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输电线路避雷线更换防护工具的研制与应用

摘要： 本文主要介绍在更换输电线路避雷线工作中，为防止避雷线断落造成人员伤亡和设备损坏，研制出一种新型的跨越工具，实践证明该跨越工具具有可靠性高、操作灵活简便等优点，不但缩短了完成避雷线防护措施的时间，而且节省了人力、物力，大大提高了更换避雷线效率。
关键词：输电线路、避雷线、防护工具

中图分类号：T 文献标识码：B
0引言
现代电力系统是一个超高压、大容量和跨区域的巨大联合系统，随着电力系统规模的不断扩大，高压远距离输电线路也日益增多。高压输电线路分布范围广，穿越地区地形复杂，气候条件多变，容易发生各种故障，维护检修工作的任务越来越艰巨。随着输电线路的逐年老化，部分线路的避雷线锈蚀严重，如更换不及时，将会导致避雷线断裂，造成线路故障，影响电网的安全运行。+
1目前更换避雷线方法介绍
更换避雷线方法，传统上均需要用张力机牵引旧避雷线后以旧换新。牵引过程中锈蚀的避雷线由于张力作用，存在着断落危险，另外，输电线路下方经常有公路、铁路、低压线路等交叉跨越。为防止更换过程中,避雷线意外断落造成人员伤害和设备损坏，通常情况下安装脚手架进行防护，但这种做法会耗费大量的人力和时间。
在经过对安装脚手架占用时间进行统计后，发现其平均用时达到了30.29小时，占更换避雷线工作总用时的41%，是造成更换避雷线工作时间长的主要因素。
在搭设脚手架过程中占用线路两侧大量耕地，容易引起民事纠纷。造成巨大的青苗及建筑赔偿。
因此，针对施工作业范围大、工作量大，以及对农作物（植被）破坏多的情况，如何节省时间、人力，减少对农作物（植被）的破坏，安全高效地完成避雷线的更换工作，是迫切需要研究和解决的问题。
2新型跨越工具的介绍
作业人员利用飞车把绳系在线路两边地相导线上，代替脚手架，发现作业时间缩短了，作业人员也大大减少。这为更换避雷线开辟了崭新的思路，经过方案分析论证，可以选择研制封绳式跨越工具来替代脚手架，安全高效的完成更换避雷线工作。

2.1新型跨越工具的结构介绍
经过统筹规划，新型跨越工具的构成分解为：

图一 、机构分解图
下面，为真正能够在生产中得到运用，需要对封绳结构、各部件连接方式以及材料的选择方面进行进一步的优化选择。
2.1.1 封绳结构的优化
由于新型跨越工具是封绳式跨越工具，我们通过分析共找出三种封绳结构形式梯形、S型和一字型，下面就三种结构形式封绳的特点分别进行分析。
1）梯形封绳：每隔10M系上防护封绳进行模拟试验。经验证梯形封绳可以任意调节安装点，作业人员无需下导线作业；但是导线与封绳摩擦严重，损伤大， 仍需发生青苗赔偿。
2）S型封绳：连续系上防护封绳进行模拟试验。经验证S形封绳防护性能高，能够适应各种地理环境；但是作业人员需要下导线作业。作业时间较长。
3）一字型封绳：每隔10M系上防护封绳进行模拟试验，经验证一字形封绳灵活性高，安全性高，能够适应各种地理环境；但是作业人员需要下导线作业。
通过在停用的线路上模拟试验，并综合各种封绳结构形式的优缺点，选择灵活性高，安全性高，能够适应各种地理环境的一字型封绳作为封绳的结构形式。
2.1.2新型跨越工具长度
在更换避雷线时，新型跨越工具需在避雷线下方连接两边相导线，因此，新型跨越工具长度不得小于两边相导线垂直距离。表1所示为潍坊供电公司部分输电线路两边相导线垂直距离统计表，由表所示，110-220kV输电线路两边相导线之间垂直距离最大为10.9m，最小为8.3 m。由于导线存在一定的弧垂度，在预留出足够裕度的前提下，跨越工具总长度设定为12m即能满足设计要求。为了新型跨越工具能够适宜110-220kV不同输电线路两边相距离，专门设置通过连接紧线器来控制钢丝绳的长度。
表1 110kV-220kV输电线路两边相导线垂直距离统计表
线路名称
测量杆型
两边相距离(米)
线路名称
测量杆型
两边相距离(米)
220kV潍唐线
加高杆
10.6
110KV文宁线
耐张杆
8.3
220kV青王线
转角杆
10.8
110KV文宁线
直线杆
8.6
220kV龙青线
直线杆
10.5
110KV五贤涌
耐张杆
8.8
220kV贾五线
耐张杆
10.7
110KV王朱线
直线杆
8.5
220kV坊潍线
双分裂
10.9
110KV泉风线
转角杆
8.7
220kV王泉线
直线杆
10.3
110KV洲贾线
耐张杆
8.9
220kV坊高线
耐张杆
10.6
110KV五杨线
耐张杆
8.3
220kV坊泉线
直线杆
10.8
110KV王通线
直线杆
8.5
220kV胶高线
加高杆
10.5
110KV五穆涌
加高杆
8.6
220kV万莲线
转角杆
10.7
110KV贾福线
转角杆
8.7
220kV坊高线
直线杆
10.9
110KV泉太线
直线杆
8.4
220kV贾王线
耐张杆
10.3
110KV双太线
耐张杆
8.9
220kV宝王线
直线杆
10.5
110KV泉韩线
直线杆
8.3
220kV泉安线
耐张杆
10.6
110KV泉太线
耐张杆
8.7
220kV坊高线
直线杆
10.7
110KV王望线
直线杆
8.8
220kV坊泉线
转角杆
10.4
110KV王虹线
加高杆
8.9
220kV胶高线
直线杆
10.9
110KV贾友线
转角杆
8.8

