輸電線路帶電緊固耐張線夾組合工具研制

周自更 趙樹喆 徐孝強 普忠 陳海東

摘要：針對35～220kV輸電線路帶電處理耐張線夾發熱缺陷的局限性，提出研制輸電線路帶電緊固耐張線夾組合工具的思路，研制并介紹了帶電緊固耐張線夾組合工具的優越性，并探討了作業方法。對35～220kV輸電線路帶電處理耐張線夾發熱缺陷工具更新換代、作業方法發展創新具有極大的推動作用。

關鍵詞：帶電處理、作業方法、發熱缺陷、耐張線夾。

中圖分類號：TM621文獻標識碼： A

1、現狀調查

隨著架空輸電線路的增多、輸電線路負荷的增大，線路耐張線夾發熱的缺陷越來越多。供電企業對供電可靠性的提高，必須對帶電消除耐張線夾發熱缺陷的處理方式進行優化。目前，處理耐張線夾發熱缺陷僅限于等電位作業方法或緊急停電處理，采用等電位方法進行處理，等電位作業人員必須進出強電場，安全風險高、勞動強度大、成本高、效率低。同時，同塔單回及多回垂直排列方式的架空輸電線路尚不能采用等電位作業方法進行處理。緊急停電進行處理，降低供電可靠性，增大電網風險。針對以上兩種作業方式的弊端，同時，為縮短作業時間，提高工作效率，降低作業安全風險，需要研制出一種既能避免停電處理，又能采用帶電方式來處理此項缺陷的工具迫在眉睫。

耐張線夾發熱原因分析：1、負荷增大引起線路設備接觸部位發熱；2、設備陳舊、接頭松動、氧化導致發熱。在一定的電流條件下 ,線夾發熱的嚴重程度主要是由接觸電阻的大小所決定的。隨著導流面的逐漸氧化必然引起線夾連接處接觸電阻的增大，導致過熱。

2013年2月對110kV小牽I回線耐張線夾發熱缺陷進行了帶電處理。用隨機抽樣法從作業記錄中抽取8基塔的作業時間進行統計，結果見表1。

110kV小牽I回線帶電處理耐張線夾發熱缺陷的時間統計表：

桿塔號

關鍵步驟 #6 #8 #10 #16 #19 #98 #99 #101 平均 比例

準備工作 5分 5分 4分 5分 5分 5分 6分 5分 5分 8.3%

上下桿塔 30分 32分 40分 35分 34分 36分 37分 38分 35分 58.3%

懸掛絕緣軟梯 8分 9分 7分 8分 8分 9分 7分 10分 8分 13.4%

進出電場 2分 2分 2分 3分 3分 2分 2分 3分 2分 3.3%

耐張線夾發熱處理 10分 9分 10分 8分 10分 11分 10分 9分 10分 16.7%

合計 55分 57分 63分 59分 60分 63分 62分 65分 60分 100%

表1表明：作業人員對110kV小牽I回線帶電處理耐張線夾發熱缺陷中，懸掛絕緣軟梯及進出電場項目耗時各占到了整個作業時間的13.4%和3.3%，輸電線路帶電緊固耐張線夾組合工具研制成功，實現地電位作業方法處理此項缺陷，就能省去作業人員懸掛絕緣軟梯和進出電場的時間。

2、耐張線夾發熱主要機理

耐張桿塔引流線發熱屬于電流致熱效應缺陷，當載流導體投入運行時，由于存在一定的電阻，必然有一部分電能損耗，從而使載流導體的溫度升高。由此產生的發熱功率為

P=KfI2R

式中，P為發熱功率（W）；I為通過的電流強度（A）；R為載流導體的直流電阻（?）；Kf為附加損耗系數，表明在交流電路中及趨膚效應和鄰近效應時而使電阻增大的系數。

（1）接觸電阻的大小及與溫度之間的關系

接觸電阻Rj 的大小可以用經驗公式表示

Rj=(K/Fn)×10-3

式中，F為接觸壓力（Kg）；K為與接觸材料和接觸面形狀有關的系數，取0.07～0.1之間；n為取決于接觸形式的指數（在0.5～0.75之間）

（2）接觸電阻Rj 與溫度之間的關系

Rj=Rj0(1+2/3×a×t)

式中，Rj0 為在溫度為0℃時的接觸電阻值（?）；a為接觸金屬的電阻溫度系數（1/℃）；t為工作溫度（℃）。

通過上述分析，輸電線路中的各種連接件在理想情況下，接觸電阻低于相連接導線部位的電阻，連接部位的損耗發熱不會高于相鄰載流導體的發熱。只有在接觸電阻異常且電流通過時，才會產生發熱缺陷，并且接觸電阻隨溫度的變化而變化，當接觸部分溫度達到70℃以上時，金屬氧化開始劇烈，氧化后生成物使接觸電阻增加更為迅速，甚至引起惡性循環，接觸部位會進一步過熱，導致燒毀。

