±800 kV直流输电线路耐张绝缘子串整体更换设计分析.pdf

2023 年 8 月直流输电线路耐张绝缘子串整体更换设计分析刘成立（四川电力设计咨询有限责任公司，四川 成都 610041）【摘要】开展依800 kV 直流输电线路耐张绝缘子串整体更换工作袁应以双转动机械丝杠为基础袁使其替代液压丝杆袁有效避免液压丝杠发生卡死或漏油袁合理地应用传递绳袁从而保证绝缘子串的顺利更换遥 基于此袁简要分析了依800 kV 直流输电线路耐张绝缘子串更换的痛点袁阐述了依800 kV 直流输电线路耐张绝缘子串整体更换方案设计及应用袁以期为相关工作人员提供参考遥【关键词】依800 kV 直流输电线路曰耐张绝缘子串曰整体更换设计【中图分类号】TM216【文献标识码】A【文章编号】1006-4222（2023）08-0079-030 引言随着特高压直流输电线路运行年限的延长，在运行维护过程中出现的问题更加明显，特高压直流输电线路的窗口尺寸、杆塔结构和导线分裂数与耐张绝缘子串设计不匹配，耐张绝缘子串具有超串长和大吨位等特点，使得常规方法难以应用。因此，必须确定结构参数、绝缘性能和机械强度，并在完成整体更换后，进行线路的运营管理，确保特高压直流输电线路的安全运行。1 依800 kV 直流输电线路耐张绝缘子串更换的痛点1.1 超串长造成结构干涉耐张绝缘子串串长可达到 16.7419.86 m，因其长度超长，会导致跳线长度过长的问题。为规避风偏闪络风险，在设计前期运用鼠笼式的跳线方式，使耐张绝缘子串串长在 1419 m。同时，运用分体抱箍式的方式，使跳线整体的重量达到 2 000 kg，在减少结构干涉问题的同时，降低对特高压直流输电线路的影响。1.2 吨位及承受荷载大经测量可知，耐张绝缘子串的重量超过 3.91 t，对起吊工器具的要求较高，要求其能够承受较大的荷载，提高了对起吊工器具的要求。耐张绝缘子串需承受导线较大的水平张力，以线路#0789 为例，导线采用六分裂 LGJ-630/45 钢芯铝绞线，导线水平张力为 370 kN，拉力可达到 37 kN。2 整体更换方案设计及应用2.1 设计依据基于依800 kV 直流输电线路进行分析，将其中的耐张绝缘子串作为设计依据。在架设输电线路期间，应通过复合耐张绝缘子串与陶瓷耐张绝缘子串的应用，实现对带电导线与地面的隔离，保证每根导线位置不变，辅助输电线路的正常运行。2.2 选择合适的技术参数通过选择合适的技术参数，使工作人员了解绝缘子的安装情况。绝缘子设置在不同电位接地构件与导体之间，以承受机械应力。若线路电压等级是110 kV，则直线杆设置 7 片绝缘子片，耐张杆设置8 片绝缘子片；若线路电压等级是 220 kV，则直线杆设置 13 片绝缘子片，耐张杆设置 14 片绝缘子片。2.3 制定强度校核方案为制定严谨的强度校核方案，需采用主体结构尺寸计算的方式，确认耐张绝缘子串截面惯性矩是I=82 566 mm4；抗弯截面的模量 W=T/20.6=4 008 mm3。其中截面区域内的弯矩 M=（P/2）伊205；弯曲应力 滓=M/N；同时，可以采用轮轴强度的计算方式，确认在力的作用下耐张绝缘子串的承载力。若此时直径 d 为8 mm，则截面积 A=仔d2/4抑50.2 mm2。此时截面区域内的剪切应力 子=P/2A伊2.5。通过以上的计算，可以掌握耐张绝缘子串的运行条件，确认是否有一定的安全裕度，并可以保证其安全系数为 2.5。工作人员应结合电网情况，实现对线路的设计，保证在强度校核工作实施阶段不会发生金具强度不够或耐张串强度较低的情况，确保各项数值符合相关要求。2.4 实行滑车组配合方案为保证本次更换工作的顺利开展，应实行滑车组配合方案。