的图示如下:
实际设计和施工中还必须要解决的V串的组装问题是其V型夹角的角度很难准确地选定, 但是不难看出V型绝缘子串的这种与横担之间的整体式三角结构使绝缘子的风偏很好地得以抑制, 对于台风的强风抵抗作用较悬垂绝缘子串是相当的明显。即使发生断串的事故, V型串也能有效地抑制事故的进一步扩大。
除此之外, 台风的强风导致的电场不均匀程度增大, 而降低了导线对塔体的放电电压。采用V型串能改善绝缘子附近的电场分布, 提高绝缘子串的闪络电压, 使问题得以缓解。其次, 对于台风的强降水, V型绝缘子串也有其明显的优势: (1) 该串型本身自清洗效果好, 绝缘子表面上积污量少, 对于线路的运行维护也相对较好; (2) 在强台风带来较大的降水时该型串上难以形成贯通性水帘。以上只是V型串对抵抗台风的直接作用。
因为使用V型绝缘子串, 除了最大程度地限制摇摆角外, 它还能够减小塔头尺寸和减小线路走廊的宽度, 利于建设紧凑型线路。塔头尺寸的缩减会减小输电杆塔的挡风截面积, 对于输电杆塔本身的综合抗风能力有所提高。
其经济效益也是相当的明显, 仅以某一500KV直线悬垂塔 (酒杯型或猫头型) 中相采用V型绝缘子串为例, 中相采用V型绝缘子串的悬垂塔横担可减少3m左右, 每基杆塔可节省钢材大约500kg左右, 相比于中相增加的一单串绝缘子串, 两者比较节省的经济投入还是相当可观的。有数据表明, 由于某紧凑型线路采用V型绝缘子串和6分裂导线, 扣除绝缘子增加约1倍, 金具、架线等费用略高的因素, 总的紧凑型线路的工程本体造价约可降低10%左右。
五、V型串目前的使用及所存在的问题
目前我国除了在紧凑型线路上较多地使用V型串之外, 其他地方的应用还是比较少的。因为在实际工程中, V型绝缘子串属于大位移、非刚性、非柔性的受力体, 所以在使用中, 其受力很复杂, 特别是V型绝缘子串的夹角很难准确地计算出来, 设计得不好会导致绝缘子串受压使之松弛或者脱落, 或因复合绝缘子芯棒疲劳弯曲而导致外护套和端部金具与芯棒联结处的损坏, 甚至掉串。
在运行中, 相比于悬垂绝缘子串, V型串的检修更换要复杂一些, 需要我们在以后的运行维护实践中摸索出更好的检修方法。很多使用V型串的地方在其悬挂点采用的是挂线板与直角挂板联接的方式, 导致V型串只能在挂线板的平面运动, 使其活动受限且导致连接处镀锌层容易被破坏, 磨损加大。
而近期以来, 工程人员在应用中发现V串在运行中也有一定小程度的摇摆角存在。这就为我们提出了新的问题, 对于V性绝缘子串应用的进一步研究有待加强。
六、结论
目前在我国V型绝缘子串的使用越来越多, 其不仅会对建设紧凑型架空输电线路发挥其优势, 对于某些地区, 特别是沿海台风频发省区, V型绝缘子串也会发挥其地域性的抵抗台风的优势。
但是对于V型绝缘子串的使用, 摆在我们面前需要进一步去探索研究的问题还很多, 希望在不久的将来, 我们能使之对我们国家的输电系统发挥更大的作用。
参考文献
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V型绝缘子串 篇2
1 等电位带电作业原理