3、新工具的研制

帶電緊固耐張線夾組合工具主要解決的問題是：現有技術不能實現對單回耐張塔（桿）耐張線夾發熱間接作業及同塔多回垂直排列方式的架空輸電線路耐張線夾發熱缺陷進行帶電處理。

技術方案：此工具是在棘輪扳手手柄處安裝可滑動的夾具或在套筒扳手手柄處安裝固定的夾具，與絕緣操作桿組裝連接后，對耐張線夾螺栓進行帶電緊固的一種新工具。該工具主要由絕緣操作桿、棘輪扳手、套筒扳手、套筒、夾具、穿心螺栓組成。帶電緊固耐張線夾組合工具利用杠桿傳遞原理將棘輪扳手或套筒扳手的力臂轉向并延長，使人員只需站立在鐵塔上就能對長距離的螺栓進行緊固。采用此工具能避免人員進入強電場，降低了作業風險；減少了作業人數，降低了成本和作業人員的勞動強度。

附圖說明：

圖1是 棘輪扳手組合工具設計圖；

圖2是 套筒扳手組合工具設計圖；

圖3是 棘輪扳手組裝圖；

圖4是 套筒扳手組裝圖；

圖中，1.絕緣操作桿 2.夾具 3.穿心螺栓 4.套筒 5.套筒扳手6.棘輪扳手。

圖1

圖2

圖3

圖4

帶電緊固耐張線夾組合工具包括有：

絕緣操作桿（2套、8截）、夾具（6片）、棘輪扳手（M24、M21、M18）各2把、套筒扳手（2把）、套筒（M24、M21、M18）各2套、穿心螺栓（2個）

見圖1，第一種具體的組裝方式是：棘輪扳手組合工具，將4截絕緣操作桿兩端旋口依次組裝，穿心螺栓與夾具一端連接組裝在絕緣操作桿頂端的夾具槽內，夾具另一端與棘輪扳手手柄處活動連接。

見圖2，第二種具體的組裝方式是：套筒扳手組合工具，將4截絕緣操作桿兩端旋口依次組裝，穿心螺栓與夾具一端連接組裝在絕緣操作桿頂端的夾具槽內，夾具另一端與套筒扳手手柄處固定連接，套筒安裝在套筒扳手頂端卡槽。

六角頭螺栓—全螺紋—C級規范

M24螺栓

根據杠桿原理：設螺栓上的力為F1=2000N推力F2

根據查表得：螺栓力臂為r=1.2cm

最長斜邊為R=24.36cm

最大推力斜角為θ=60°

F1r=F2R

2000N*1.2=F2max*Rcos60° 得F2max =197N

2000N*1.2=F2min*R 得F2min =98.5N

M18螺栓 2000N*0.9=F2max*Rcos60° 得F2max =147.75N

2000N*0.9=F2min*R 得F2min =73.875N

M21螺栓 2000N*10.5=F2max*Rcos60° 得F2max =172.375N

2000N*10.5=F2min*R 得F2min =86.1875N

M18 M21 M24

F2max 147.75 172.375 197

F2min 73.875 86.1875 98.5

結論：帶電緊固耐張線夾組合工具符合人體用力大小

4、實施效果

有益效果：此工具將解決單回耐張耐張線夾發熱間接作業及同塔多回垂直排列方式的架空輸電線路帶電耐張線夾發熱缺陷的處理。利用此工具進行帶電耐張線夾發熱缺陷處理，減少了作業人員和工器具的投入、降低了作業人員的勞動強度及作業風險、提高了效率、降低了成本，同時提高了供電可靠率，減少了停電次數。

2013年9月，在220kV馬埂線保供電巡視過程中，紅外測溫發現#5塔中相小號側耐張線夾發熱溫度83℃。此缺陷為緊急缺陷，11時25分，搶修人員到達現場，利用帶電緊固耐張線夾組合工具對發熱部位進行了處理。

下圖為處理前后測溫照片對比：

（圖1 處理前測溫圖片）（圖2 處理后測溫圖片）

從上圖可以看出經處理后的耐張線夾從先前的83℃降到了24℃，處理效果明顯有效。

2013年8月帶電緊固耐張線夾組合工具投入使用以來，共計處理耐張線夾發熱缺陷10起，減少停電時間35小時，同比多供電量342.72萬千瓦時，有效提高了線路的供電可靠性，大大提高了輸電線路的可用系數，取得了很好的經濟性并縮短了處理耐張線夾發熱的時間，確保了電網的安全穩定運行。

參考文獻：

[1] DL/T 59-1996 電力設備預防性試驗規程

[2] 董吉諤 電力金具手冊 北京 中國電力出版社 2010.1

[3]陳家斌 電力架空線路運行維護與帶電作業 北京中國水利水電出版社 2006.1

[4]王清葵 送電線路運行和檢修 北京 中國電力出版社2003.12