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摘 要：为保证500kV电网的安全稳定经济运行，本文开展了500kV“V”型绝缘子串带电更换方法研究及工具研制。明确了500kV“V”型绝缘子串带电更换技术难点，提出了斜拉法带电更换500kV“V”型绝缘子串作业方法，在此基础上设计并研制了荷载转移装置。对某500kV直线“V”型绝缘子串实施了实际带电更换并进行了效益评估。试验及评估结果表明，本文所提500kV“V”型绝缘子串带电更换方法及所研制工具安全经济有效，可为500kV“V”型绝缘子串带电更换及保障电网安全经济运行提供技术支撑。
关键词：500kV“V”型绝缘子串 斜拉法 带电作业
中图分类号：TM726 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）09（c）-0062-03
四川电网具有超高压交直流混连、超高压和特高压并联运行的特点，同时又是连接西北电网和华中电网的电力枢纽、“西电东送”战略重要的水电输出地，加之四川独特的地理环境，地跨二三级地形台阶，自然灾害频发。因此，国网四川省电力公司具有超特高压电网运维技术水平要求高、电网运维难度大的特点，同时，全局战略和经济社会效益又是十分巨大。为了提高电网供电安全性、可靠性及经济性，超特高压带电作业成为了保证电网安全、稳定、经济运行的有效手段。
500kV直线V型绝缘子串是输电线路的关键设备，是电网安全运行的重要保障。实现500kV直线V型绝缘子串带电更换有利于电网持续稳定经济运行。500kV直线V型绝缘子串属于超高压输电线路常见塔型，其结构特点是杆塔塔舱空间有限，同时由于地理环境、运维技术等存在特殊要求使得线路连接金具形式各异，导致开展直线V型绝缘子串带电作业面临一些特殊问题：杆塔舱内空气间隙有限，进电场组合间隙难以满足要求；金具连接方式各异，特别是联板结构形式差异导致检修工具难以通用。因此，亟需开展500kV直线V型绝缘子串带电作业方法研究及工器具研制工作，并使带电作业人员具备500kV直线V型绝缘子串带电作业的能力，保障超特高压骨干网架的安全稳定经济运行。
针对以上问题，本文开展了500kV“V”型绝缘子串带电更换方法研究及工具研制，并进行了试验验证及效益评估。
1 500kV“V”型绝缘子串带电更换技术原理
1.1 技术方法及原理
带电作业更换绝缘子工作主要是要解决绝缘子串荷载转移的问题，该项设计为了保证荷载转移过程中，V型绝缘子串受力情况维持原样，且不受线路转角引起的不平衡力影响，创新性的采用了斜拉法带电更换500kV直线V型串绝缘子，采用对称的两个拉棒连接两端卡具或牢固构件达到转移荷载的目的，同时也避免了由于采用常用的垂直提升法带电更换500kV直线V型串绝缘子可能造成的空气间隙不足产生放电（见图1）。
1.2 技术优点与难点
该设计主要优点如下。
（1）荷载转移拉棒受力性好，采用双拉棒收紧，受力均匀。
（2）带电端采用卡具连接使得整套设备稳定性较好。
（3）因沿原绝缘子串受力方向进行荷载转移，避免了V型串小转角产生的不平衡力影响。
该技术的难点在于绝缘拉棒两端连接的问题，其中导线端卡具的设计又是该项设计中最重要的一个环节，因此前端卡具的发明设计成为了此次技术创新的关键点。
2 500kV“V”型绝缘子串带电更换技术设计
针对荷载转移装置的主体设计思路是V型绝缘子单边串带电端采用卡具固定联板上，接地端采用高强度绝缘绳套固定在塔材上，中间采用绝缘拉棒连接，紧线丝杠布置在导线端卡具内。
2.1 进电场方式设计
针对带电作业工作实际问题，设计了导线摆渡法，在远离塔身处进行等电位，增加了等电位人员进电场的组合间隙，解决了空间空气间隙有限、进电场组合间隙难以满足要求的问题。
