摘要： 文章介绍了利用新型泡沫填充绝缘管设计绝缘拉杆及托瓶架，并采用专用卡具使绝缘子串在托瓶架的支撑下成为整体的方法，彻底解决了500 kV“V”形绝缘子串无法整串带电更换的难题。文章计算、设计并校核了卡具各部分的应力，均达到了需用范围。
关键词： 带电作业；“V”形绝缘子串；绝缘拉杆；托瓶架；更换绝缘子串 1 课题的提出
随着500 kV线路日趋成熟，为了降低铁塔钢材指标、降低造价、减少中相风偏，目前在500 kV输电线路中大量使用了“V”形绝缘子串结构。由于“V”形绝缘子串有一定的角度，当提升导线时，绝缘子串受自身重力影响使整串绝缘子形成弓形而无法脱离上、下挂点，这给对“V”形绝缘子串进行带电检修维护作业带来了一定的困难。为了解决这一问题，华北电力科学研究院成功研制出了带电更换500 kV“V”形绝缘子串的方法及工具。
2 设计思路
采用新型泡沫填充绝缘管设计绝缘拉杆及托瓶架，并设计专用卡具，“V”形绝缘子串在托瓶架的支撑下成为整体，从而使其上、下挂点得以顺利摘脱。在这个方案的基础上，只要解决了两端卡具的问题，其他问题就可顺利解决。“V”形绝缘子串安装结构示意见图1。
图1 “V”形绝缘子串安装结构示意图
3 “V”形绝缘子串卡具机械计算
3.1 已知条件
导线规格 LGJ-400／50
计算截面 S＝467.2 mm2
水平档距 L=400 m
垂直档距 Lch=600 m
风速 v=10 m/s
3.2 荷载计算
根据上述条件，查导线的荷载表可得：
单位比重g1=3.55×10-3 kg/（m·mm2）
4根导线的单位比重g4=0.412×10-3 kg/（m·mm2）
综合比载
单根导线荷载T1＝SLg6
＝467.2×600×3.573×10-3
＝1 001.7（kg）
4根导线荷载T4＝4007 kg
每串绝缘子荷载T′ 1／2＝T4/2＝2 004(kg)
“V”形绝缘子串的夹角为90°，斜率为1.4。
每串绝缘子斜荷载为T1／2=1.4 T1／2＝2 805(kg)
当安全系数K＝3.0时，卡具破坏力TB=3T1／2=3×2 805=8 415(kg)
由于绝缘拉杆为双杆，故每根绝缘拉杆破坏力TLB＝TB/2=4 208(kg)
出厂试验时K=2.5
出厂试验荷载 卡具荷载TK＝7 013 kg
拉杆荷载TL＝3 507 kg
3.3 卡具强度验算
3.3.1 后卡
后卡的结构示意图见图2。
图2 后卡的结构图示意图
(1) 断面选取。
弯矩Mn=P(L-a)/4=4 208×(430-130)/4=63 100(kg·mm)
断面的面积Wm=2bh2/6=2×30×592/6=34 810(m2)(包含下层螺栓)
Mm/Wm=91 500/34 810=2.63(kg/mm2)≤40 kg/mm2(材料允许应力值),所以断面选取安全可靠，有一定余度。
(2) 端孔剪切。
端孔的截面积Sd=2(a-d)b=2×(60-18.5)×22=1 826(mm2)
KP/Sd=0.8×8 415/1 826=3.7(kg/mm2)≤20 kg/mm2(端孔剪切应力允许值)
式中,安全系数K＝0.8，剪切力P=8 415。
(3) 端孔挤压。
Sd＝2db＝2×18.5×22＝814(mm2)
KP/Sd=8 415×1.0/814=10.34(kg/mm2)≤40kg/mm2(端孔挤压应力允许值)
结论：后卡安全余度较大，但考虑材料性能及工艺的分散性，暂不减少断面尺寸。
3.3.2 前卡（分离式联报卡）
前卡结构示意图见图3。
图3 前卡结构示意图
(1） 弯曲强度。
弯矩Ma=P(L-δ-2b)/4
=8 415×(430-22-2×22)/4
=8 415×364/4=765 765(kg·mm)
面积Wa=bh2/6=22×802/6=23 467(mm2)
Ma/Wa=765 765/23 467=32≤40 kg/mm2(弯曲强度允许值)
（2) 螺孔剪切。
S=2(a-d)b=2×(40-18)×20=880(mm2)
P/S=8 415/880=9.56(kg/mm2)≤20 kg/mm2(螺孔剪切应力允许值)
（3) 螺栓拉伸。
T=P(L-d)/8H=8 415(430-22)/（8×143）
=3 001(kg)
S=πd2/4=π×162/4=201(mm2)
因此，K1T/S=1.2×3 001/201=17.92(kg/mm2)≤60kg/mm2(螺栓拉伸应力允许值)
（4) 端孔剪切。
S=2(a-d)b=2×(80-2×12)×10=1 120(mm2)
P/S=8 415/1 120=7.5(kg/mm2)≤20kg/mm2(端孔剪切应力允许值)
（5) 端孔挤压。
S=4ab=4×12×10=480(mm2)
P/S=8 415/480=17.53(kg/mm2)≤40kg/mm2(端孔挤压应力允许值)
结论：分离卡断面选择有一定余度。
3.3.3 螺栓连接绝缘拉杆强度验算
管材为32×4圆管,孔为双孔。
(1) 拉伸强度。
S=π/4×(D2-d2)-d1(D-d)
=π/4×(322-242)-12×(32-24)
=276.5(mm2)
式中，D为拉管的外径，mm；d为拉管的内径,mm。
P/2S=8 415/（2×276.5）=15.2(kg/mm2)≤60kg/mm2(拉伸强度允许值)，所以抗拉强度余度较大。
（2) 剪切强度。
S=2(D-d)t=2×(32-24)×80
=1 280(mm2)
P/S=8 415/1 280=6.57(kg/mm2)≤10kg/mm2(剪切强度允许值)
式中，t为连接处高度。
（3) 挤压强度。
S=2×(D-d)d1=2×(32-24)×12=192(mm2)
P/S=8 415/192=43.8(kg/mm2)≤70 kg/mm2(挤压强度允许值)
通过计算，设计并校核卡具各部分的应力，均达到了需用范围。该设计的绝缘拉杆采用的是陕西秦川电力器材实业有限公司生产的32泡沫填充绝缘杆，其拉力和绝缘性能完全可以达到设计要求，此处不再进行验算。
4 结论
500 kV“V”形绝缘子串带电更换工具通过设计、试验、试运行、再修改加工等工作，达到设计要求，于2004年12月在山西500 kV临城线156号塔上进行了现场实际线路试用，完全达到现场使用要求，现场实际作业情况见图4。并于2005年1月在山西太原通过了全国带电作业技术专家的技术评审，专家们一致认为此项目填补了国内空白，达到了国内领先水平。
图4 带电更换500 kV “V”形绝缘子串现场作业情况
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