通过 3 根牵引绳与 3 套滑车的配合，采用绕过跳线串的方法，使耐张绝缘子串在重力作用下形成“U”形，从而减少跳线串带来的干扰。增加支电力信息792023 年 8 月撑滑车在此过程中的应用，将第一根牵引绳和第二根牵引绳分别在安装支撑滑车上，使牵引绳固定在绝缘子串顶端。利用第二根牵引绳和第三根牵引绳之间的配合，向导线端靠近，从而使绝缘子串能够顺利形成弓形。当绝缘子串上端越过跳线串、不存在干涉时，将第一根牵引绳松开，使绝缘子串形成“U”形，并在第三根牵引绳的辅助下缓慢下降到达地面。在此过程中，应避免出现牵引绳、跳线串过度摩擦的情况。滑车组配合操作如图 1 所示。2.5 合理运用固定索道通过固定索道的应用，使耐张绝缘子串塔头沿着索道的方向滑落，该方法更适用于停电检修区域。固定索道钢绳法应用如图 2 所示。用索道钢绳固定耐张绝缘子串塔头，由工作人员将索道钢绳牵引至合适的位置，从而拉开跳线串与索道钢绳之间的距离，使铁柱能够在地面上固定。在耐张绝缘子串塔头端设置索道，利用第二根牵引绳，让其固定于卡具上并与绝缘子串连接，使导线端保持不变，提高固定索道的利用率。若将第二根牵引绳放松，可以使耐张绝缘子串塔头端沿着索道方向下放，在绕过跳线串后，将第一根牵引绳放松，依靠两根牵引绳的相互配合，使绝缘子串顺利落地。运用反向操作的方式，完成绝缘子串的安装。2.6 接触跳线绝缘子串法结合操作现场情况进行分析，为了使跳线绝缘子串在运行过程中不会受到外界因素的干扰，将跳线绝缘子串与下端连接，避免跳线绝缘子串对导线运行产生过多的干涉。将与第一根牵引绳和第二根牵引绳接触的耐张绝缘子串拆除，使操作现场整体状况保持良好。通过绝缘子串使导线与杆塔、大地绝缘，稳定杆塔结构，增强导线与每相子导线之间的关联。同时，利用丝杆与吊杆、横担、第一根牵引绳和第二根牵引绳的配合，使临时跳线绝缘子串顺利解除。跳线绝缘子串如图 3 所示。跳线结构干涉处理相对简单，由于耐张杆之间存在不同，跳线采用鼠笼式的跳线方式，间隔棒的排列方式相对密集，工作人员如果运用移动跳线绝缘子串的方式，会对现场产生过多干涉。因此，针对这种情况，通过适当选择耐张绝缘子串塔头端滑车的位置，使耐张绝缘子串在下降至地面的过程中不会发生角度偏移的情况，从而有效规避跳线结构干涉。2.7 运用耐张串分段更换法应用耐张串分段更换法（图 4），工作人员要坚持化整为零的原则，运用工器具，将耐张绝缘子串以1015 片进行划分，并组合成若干串组。运用分段更换的方式，充分利用更换过程中所用的省力丝杠以及闭式卡具。同时，也需注意拉杆的长度，应进行适当的延伸，满足耐张串分段更换要求。2.8 耐张绝缘子串整体更换方案设计首先，确认耐张绝缘子串的吨位，提高承力工器具的应用效率，减少跳线串结构干涉。可根据耐张绝缘子串整体更换方案中包含的工器具，了解其所适用的环境，在综合考虑各类因素后，选择合适的耐张图 1 滑车组配合操作横担滑车牵引绳 3丝杠和吊杆牵引绳 2牵引绳 1支撑滑车耐张串图 2 固定索道钢绳法应用横担滑车牵引绳 3跳线串丝杠和吊杆耐张串牵引绳 1支撑滑车索道滑车索道钢绳图 3 跳线绝缘子串跳线绝缘子串跳线托架跳线挂板角钢跳线悬垂线夹图 4 耐张串分段更换法横担闭式卡具丝杠吊杆耐张串牵引绳电力信息802023 年 8 月绝缘子串整体更换方案，以保证满足更换要求。耐张绝缘子串如图 5 所示。主要有以下 4 种：淤若整体更换方案中包含的主要承力工器具为牵引绳、2 台机动绞磨机、液压丝杠、导线端部卡、滑车组以及横担，则在具体应用时较为灵活，但适用范围较小，局限性较大，更适用于耐张绝缘子串发生上扬的情况。于若整体更换方案中的主要承力工器具为 2 台机动绞磨机、横担、液压丝杠、索道钢绳、绝缘吊带以及导线端部卡，则在后续操作过程中，具有省时省力、操作灵活性较高的优势。