等电位带电作业法可以表达为：接地体→绝缘体→人体和带电体，即人体通过绝缘体与接地体绝缘起来以后，人体就能直接接触带电体进行工作，原理就是人体与带电体处于同一电位，即二者在电位相等的情况下进行作业[1]。
绝缘工具有限制流经人体电流作用;同时人体在绝缘装置上还需对接地体保持一定的安全距离;由于带电体及周围的空间电场强度十分强烈，因此等电位作业人员必须穿屏蔽服，戴屏蔽帽和屏蔽手套，保证流经人体的电流不超过人体的感知水平1 mA(绝缘泄露电流)，人体体表电场强度不超过人体感知水平2.4 kV/cm，以及人员在作业中的安全和舒适。
在带电更换500 kV直线V型绝缘子串的过程中，人体经绝缘梯进入等电位进入电场进行摘除联结螺栓的作业。人在绝缘装置上接触带电体，其等值电路如图1所示。相关技术参数如下。
(1)绝缘装置的泄漏电流。等电位作业时用的绝缘装置一般要比地电位作业时用的绝缘工具长的多(软梯、硬梯、手梯、吊线杆等)，最小也不会低于地电位作业时所使用的工具的长度。因此，等电位作业时所用绝缘工具的电阻，Rm相对要大一些，流过绝缘工具的泄漏电流要比地电位作业时要小一些。
(2)通过等值电容Cr的电流：等电位作业时，与地电位比较，Cr要比地电位时大(Cr>C1)容抗XCr=(XCr=1/2πf Cr)相对要小一些，电流ICr(ICr=UΦ/XCr)相对要大一些，但不会达到mA级，为数百μA。
(3)流过等电位作业的人体的电流。从等值电路可看出，屏蔽服电阻与人体电阻构成并联电路，Rp相对较小(Rp<10Ω，人体电阻较大，约为1 000Ω。因此，数百μA的电流几乎全通过屏蔽服流过，分流比为Φ=10/1 000=1/100，可见，流过人体的电流是很小的。屏蔽服起到分流作用。要求Rp越小越好，Rp是屏蔽服主要指标，同时人体电阻和屏蔽服电阻并联与绝缘工具电阻Rm和人体对地容抗并联要小的多，所以对等值电路中的总电流Ir+Ic几乎无影响。
2 设计思路
导线参数：4×LGJ-630/45钢芯铝绞线，为正方形布置，分裂间距450 mm;设计最大风速30 m/s，设计覆冰厚度10 mm;220/500 kV四回路直线塔上横担上为I型悬垂串;四回路直线塔中横担上为V型悬垂串水平档距450 m，垂直档距450 m。
导线使用垂直荷载计算：
式中：Q为导线单位长度用线的质量，kg/km;Lv为垂直档距，km;n为每柱导线的根数;Gj为绝缘子、金具及间隔棒重量，kg。
取Q=2 497 kg/km,Lv=0.45 km,n=4,Gj=2×372.29 kg,代入式(1)得:
双绝缘吊杆破坏荷载：
式中：Kp为不平衡系数;k为安全系数。
取Kp=1.4,k=3.0，代入式(2)得：
双绝缘吊杆出厂试验荷载：
式中：Kc为出厂试验系数。
取Kc=2.5，代入式(3)得：
设计绝缘拉杆(双吊点)及托瓶架，并设计专用卡具，V型绝缘子串在托瓶架的支撑下成为整体，从而使其上、下挂点得以顺利摘脱。在这个方案的基础上，解决两端卡具的问题是关键难点，施工整体布置如图2所示。
3 施工组织
在带电更换500 kV直线V型绝缘子串过程中，共需人员约15人，其中塔上人员4人。人员具体的分工如下：工作负责人1名;塔上专责监护人至少1名;地电位电工2名，操作卡具起吊导线使瓷瓶串松弛、摘除横担挂点处的螺丝;等电位电工1名，进入电场拔除瓷瓶串下端的销子，使瓷瓶串与导线分离;地面作业人员8～10人，负责提升绝缘子串，传递工具、材料等。