2.1.3封绳材料的选择
我们共找到四种合适的封绳材料，分别是尼龙绳、钢丝绳、棕绳、蚕丝绳，我们对四种材料分别进行了拉力和侧切力以及摩擦试验。
尼龙绳：将Ф20mm的尼龙绳安装在拉力机上进行20800N的冲击力和侧切力试验（试验不合格）。取长度为6m，Ф20mm的尼龙绳，将其两端水平固定，1/2处用避雷线来回摩擦30min，发现有明显断股现象。结论：质量较轻，抗拉强度大，抗摩擦性差。
钢丝绳：将Ф20mm的钢丝绳安装在拉力机上进行20800N的冲击力和侧切力试验（试验合格）。取长度为6m，Ф20mm的钢丝绳，将其两端水平固定，1/2处用避雷线来回摩擦30min，试验合格，无变形。结论：结构牢固，能保证避雷线防护要求，达到预期效果。
棕绳：将Ф20mm的棕绳安装在拉力机上进20800N的冲击力和侧切力试验（试验不合格）。取长度为6m，Ф20mm的棕绳，将其两端水平固定，1/2处用避雷线来回摩擦30min，断股现象严重。结论：质量轻，成本低，但抗摩擦性差。
蚕丝绳：将Ф20mm的蚕丝绳安装在拉力机上进行20800N的冲击力和侧切力试验（试验合格）。取长度为6m，Ф20mm的蚕丝绳，将其两端水平固定，1/2处用避雷线来回摩擦30min，试验合格，无变形。结论：牢固性强，能保证避雷线防护要求。但是价格高。
经过查询《35-220kV送电线路施工技术》得知：在牵引机牵引放线时，避雷线承受的拉力最大为T=15000N，一个档距按最大500米、避雷线型号为GJ-70计算，避雷线的最大自重为G=5800N，所以封绳能够承受的冲击力F应该大于15000+5800=20800N。所以，钢丝绳的破断拉力应该>=有效破断拉力÷换算系数K = 20800÷0.85=24470N。如表2所示，直径7.7mm的钢丝绳能够满足破断力要求，因此选用了直径7.7mm的钢丝绳作为封绳可以满足需要。
2.1.4夹线器材料的选择
我们共找到三种合适的夹线器材料：塑料构件、镀锌铁件、合金构件。我们对三种材料分别进行了静负荷拉伸试验和冲击试验。
塑料构件：将塑料构件安装在拉力机上进行2205N 5mind 的静负荷拉伸试验（试验合格）。取长度为6m，Ф20mm的钢丝绳，用塑料构件将其与导线两端水平固定，进行5次2500N冲击试验发现有明显变形。结论：质量轻，易加工，成本低，但牢固性较差。
镀锌铁件：将镀锌铁件安装在拉力机上进行2205N 5mind 的静负荷拉伸试验（试验合格）。取长度为6m，Ф20mm的钢丝绳，用镀锌铁件将其与导线两端水平固定，进行5次2500N冲击试验，试验合格，无变形。结论：牢固性强，能保证避雷线防护要求。
合金构件：将合金构件安装在拉力机上进行2205N 5mind 的静负荷拉伸试验（试验合格）。取长度为6m，Ф20mm的钢丝绳，用合金构件将其与导线两端水平固定进行5次2500N冲击试验，试验合格，无变形。牢固性强，能保证避雷线防护要求。但是成本高。最终我们确定镀锌铁件做为夹线器的材料。