但不适用于带电作业区域，索道安装容易受到场地的影响，增加安全隐患和风险，因此适用于停电检修区域1。盂若整体更换方案中的主要承力工器具为手摇绞磨、2 台机动绞磨机、导线端部卡、横担、绝缘吊带以及液压丝杆，则在实际应用过程中，具有应用范围广、安全性能良好的特点。但也存在缺点，由于所需携带的工器具数量较多，操作工作量较大，在具体应用时还需要单独配备一套跳线串检修工具，增加了工作人员的负担，整体效率偏低2。榆若整体更换方案中的主要承力工器具为 3 套滑车闭式卡、机动绞磨机、丝杆、手摇绞磨以及吊杆，则在实际应用中相对灵活，只需要运用较少的工器具即能完成对应的操作。但仍存在工作量较大、整体效率较低的问题，仅适用于分布零散或者整串劣化的耐张绝缘子串3。其次，可以采用实操设计的方式，实现对工器具的合理划分，增加配套方案在此过程中的应用，运用验证分析的方法，完成耐张绝缘子串整体更换方案的设计及选择。2.9 方案应用结合耐张绝缘子串的更换要求进行分析，按照相关方案指导文件中的内容，在某地进行实战演练。首先，应基于现场实际情况选择合适的工器具并完成方案的选定，并进行现场试验操作。其次，运用验证分析的方法，验证工器具的应用方式，总结应用过程中的注意事项，并及时告知相关工作人员，保证更换作业的安全开展，减少现场操作的安全隐患。采用模拟演练的方式，结合现场实际情况，选择适用的更换方案。最后，要合理选择绝缘子片数。在潮湿的环境中，直流电压以及绝缘子污闪电压较低，使单向电场产生的影响加剧，绝缘子面积比悬挂式绝缘子面积要大4。若现场污秽增加，会对直流电的稳定性造成影响，提高绝缘子污闪电压下降的概率。因此，工作人员应加强重视，参考已有案例，根据不同污秽情况确定所需应用的绝缘子片数。例如，在一般地区或存在轻度污染的区域，可以运用 37 片绝缘子片，在中度污染区域可运用 44 片绝缘子片，在重污区域可运用复合绝缘子。通过合理选择绝缘子片数，可保证现场安全，满足线路运行要求。例如，依500 kV 直流输电线路的电压水平在1.51.8 pu，最大的操作电压会发生在线路的中间段；依800 kV 直流输电线路中，其电压水平通常在1.61.8 pu。当电压等级升高时，所需要的绝缘子片数也会相应增加。因此，需要明确绝缘子所能承受的电压范围，通常情况下，每一节绝缘子可承受电压在1 万2 万 V。若电压在 10 kV 内，可以选用 12 片绝缘子片；若电压为 35 kV，则选用 24 片绝缘子片；电压为 110 kV，可选用 10 片绝缘子片；电压为220 kV，选用 20 片绝缘子片。3 结语在耐张绝缘子串整体更换工作中，需要制定强度校核方案，开展试验，以了解依800 kV 直流输电线路中耐张绝缘子串的运行条件，确定最合适的安全负荷。运用型腔结构匹配的方式，综合各类工器具的性能，选择合适的耐张绝缘子串整体更换方案，减少工作人员后续的作业次数，以满足特高压直流输电线路的要求，为今后特高压直流输电线路绝缘子整体更换工作积累了一定的经验。参考文献1 李嘉伟.依1 100 kV 耐张串双人带电作业安全距离与电场分布特性研究D.北京：华北电力大学，2022.2 韦扬志，蓝健肯.依800 kV 特高压直流输电线路的工器具设计J.集成电路应用，2022，39（4）：234-235.3 张敦晶.考虑雷击过电压分布特性的依800 kV 避雷器装设策略研究D.南昌：南昌大学，2021.4 普子恒，徐晨，赵伟，等.带电更换 1 000 kV 耐张绝缘子时的工器具和人体电场分布研究J.高压电器，2021，57（5）：84-92.作者简介院刘成立（1982），男，汉族，四川成都人，本科，高级工程师，主要从事输电线路设计和质量管理工作。图 5 耐张绝缘子串电力信息81