特高压交直流输电线路光缆金具更换支架研制

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摘 要：为有效更换特压高交直流输电输电光缆金具，本文以特高压交流1000kV长南Ⅰ线 OPGW光缆175型为例，计算分析了垂直档距在800m时的垂直荷载，通过对提线支架的受力分析、受力计算、型式选择、材料选择等几个方面进行了分析设计，制作了相应的专用工具。现场应用表明：该工具在带电和停电状态均可使用，使用了该工具即可节约高空作业用时，减少了带电作业和停电用时，也显著提高了作业的安全性，有利于提高社会及经济效益，保障了特高压输电网络的安全稳定运行。

关键词：特高压；输电线路；光缆金具；更换支架

中图分类号：TM723 文献标识码：A

电力工业是关系国计民生的基础产业，国家电网公司在认真分析我国电力工业和电网发展现状及趋势的基础上，提出了加快建设由百万伏级交流和800kV级直流系统构成的特高压电网的发展目标。超、特高压输电线路具备超远距离、超大容量、低损耗的送电能力，能够提高资源的开发和利用效率，缓解环保压力，节约宝贵的土地资源，具有显着的经济效益和社会效益。

目前河南省境内有1000kV特高压交流线路2条和±800kV特高压直流线路1条，分别是2009年1月建成的1000kV长南I线、南荆I线和2014年1月投入运行的±800kV天中线，河南省境内合计特高压里程330.787公里。

在输电线路上架设OPGW复合光缆具有两个功能：一是作为电线路的屏蔽线和防雷地线，对输电线路导线抗雷闪放电提供保护，在输电线路发生短路时，起铠装层和屏蔽作用，使短路电流对电网和通信线、铁路、输送管道的干扰降到最小。二是通过符合在地线中的光纤，作为传送光信号的介质，可传播音频、视频、数据和各种控制信号，进行多路宽带通信。

光缆直线线夹是安装在光缆外层，将光缆固定在杆塔地线支架上的连接金具，光缆直线线夹护线条对光缆起到保护作用。但是护线条在电力线路导线电场的作用下，会发生干带电弧放电，引起护线条的电腐蚀。在直击雷和感应雷的作用下，与雷电直接接触的金属因高温而融化的可能性很大，造成光缆直线线夹和护线条损伤。

因此，研制一种更换地线光缆金具的专用工具，对确保特高压电网安全、稳定、可靠运行和保证作业人员作业安全和人身健康、提高运行检修工作的质量和提高效率具有重要意义。

1 工作负荷计算

1.1 光缆相关参数选取

经查阅河南省所运维的特高压交流长南I线、南荆I线和特高压直流天中线的资料专档，确定取最大的OPGW-175型光缆为本次研制设计基准，见表1。

1.2 垂直档距选取

经查阅我省目前运维的特高压交、直流输电线路资料专档，垂直档距在800m以下的占96.73%，因此确定选用垂直档距800m为设计基准。

1.3 工作负荷确定

OPGW-175型光缆（单位重量1183kg/km、缆径17.5mm、全面积为176.47mm2），垂直档距SL垂直和水平档距SL水平均取800m，考虑最大风速10m/s。

1.4 安全系数的选取

根据DL/T 875-2004《输电线路施工机具设计、试验基本要求》，确定3.0倍安全系数，因此该支架破坏负荷不得小于3.0kN。

2工器具设计

2.1 整体结构

根据输电线路施工摇臂抱杆的工作原理，构想了一种适用于更换特高压光缆金具的工具。如图1所示。

2.2 支架生根方式

光缆金具更换提升支架在杆塔光缆地线支架上的安装关系到本项目的实际运用及推广，采取具有通用性的生根方式，是本课题必须解决的问题。

为此我们查阅了除大跨越外所有的直线塔光缆地线支架组装图，并进行现场勘查，取其共性，确定采用在支架底部采用“十”字开口形式与地担支架连接，配合螺栓紧固的方式固定。

2.3 材质的选择

7A04 Al-Zn-Mg-Cu系超高强度铝合金，亦称超硬铝，是超硬铝中相对成熟、使用较久和较广的一个合金，常用于加工带电作业金属工器具。具有以下特点：

2.4 臂展的确定

查阅我国第一条1000kV长南线和±800kV哈郑线光缆组装图进行初步选择，并进行了现场勘察和尺寸量取，确定支架臂展长度不得小于2400mm，避免吊钩安装位置影响悬垂线夹内层护线条的拆装。吊钩需适用于OPGW-175及以下光缆金具如图2所示。

2.5 对更换支架各关键部件材质进行强度校核如图3所示。

（1） 吊钩强度校核

计算步骤略，吊钩A-A截面剪切强度满足。

（2） 校核结论

通过对地线光缆金具更换支架强度计算校核，其强度均满足设计要求，故地线光缆金具更换支架在额定负荷下使用安全可靠如图4所示。

3现场验证

为检验特高压交、直流输电线路光缆金具更换提升支架结构性能，进行了出厂试验，并采用现场试验的方式进行验证。

某省检修公司带电作业班分三组，在所辖±800kV天中线进行了更换光缆悬垂线夹的试验，通过试验结果见表2所示：

由表2可知，使用该工具后，比不用该工具前的作业时间减少了72.99%，从而减少了高空作业所用时间，可有效降低高空作业事故率，保障了特高压输电线路高空作业的安全，对特高压检修技术发展有利。

使用光缆金具更换提升支架更换光缆悬垂线夹所用时间与传统方法作业时间相差较大，采用该工具每次作业减少停电时间，增加效益52.8万元，加上节约人工成本0.02万元，扣除QC成果研制费用，经济效益约为52.8+0.02-12=40.82万元。

现场验证结果表明：在完成该项目现场作业要求的全部安全技术措施后，多个作业小组运用该工具在较短时间内均完成了更换特高压输电线路光缆金具的工作并取得了良好效果；也比采用传统工具作业更加节省时间，此项工具研发成功产生的经济效益和社会效益十分明显。研制的“特高压交、直流输电线路光缆金具更换提升支架”安全和性能指标完全满足设计功能要求。

4结论

（1）提出一种特高压交、直流输电线路更换光缆连接金具的专用工具结构，由两根摇臂、立柱、斜拉杆、底座、铝合金双钩、钢丝绳和吊钩几部分组成。其结构简单，各部件受力分配合理，安装方便、操作简单，经济性好。

（2） 按目前特高压交、直流输电线路采用的最大型号光缆OPGW-175型、光缆悬垂线夹预绞丝长度2300mm、使用负荷为10kN等关键参数综合，确定了该工具适用于特高压输电线路垂直档距在800m以下，提升负荷小于10kN的特高压输电线路直线塔更换光缆金具作业， 96.73%的特高压输电线路直线塔符合使用条件。

（3） 现场应用效果验证了使用该工具可安全、高效开展特高压输电线路光缆金具更换作业。不仅显着减少停电时间，也有效降低了高空作业时间，有利于提高社会及经济效益，既保障了电网稳定，又同时推动了该项目技术的进步与发展。

参考文献

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[2] DL/T 875-2004，输电线路施工机具设计、试验基本要求[S].

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