4 工器具准备（按图2顺序）
需要准备的工器具按表1列出。
5 作业危险点分析与预控
(1)作业过程中，塔上电工及等电位作业人员应(必须)在衣服外面穿合格的全套屏蔽服(包括帽、衣裤、手套、袜和鞋)，且各部分应连接良好。屏蔽服内还应穿着(套)阻燃内衣[2]。
(2)每次作业前计算和现场复测、校核安全距离和组合间隙是否符合带电作业的要求。
(3)安全带应高挂低用系在杆塔或牢固的构件上，扣牢扣环。
(4)等电位作业人员在电位转移前，应得到工作负责人的许可，工作负责人必须加强监护，检查等电位作业人员对地和邻相距离，在确认无异常情况后，方可命令杆上、杆下人员相互配合，使等电位作业安全顺利地进行。转移电位时，人体裸露部分与带电体的距离不应小于0.4 m。保证在额定电压下不会对人体裸露部分放电而造成意外。等电位作业人员在电位转移前要系好安全带;导线下方不准有人逗留，地面工作人员应在线路外侧。
(5)杆塔上材料工具必须用绝缘无极绳索传递且绑牢。
(6)线夹处球头、销子、弹簧销及销子针必须连接好，检查无误，方可拆除工具。
6 作业过程
在作业开始前，作业人员应首先对V型串中的绝缘子进行测零和组合间隙的计算。在组合间隙的计算中，应使作业的组合间隙满足4.0 m的要求。随后固定折叠梯，等电位电工沿折叠梯进入强电场，地面人员开始起吊托瓶架。在托瓶架到达预定位置后，等电位电工将托瓶架固定在V型串的两串绝缘子上。地面人员通过绝缘绳使托瓶架托住两串绝缘子。
接着地电位电工安装卡具，并将其与起吊工具(丝杆、绝缘拉杆、四线器)连接在一起，并用丝杆紧线，使绝缘子串松弛。等电位电工摘除绝缘子串下端的螺丝，使绝缘子串脱离导线。地面人员松与托瓶架相连的绳子，绝缘子串由倾斜状态变成竖直状态。地电位电工用传递绳系住绝缘子串，地面人员通过机动绞磨提升瓷瓶串，直到绝缘子串与横担连结处松弛。接着地电位电工摘螺丝，使绝缘子串与横担脱离。随后，松下绝缘子串并换上新绝缘子串。
作业人员按照以上的作业步骤完成另一绝缘子串的更换，即完成了V型串的更换过程。
2007年4月，按上述方法徐州供电公司在500220 kV徐连同塔四回路铁塔上进行带电更换“V”型绝缘子串的模拟演练获得成功，中国电力新闻网和江苏主要媒体作了宣传报道。
通过现场模拟操作检验证明，带电更换500 kV“V”型绝缘子串技术已成熟，并在国内同行业中处于领先水平。可在今后的线路维护工作中，将需要大量停电作业的时间转换为了带电作业时间，大大提高了输电线路运行可靠性。
自2006年6月起，徐州供电公司组织成立了课题组着手对四回线运行维护技术进行研究，并专程赴国内著名带电作业工具厂进行咨询调研。经过课题组1年的不懈努力攻关和反复试验论证，解决了专用托瓶架起吊瓷瓶串、起吊卡具的技术改进，直线双吊卡转移V型绝缘子串受力，工作人员进入电场等关键性技术难题，作业方案经过实施优化后更加安全快捷。
参考文献
[1]郝旭东,纪建民,智润仓.带电更换500 kV直线转角塔绝缘子串通用工具的研制[J].电网与带电作业,2007,(2).