2.1.5夹线器与导线的连接
夹线器由上夹板和下夹板组成，上夹板和下夹板的横截面均为半圆形，两者一侧通过铰链连接，两者闭合后形成用于夹持导线的内腔，在铰链的相对侧的上夹板和下夹板上分别设有上紧固板和下紧固板，上紧固板和下紧固板之间设有配合使用的紧固装置。所述紧固装置为：下紧固板固定有螺柱，上紧固板相应位置设置螺栓孔，方便紧固夹线器。夹线器闭合后上紧固板与下紧固板平行且间隔一定距离，方便在螺柱上挂接钢丝绳。将夹线器打开，放在一侧导线上，将套挂在螺柱上闭合夹线器，使导线正好位于两夹板形成的内腔中，夹板内侧分别设有橡胶层，夹紧导线时可以保护导线不受破坏，而且增大夹线器与导线的摩擦力，防止夹线器滑动。在螺柱上安装螺母将夹线器紧固，将另一侧导线的对称位置也安装夹线器。
2.1.6钢丝绳与紧线器、夹线器的连接
钢丝绳一端与夹线器连接，一端与紧线器上的挂钩连接，紧线器包括U形的壳体和棘轮轴，壳体上端活动连接挂轴，挂轴通过铰轴铰接安全钩，两侧板对称设有用于安装棘轮轴的安装孔；在两侧板外侧棘轮轴一端设有棘轮，另一端设有定位销孔并设有定位销固定，侧板上设有与棘轮啮合的棘爪，棘爪将棘轮固定，防止其回转；棘爪通过转轴固定在壳体上，转轴在两侧板之间设有扭簧棘轮轴设有定位销孔端设有矩形把手，用于连接扳手以便收线；棘轮轴上套装有绕线轮，绕线轮与棘轮轴分别设有通孔以便在棘轮轴上连接钢丝绳，钢丝绳的自由端绞制成套。然后用扳手转动紧线器棘轮轴将钢丝绳收紧即可。
2.1.7紧线器与夹线器的连接
紧线器一端与钢丝绳连接，一端通过U-7型U型挂环与夹线器连接，这样整个新型跨越工具连接完毕，通过收紧紧线器可以调节跨越工具的长度。

2.2 新型跨越工具的应用效果
对潍坊供电公司利用封绳式跨越工具更换避雷线工作进行了统计，结果显示采用新型（封绳式）跨越工具进行避雷线更换工作后，安装新型的跨越工具所用时间为2.8小时，而且所用作业人员只需5人，生产效率得到大幅提高。
3.结语
本文所研制的新型跨越工具，制作简便、操作灵活、可靠性高，能够适应各种地理环境，不但缩短了完成避雷线防护措施的时间，而且节省人力、物力，可大大提高更换避雷线效率，解决了以往使用脚手架防护安装复杂、安全风险高、占用耕地、经济损失大的问题，适合在全行业推广使用。
参考文献：
（1）《110～500kV架空送电线路施工及验收规范》北京，中国计划出版社，2005
（2）《35～220kV送电线路送电施工技术》上册 北京，中国电力出版社，2010
（3）《35～220kV送电线路送电施工技术》下册 北京，中国电力出版社，2010
（4）《国家电网公司电力安全工作规程》北京，中国电力出版社，2009
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