进电场步骤：采用在导线上悬挂作业飞车，作业飞车连接绝缘软梯，作业人员在杆塔井口作业平台处，乘坐绝缘软梯，通过连接的作业飞车滑离杆塔塔身一定距离后，作业人员攀爬软梯进入导线，走线回至绝缘子串处，完成带电作业进电场作业。
2.2 前端卡荷载设计
在设计工器具许用荷载设计时，应结合现场实际情况，因此，以500kV蜀山二线147#带电作业为例，进行典型设计校核后，再对主要技术参数进行极限条件下调整后进行再设计校核，充分考虑设计的工器具的安全性和适用性。
该杆塔塔型为ZMJA51，导线型号为LGJ-500/45，串型为V型，水平档距为454.5m，垂直档距为429m。
根据《带电作业技术规定》《架空输电线路设计》关于直线绝缘子串荷重计算和导线荷载计算的规定，直线绝缘子串主要受到导线的垂直荷载和水平风压比载，因此，直线绝缘子串上的荷重G为直线绝缘子串水平荷载P与垂直荷载Q的矢量和。计算公式如下：
由于G为理论核算值，为了确保带电作业安全，选取工器具的荷载要满足以下要求：工器具的许用荷载，应大于计算绝缘子串荷重乘以1.2倍安全系数。
对上述公式进行计算编程，程序界面如图2所示。
可以看出，绝缘子串所受荷重为2.86T，绝缘子串夹角为90°，因此单串所受荷重为2.0T。
由于绝缘子串荷载主要受导线型号、垂直档距、水平檔距等参数影响，根据极限条件下进行设计，500kV输电线路导线型号为LGJ-500/45，垂直档距调整至1500m，水平档距调整至1000m时，单串绝缘子所受荷重为7T。
根据对工器具制造工艺的了解后，因此，将前端卡的设计许用荷载确定为8T。
2.3 前端卡形式设计
针对500kV输电线路V型串结构特点，充分利用联板结构特点，进行前端卡的形式设计（见图3）。 形式设计主要技术思路及特点如下。
（1）考虑到与绝缘子串处弯头挂板的可靠接触，该处考虑了一个凹槽设计，如图4中1。
（2）考虑到受力均匀，在卡具四周分布螺栓连接，且后端采用了支架进一步增大卡具的受力稳定性，如图4中2。
（3）考虑到绝缘子串两侧安装拉棒，在卡具两端有对称分布长度适宜的卡具“耳朵”。
（4）考虑到卡具连接丝杠和拉棒，设计了一个圆筒形状布置丝杠，且有稳固丝杠的卡环。
（5）设计了单头丝杠进一步减少了丝杠占据的空气间隙，增大了作业的安全性。
（6）考虑到卡具安装的稳固性，在尾端增加了加固的金属尾翼，如图4中3。
2.4 紧线丝杠位置及后端连接形式设计
紧线丝杠通常采用单头丝杠或者双头丝杠，由于双头丝杠的设计多数情况下会短接内部空气间隙，所以采用了单头丝杠的设计。
为了减轻等电位作业人员的劳动强度，一般将紧线丝杠布置在接地端，由塔上电工完成丝杠收紧工作。但是，由于V型串绝缘子接地端金具连接方式差异较大，为了尽量做到工器具的通用性，放弃了在接地端布置丝杠的想法，采用了接地端由通用性和适用性更好的高强度绝缘绳连接，把紧线丝杠布置在带电端。
3 试验验证及效益评估
3.1 试验验证
2013年10月，针对500kV蜀山一线147#中相V串绝缘子自爆缺陷，四川电力检修公司带电作业团队首次实施了带电更换500kV直线V串绝缘子工作，该团队具备了V型绝缘子串更换的能力，填补了国网四川公司500kV直线V串绝缘子斜拉法带电作业的技术空白（见图5）。
3.2 效益评估
2014年7月，500kV蜀山二线73#出现中相自爆3片绝缘子的设备缺陷，根据缺陷判定标准，该缺陷属于严重缺陷，需要紧急处理。如果团队不具备带电作业能力而采用停电方式更换将导致成都地区夏季部分地区拉闸限电，经济和社会效益损失巨大。该次作业的经济效益对照表见表1。
4 结语
该种作业方法针对于传统的500kV“V”型绝缘子垂直提升法存在的安全风险高的问题，进行了专业的技术攻关，研发了一种新型作业方式，针对性地提出了进出电场的作业方法、研制了新型的作业工器具，对500kV“V”型绝缘子带电更换安全提升有极大的促进作用。
参考文献
[1] 张新方.带电更换220kV“V”串絕缘子技术研究[J].云南电力技术，2010，38（1）：79-83.