V型绝缘子串 篇3
在云南西部山区, 输电线路主要分布在大山的边缘, 为了合理的利用狭窄的线路走廊, 经常会使用到“V”串绝缘子, “V”串绝缘子可以最大限度地限制绝缘子串摇摆角, 同时减少塔头尺寸和线路走廊的宽度。从而大大的降低了建设、运行及检修的成本, 大理供电局新投运的220kV大苏Ⅰ、Ⅱ回线中, 使用“V”串绝缘子的铁塔共38基, 占所有直线塔的16.8%。
“V”串绝缘子应用于110kV～500kV的输电线路中, 通过组合承力工具直接转移“V”串绝缘子两端的张力, 首先等电位工与地面电工配合, 解脱 (恢复) 导线侧绝缘子, 然后塔上电工解脱 (恢复) 横担侧绝缘子。从而使绝缘子整串落地。成功更换“V”绝缘子。
220kV “V”串绝缘子一般应用于直线猫头塔 (ZMF243、ZMF244、ZMF245) 的中相, 对于上述塔型的带电检修, 考虑到中相电气空间狭窄, 很难保证等电位作业的安全距离, 一般不采用500kV“V”串绝缘子的方法。
2 方案的研究
2.1 作业方案的确定
2.1.1 带电作业的安全距离
220kV “V”串绝缘子一般应用于ZMF243、ZMF244、ZMF245的中相, 如图1为220 kV 双分裂导线ZMF243中相的安全距离, 金具离塔头的最小距离为2.23m, 满足线路正常运行的1.9m安全距离。同时满足人体与带电体最小1.8m安全距离, 可以采用带电作业。
2.1.2 方案甲
等电位作业法更换220kV“V”串绝缘子。方案甲的安全距离:
等电位作业法的作业方式可以表达为:
接地体——绝缘体——人体和带电体
即人体通过绝缘体与接地体绝缘起来, 人体就可直接接触带电体进行工作。对于此次等电位作业, 绝缘体为空气间隙, 以等电位工身高为1.7m进行分析:
1) 采用悬挂软梯距离绝缘子串6m外处进入导线, 沿导线滑动软梯靠近绝缘子, 由于软梯头金属部他高度为1.3m, 大于向下的安全距离1.15m (见图2) , 所以不符合安全距离的要求。
2) 采用悬挂软梯距离绝缘子串6m外处进入导线, 等电工采用跨在下面一根导线上依靠两支手支撑, 慢慢的靠近绝缘子, 当人体进入导线时间, 等电位工坐在的下导线到头顶的距离大约在1.20m左右, 与向上的安全距离1.19m (图2所示) 相当, 等电位工在此工作时, 动作受到限制, 同时徒手移动浪费体力, 这种方法也不符合作业要求。
2.1.3 方案乙
地电位作业法更换220kV“V”串绝缘子。方案乙的安全距离:
地电位作业法的作业方式可以表达为:
人体和接地体——绝缘体——带电体
即人体通过绝缘体与带电体绝缘起来, 人体与接地体基本处于同一电位, 人体通过绝缘工具与带电体接触, 此时绝缘工具的最小有效绝缘长度必须满足2.1m, 同时人体与与带电体最小安全距离满足1.8m, ZMF243塔头绝缘杆有效长度及人体与带电体能满足1.8m安全距离能够满足要求。见图1。
以上分析得出:方案乙是最佳选择。
2.2 方案乙分析
220kV “V”串绝缘子片数为15片, 都采用瓶高为155mm的玻璃绝缘子, 组合后绝缘串总长为2325mm。采用方案乙更换20kV“V”串绝缘子过程中, 首先将绝缘子串的张力转移, 采用垂直起吊方式将绝缘子串的张力转移到组合承力工具上, 图3二分裂吊线勾的组装工具, 从左至右公别为吊线勾、绝缘拉板、丝杆和角钢卡具, 收紧丝杆, 实现绝缘子串所承受张力的转移。另外考虑张力转移后, 绝缘子和导线金具在重力作用下, 绝缘子与连接碗头的金具的空隙会变小, 需要V型联板卡具向上斜拉, 便于地电位电工方便解脱和恢复。见图4。
2.3 作业流程
按照工具组装示意图组装好工具, 固定铁塔和导线受力部位, 作业人员先收收紧连接两侧角钢卡具的丝杆, 然后同时收紧角钢卡具的丝杆, 使绝缘子串承受的拉力转移到两侧承力工具上;当绝缘子串松弛收紧后, 再收紧V型联板卡具的丝杆, 当绝缘子与连接碗头的金具的空隙不能再增加时, 地电位电工用操作杆取出绝缘子的碗头的弹簧销 (或M销) , 解脱最后一片绝缘子的碗头。最后将绝缘子串用绝缘绳放到地面, 换上新的绝缘子串 (与以上步骤相反) 。
3 作业荷载的确定
3.1 垂直荷载的计算
通过对220kV输电线路所使用的塔型、绝缘子串结构、导线型号和组合方式、线路档距等调查, 以220kV大苏Ⅰ回线18#塔中相“V”串绝缘子为例进行受力计算, 作为联板卡具设计的依据。
3.1.1 基本数据
1) 导线型号:2×LGJ-400/50, 计算截面:A=2×451.55mm2,
计算重量:q=2×1511kg/km。
2) 导线自重比载g1=33.463×10-3MPa/m;
3) 垂直档距Lz=1051m (220kV双分裂线路最大垂直档距) ;
导线重量:Gd=g1·A·Lch
=33.463×10-3×2×451.55×1080=31761.68N
防振锤重量:Gf=2× (2+3) ×7.2×10=720N
绝缘子及金具重量:Gj=1000N
总重量:GZ=Gd+Gf+Gj0=33481.68N
由以上的计算可知, 垂直荷载 (拉力) 取为35000N, 可作为承力工具选用和卡具设计的依据。
3.1.2 工具受力分析
带电更换220kV双分裂导线线路V型串绝缘子, 采用垂直起吊方式将绝缘子串的张力转移到组合承力工具上, 承力工具所受力为垂直荷载Gz=35000N。
4 作业工具的选用
带电更换220kV双分裂导线线路V型串绝缘子, 所采用的承力工具 (二分裂吊线勾组见图3) 和辅助固定工具 (V型联板卡具的组装见图4)
承力工具 (二分裂吊线勾的组装见图3) 分别为:双头丝杆、角钢卡具、紧线丝杆、绝缘拉拉板、双分裂吊线勾、其它零件;
辅助固定工具 (V型联板卡具组见图4) 分别为:角钢卡具、紧线丝杆、绝缘拉板、V型联板卡具、其它零件;
4.1 工具结构设计
4.1.1 V型联板卡具组的结构与设计
220kV双分裂导线线路V型串绝缘子采用新型的LV-2115A联板, 将两侧绝缘子碗头连结, 带电工具房没有现成的工具来固定LV-2115A联板。此次带电作业重新对现有工具进行设计与改进。图4为改进后的V型联板卡具。
应优先选用轻合金材料, 所以选用高强超硬铝合金LC4制作, 经淬火后人工时效热处理。
查《金属材料及其热处理》LC4 (CS) 铝合金的δ=12%, 视为塑性材料。塑性材料取屈服强度σs为极限应力计算许用应力, 即由下式计算许用应力[σ]。
[σ]= σs/nc ( 式1)
[σ] ——材料许用应力。 (N/mm2)
σs——材料屈服强度。 (N/mm2)
ns——塑性材料安全系数, 一般取ns=1.5～2.2。
经查《金属材料及其热处理》LC4经淬火后人工时效热处理取
σs=550 (N/mm2) , 取ns=2, 代入式1计算得LC5经淬火后人工时效热处理许用应力:
[σ]= 550÷2=275 (N/mm2)
则[σw]=1.0[σ]=275 (N/mm2)
[τq]=0.8[σ]= 220 (N/mm2)
通过分析计算, 该联板在既定的作业方案下, 其最大工作负荷达118.9kN (约11.8吨) 。在工艺组装要求和分析联板结构的基础上进行结构设计, 选择结构尺寸, 绘制草图见图5。试制了相应的模型, 并在模拟操作中加以应用, 针对模拟操作中存在的问题进行了相应的改进。最后定型加工为适用的V型联板卡具, 图6为V型联板卡具准确地与V型联板固定。