[2] 张靖宇.紧凑型线路V型绝缘子串带电检修[J].云南电力技术，2011，40（2）：61-62.
关键词：500kV“V”型绝缘子串 斜拉法 带电作业
中图分类号：TM726 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）09（c）-0062-03
四川电网具有超高压交直流混连、超高压和特高压并联运行的特点，同时又是连接西北电网和华中电网的电力枢纽、“西电东送”战略重要的水电输出地，加之四川独特的地理环境，地跨二三级地形台阶，自然灾害频发。因此，国网四川省电力公司具有超特高压电网运维技术水平要求高、电网运维难度大的特点，同时，全局战略和经济社会效益又是十分巨大。为了提高电网供电安全性、可靠性及经济性，超特高压带电作业成为了保证电网安全、稳定、经济运行的有效手段。
500kV直线V型绝缘子串是输电线路的关键设备，是电网安全运行的重要保障。实现500kV直线V型绝缘子串带电更换有利于电网持续稳定经济运行。500kV直线V型绝缘子串属于超高压输电线路常见塔型，其结构特点是杆塔塔舱空间有限，同时由于地理环境、运维技术等存在特殊要求使得线路连接金具形式各异，导致开展直线V型绝缘子串带电作业面临一些特殊问题：杆塔舱内空气间隙有限，进电场组合间隙难以满足要求；金具连接方式各异，特别是联板结构形式差异导致检修工具难以通用。因此，亟需开展500kV直线V型绝缘子串带电作业方法研究及工器具研制工作，并使带电作业人员具备500kV直线V型绝缘子串带电作业的能力，保障超特高压骨干网架的安全稳定经济运行。
针对以上问题，本文开展了500kV“V”型绝缘子串带电更换方法研究及工具研制，并进行了试验验证及效益评估。
1 500kV“V”型绝缘子串带电更换技术原理
1.1 技术方法及原理
带电作业更换绝缘子工作主要是要解决绝缘子串荷载转移的问题，该项设计为了保证荷载转移过程中，V型绝缘子串受力情况维持原样，且不受线路转角引起的不平衡力影响，创新性的采用了斜拉法带电更换500kV直线V型串绝缘子，采用对称的两个拉棒连接两端卡具或牢固构件达到转移荷载的目的，同时也避免了由于采用常用的垂直提升法带电更换500kV直线V型串绝缘子可能造成的空气间隙不足产生放电（见图1）。
1.2 技术优点与难点
该设计主要优点如下。
（1）荷载转移拉棒受力性好，采用双拉棒收紧，受力均匀。
（2）带电端采用卡具连接使得整套设备稳定性较好。
（3）因沿原绝缘子串受力方向进行荷载转移，避免了V型串小转角产生的不平衡力影响。
该技术的难点在于绝缘拉棒两端连接的问题，其中导线端卡具的设计又是该项设计中最重要的一个环节，因此前端卡具的发明设计成为了此次技术创新的关键点。
2 500kV“V”型绝缘子串带电更换技术设计
针对荷载转移装置的主体设计思路是V型绝缘子单边串带电端采用卡具固定联板上，接地端采用高强度绝缘绳套固定在塔材上，中间采用绝缘拉棒连接，紧线丝杠布置在导线端卡具内。
2.1 进电场方式设计
针对带电作业工作实际问题，设计了导线摆渡法，在远离塔身处进行等电位，增加了等电位人员进电场的组合间隙，解决了空间空气间隙有限、进电场组合间隙难以满足要求的问题。
进电场步骤：采用在导线上悬挂作业飞车，作业飞车连接绝缘软梯，作业人员在杆塔井口作业平台处，乘坐绝缘软梯，通过连接的作业飞车滑离杆塔塔身一定距离后，作业人员攀爬软梯进入导线，走线回至绝缘子串处，完成带电作业进电场作业。
2.2 前端卡荷载设计
在设计工器具许用荷载设计时，应结合现场实际情况，因此，以500kV蜀山二线147#带电作业为例，进行典型设计校核后，再对主要技术参数进行极限条件下调整后进行再设计校核，充分考虑设计的工器具的安全性和适用性。