V型联板卡具在此次带电作业中主要起辅助固定的作用, 受力小, 工具的校验省略。
4.2 作业工具的校核
4.2.1 角钢卡具的校核
带电更换220kV双分裂导线线路V型串绝缘子, 以角钢卡具受力分析见图7, F1为紧线丝杆的拉力为, F2铁塔对卡具的支持力, F3双头卡具的拉力 (起平衡角钢卡具作用) ;
F1=F2=KcKfG2
实际工作采用两边同时起吊, 考虑到荷载分配系数Kf=0.6和冲击系数Kc=1.1
F1=1.1×0.6×35000=23100 (N)
角钢卡具由质量轻, 性能优良的LC4 (CS) 铝合金 (δ=12%) 做成, 极限强度为:
[σ]= 550÷2=275 (N/mm2)
则[σw]=1.0[σ]= 275 (N/mm2)
[τq]=0.8[σ]= 220 (N/mm2)
构建对应a, b, c, d段的弯矩图和剪力图见图8;
1) 对a段, 全段剪力相等且和截面积不变, 故最大弯矩截面即为最危险截面, 即A点为最危险点。
MA=F1a=2.31×104×31.32=723.5Nm
A点截面对中性轴的惯性矩。
undefined为截面宽, h为高)
undefined
undefined
满足σmax<[σ]故A点满足正应力强度要求。
A处截面切应力强度校核。
对于矩形截面最大切应力出现在截面水平对称轴处, 且有
undefined为截面剪力, A为截面面积)
undefined
[τq]为许用切应力由图知A点即为整个构件在a, b, c, 段的最小截面积, 又各处剪力相等, 故构件a段各处截面均满足切应力强度要求。
2) b段强度校核
B段任意点弯矩
Mχ=2.31×104x×10-3NM (31.32mm≤x≤105.62mm
任意点的横截面积
Sx=50.62+ (x-31.32) tanα×61.6
undefined
B段任一截面惯性矩
undefined
任一截面最大正应力;
undefined
求函数σmax在31.32mm≤χ≤105.62mm时的最大值。
undefined
当且仅当undefined即x=45.22mm时取最小值, 此时σmax取最大值。将x=45.22mm代入原式
undefinedMPa。
所以b段最危险点满足正应力强度要求, 故b段各点都满足要求。
3) c段强度校核。
由构件平衡得
F3-F4=0
F3=F4
对整个构件对o点力矩平衡Mo=0。
F3·55+F422.5-F1×120=0。
得F3=F4=1.55F1=3.58吨。
C处截面弯矩Mc=F4×50×10-3-F1×120×10-3=-982NM (顺时针) 。
C处弯矩为顺时针, 故c处截面上部受拉, 下部受压, 而开槽部位为下半部, 且工作时槽中有角钢承受压力, 故可部考虑开槽对正应力的影响。
C处截面对应中性轴的惯性矩undefined
弯曲截面系数undefined。
undefinedMPa。
校核c点切应力, c点开槽处不能承受切应力, 故c处切应力按开槽后截面积计算。
undefinedMPa。
故c处截面满足切应力强度要求。
4) d 段在c点为弯矩最大点且全段可看成是不变截面, 故c处截面为d段最危险截面, 经校核已满足强度要求。
以上各段危险截面均满足强度要求, 故角钢卡具满足强度要求。
4.2.2 绝缘拉板强度核
绝缘拉板拉力见图7F1:
F1=KcKfGz=23100 (N)
实际工作采用两边同时起吊, 考虑到荷载分配系数Kf=0.6和冲击系数Kc=1.1
查询相关书籍得知:绝缘拉板 (环氧酚醛玻璃布) 极限应力:
σj=180N/mm2