该杆塔塔型为ZMJA51，导线型号为LGJ-500/45，串型为V型，水平档距为454.5m，垂直档距为429m。
根据《带电作业技术规定》《架空输电线路设计》关于直线绝缘子串荷重计算和导线荷载计算的规定，直线绝缘子串主要受到导线的垂直荷载和水平风压比载，因此，直线绝缘子串上的荷重G为直线绝缘子串水平荷载P与垂直荷载Q的矢量和。计算公式如下：
由于G为理论核算值，为了确保带电作业安全，选取工器具的荷载要满足以下要求：工器具的许用荷载，应大于计算绝缘子串荷重乘以1.2倍安全系数。
对上述公式进行计算编程，程序界面如图2所示。
可以看出，绝缘子串所受荷重为2.86T，绝缘子串夹角为90°，因此单串所受荷重为2.0T。
由于绝缘子串荷载主要受导线型号、垂直档距、水平檔距等参数影响，根据极限条件下进行设计，500kV输电线路导线型号为LGJ-500/45，垂直档距调整至1500m，水平档距调整至1000m时，单串绝缘子所受荷重为7T。
根据对工器具制造工艺的了解后，因此，将前端卡的设计许用荷载确定为8T。
2.3 前端卡形式设计
针对500kV输电线路V型串结构特点，充分利用联板结构特点，进行前端卡的形式设计（见图3）。 形式设计主要技术思路及特点如下。
（1）考虑到与绝缘子串处弯头挂板的可靠接触，该处考虑了一个凹槽设计，如图4中1。
（2）考虑到受力均匀，在卡具四周分布螺栓连接，且后端采用了支架进一步增大卡具的受力稳定性，如图4中2。
（3）考虑到绝缘子串两侧安装拉棒，在卡具两端有对称分布长度适宜的卡具“耳朵”。
（4）考虑到卡具连接丝杠和拉棒，设计了一个圆筒形状布置丝杠，且有稳固丝杠的卡环。
（5）设计了单头丝杠进一步减少了丝杠占据的空气间隙，增大了作业的安全性。
（6）考虑到卡具安装的稳固性，在尾端增加了加固的金属尾翼，如图4中3。
2.4 紧线丝杠位置及后端连接形式设计
紧线丝杠通常采用单头丝杠或者双头丝杠，由于双头丝杠的设计多数情况下会短接内部空气间隙，所以采用了单头丝杠的设计。
为了减轻等电位作业人员的劳动强度，一般将紧线丝杠布置在接地端，由塔上电工完成丝杠收紧工作。但是，由于V型串绝缘子接地端金具连接方式差异较大，为了尽量做到工器具的通用性，放弃了在接地端布置丝杠的想法，采用了接地端由通用性和适用性更好的高强度绝缘绳连接，把紧线丝杠布置在带电端。
3 试验验证及效益评估
3.1 试验验证
2013年10月，针对500kV蜀山一线147#中相V串绝缘子自爆缺陷，四川电力检修公司带电作业团队首次实施了带电更换500kV直线V串绝缘子工作，该团队具备了V型绝缘子串更换的能力，填补了国网四川公司500kV直线V串绝缘子斜拉法带电作业的技术空白（见图5）。
3.2 效益评估
2014年7月，500kV蜀山二线73#出现中相自爆3片绝缘子的设备缺陷，根据缺陷判定标准，该缺陷属于严重缺陷，需要紧急处理。如果团队不具备带电作业能力而采用停电方式更换将导致成都地区夏季部分地区拉闸限电，经济和社会效益损失巨大。该次作业的经济效益对照表见表1。
4 结语
该种作业方法针对于传统的500kV“V”型绝缘子垂直提升法存在的安全风险高的问题，进行了专业的技术攻关，研发了一种新型作业方式，针对性地提出了进出电场的作业方法、研制了新型的作业工器具，对500kV“V”型绝缘子带电更换安全提升有极大的促进作用。
参考文献
[1] 张新方.带电更换220kV“V”串絕缘子技术研究[J].云南电力技术，2010，38（1）：79-83.
[2] 张靖宇.紧凑型线路V型绝缘子串带电检修[J].云南电力技术，2011，40（2）：61-62.