绝缘拉板的最小受力截面积为Smin= (51-14) 12=444mm2
绝缘拉板承受的最大应力为:
undefined
Fmax>F1=23100N大于此次带电作的绝缘拉板位力, 符合此次带电作业的要求
4.2.3 其它标准成形承力工具的选用
1) 二分裂吊线勾:
吊线勾最大受力为F1, 计算最大为23100N, 取整值为25kN, 选用工作承力为4kN成形产品。
2) 双头丝杆:
双头丝杆受力为F3, 计算最大为38500N, 取整值为40kN, 选用额定工作承力不小于5kN成形产品。
3) 紧线丝杆:
根据受力分析和计算, 丝杆受力为F1, 计算值最大为23100N, 取整为25kN, 选用额定工作承力不小于4kN的成形产品。
4) 绝缘绳索:
绝缘绳索主要用于绝缘子串的起吊, 绝缘子串总重为186.6kg, 可选用额定荷载为10kN的定型产品。
5 结论
用上述方法带电更换220kV大苏Ⅰ回18塔中相V串绝缘子, 此次带电作业的方法和带电作业工具, 适应于220kV直线猫头 (ZMF243、ZMF244、ZMF245) 中相“V”串绝缘子, 为今后带电更换“V”串绝缘子打下了基础。从而保障了线路电力供应。减少由于停电更换带来的经济省失。
摘要：从带电作业电气安全距离和工具强度校核进行分析, 研究怎样保障作业人员的人身安全和设备安全的方法。
关键词：带电作业,输电线路,V型绝缘子串
参考文献
[1]DL409—91.电业安全工作规程 (电力线路部分) [S].
[2]DL/T5092-1999.110-500kV架空送电线路设计技术规程[S].
[3]GB/T 18037-2000.带电作业工具基本技术要求与设计导则[S].
[4]陈家斌.电力架空线中运行维护与带作业[M].中国水利水电出版社.
V型绝缘子串 篇4
福建省地处东南沿海, 常年受台风、雷雨的影响, 输电线路受风偏影响严重。同时在输电线路设计时为了降低铁塔钢材指标、降低造价、减少中相风偏, 在500k V输电线路中大量使用了“V”形绝缘子串结构。近年来为了降低防雷保护角, 500k V输电线路边相也大量采用了“V”形绝缘子串结构。由于“V”形绝缘子串有一定的角度, 当提升导线时, 绝缘子串受自身重力影响使整串绝缘子形成弓形而无法脱离上、下挂点, 这给对“V”形绝缘子串进行带电检修维护作业带来了一定的困难。特别福建省大量采用的直线小酒杯塔 (ZB5A、ZB6A、ZB7A、ZB8A、ZB9A) , 中相塔窗小, 开展带电作业安全裕度小, 为了彻底解决这一问题, 福建省第二电力建设公司成功研制出了带电更换500k V直线小酒杯塔中相“V”形绝缘子串的方法及工具。
2 难点分析及实施工艺
500k V直线小酒杯塔与常规直线塔比较主要在于塔窗小, 安全裕度小, 同时中相“V”形绝缘子串受自重影响子形成弓形而无法脱离上、下挂点。
2.1 塔窗小, 安全距离受限
500k V直线小酒杯塔的中相塔窗均很小, 从ZB5A~ZB9A塔型的中相导线与塔窗各部件的安全距离在3.8~4.2m左右, 人员若采用常规摆入法或吊篮法等直接进入等电位, 受到带电组合间隙4m要求的限制, 无法实现。必须从其他位置进入等电位, 利用在导线上悬挂软梯头架往外移, 外移保障4m的安全距离以上后人员由塔身顺着软梯上爬进入等电位的方式。
按照《电业安全工作规程》要求500k V带电等电位人员与接地体 (塔身各部件) 的最小安全距离不得小于3.2m, 但直线小酒杯塔最小塔窗距离仅3.8m, 距离《电业安全工作规程》规定的带电安全距离3.2m仅0.6m的安全裕度。关键问题主要在实施过程中如何控制和把关等电位人员操作时的动作幅度, 确保安全距离。通过规范动作, 规范作业流程, 保障操作时等电位人员在单侧能够完成全部操作, 同时设计采用绝缘限位网控制人员向上的动作幅度。
2.2“V”形绝缘子串自重转移困难
500k V输电线路因采用的绝缘子均是吨位较高重量较重的绝缘子, 整串一般有28~30片绝缘子, 自重一般达到200多公斤。因带电作业受小酒杯塔中相塔窗限制, 提升导线转移张力时只允许100~200mm的提升量, 在这么小的提升量下, “V”形绝缘子串200多公斤的绝缘子串自重作用下, 两端的拉力可达到1000kg, 因此拆除两端连接金具时非常困难。采用特殊加工的卡具配合绝缘拉板受力后进行侧向张力转移的方式, 可大大减少实际操作时的提升量;同时采用托瓶架承载“V”形绝缘子串, 解决“V”形绝缘子串自重的影响。设计专用卡具, “V”形绝缘子串在托瓶架的支撑下成为整体, 从而使其上、下挂点得以顺利摘脱。上端可直接利用塔身已有的挂点, 只要解决了下端卡具的问题, 其他问题就可顺利解决。“V”形绝缘子串安装结构示意见图1。
2.3 项目实施塔型分析核查
通过核查图纸, 分析作业人员在作业过程中可能的动作对塔身各部件的影响, 对福建省超高压输电线路单回路直线酒杯塔共40种塔型的实际情况进行核查, 同时对塔身各部件最小安全距离作了修正, 修正的具体要求情况见表1。核查结果如下:目前能够开展该项目单回路直线酒杯塔的适用塔型有26种, 暂时不适合开展的直线酒杯塔塔型有14种。
(1) 适合开展项目的塔型汇总表见表2。
(2) 不适合开展项目的塔型汇总表见表3。
3“V”形绝缘子串卡具设计、托瓶架设计
3.1已知条件 (按照福建省内常规500k V输电线路情况)
导线规格LGJ-400/35;
计算截面S=435mm2;
水平档距L=500m;
垂直档距Lch=500m;
风速v=10m/s;
绝缘子规格FC-160P/155;
单重8.8kg。
3.2 荷载计算
根据上述条件, 查导线的荷载表可得:
4根导线荷载:T4=4×759.7=3039kg
每串绝缘子荷载:T′=T4/2=1520 (kg)
“V”形绝缘子串的夹角为90°, 斜率为1.414。
每串绝缘子斜荷载为:T1′=1.414T′=2149 (kg)
每串绝缘子自重:P1=单重×片数=28×8.8=246.4 (kg)
当安全系数K=3.0时:
卡具破坏力:TB=3T1′=3×2149=6448 (kg)
由于绝缘拉板为双杆, 故每根绝缘拉板破坏力:TLB=TB/2=3224 (kg)
托瓶架承载力:P1′=P1×3=739.2 (kg)
出厂试验时K=2.5, 出厂试验荷载:
卡具荷载TK=T1′×2.5=5373 (kg) , 实际加工出厂荷载按7000 (kg) ;
拉板荷载TL=TK/2=2687 (kg) , 实际加工出厂荷载按3500 (kg) ;
托瓶架承载力P1′=P1×2.5=616 (kg) , 实际加工出厂荷载按800 (kg) 。
进行卡具、拉板、托瓶架加工时考虑到其他塔位能够使用的目的, 实际加工比验算的荷载能力要大30%。
3.3 卡具和托瓶架结构设计
(1) 卡具的结构示意图见图2。
(2) 托瓶架的结构示意图见图3。
4 结论
500k V直线小酒杯塔中相“V”形绝缘子串带电更换工具及工艺通过设计、加工、试验、实施等工作, 达到设计要求, 于2009年4月在福建省500k V东莆Ⅱ路180号塔上进行了现场实际线路带电操作, 完全达到现场使用要求, 现场实际作业情况见图5。并于2009年5月在福建省福州市通过了福建省带电作业技术专家的技术评审, 专家们一致认为此项目达到了国内先进水平。
参考文献