基于架空输电线路运检的地电...流螺栓组合工具的研制与应用_杨志伟.pdf

/2023.05基于架空输电线路运检的地电位紧固耐张杆塔引流螺栓组合工具的研制与应用杨志伟李晓双吴超(国网吴忠供电公司)摘要:导线引的流线夹长期在过热的情况下运行会引起耐张线夹的烧伤以及变形，会造成导线的损伤和断股等，最终的导致导线断裂，给电网的安全运行埋下了很大的隐患。因此，耐张塔引流螺栓的紧固尤为重要，影响着输电线路的安全可靠运行。关键词:耐张塔;引流螺栓;架空输电线路0引言当前，由于输电线路的不断发展输电线路向着紧凑化发展，这种情况下带电作业中人员在平时检修作业的时候活动空间也变得狭小了，这样使得人工带电作业中会存在极大的不稳定安全隐患，特别是在等电位的作业中存在的安全距离不足等问题1-2。输电线路长期处在户外环境中运行，长时间的风吹振动和个别的施工工艺等问题容易引起引流板连接处的螺栓松动，从而致使了引流板接触不良，导线的引流线夹过热。导线的引流线长期在过热的情况下运行会引起耐张线夹的烧伤以及变形，会造成导线的损伤和断股等，最终的导致导线断裂，给电网的安全运行埋下了很大的隐患，如图 1 2 所示。因此，耐张塔引流螺栓的紧固尤为重要，影响着输电线路的安全3-6。图 1耐张塔引流螺栓位置图 2耐张塔引流螺栓发热引起的后果目前，处理耐张线夹发热一般采用等电位作业方法处理，作业人员必须利用软梯或绝缘硬梯进出电场，安全风险高、劳动强度大，耗时耗力。68电气技术与经济/技术与应用2023.05/1研究目标、内容1.1研究目标架空输电线路运行规程规定，耐张引流螺栓松动引起发热缺陷为危机缺陷，需在 24h 内进行消缺处理。而此类缺陷只能采用等电位进入强电场的方式处理。等电位处理耐张引流螺栓松动的缺陷，安全距离小、作业风险隐患大，耗时耗力。而且现有技术不能实现对单回耐张塔(杆)耐张线夹发热间接作业及同杆塔架设多回路架空输电线路耐张线夹发热缺陷进行带电处理，只能采取申请临时停电处理的方法。这样将降低供电可靠性。因此，研制一种基于架空输电线路运检的地电位紧固耐张杆塔引流螺栓组合工具，能够满足作业安全距离要求，扭矩足够以紧固引流螺栓，能配合绝缘工具实现地电位作业，并且该工具能满足作业人员的使用要求即，轻便、易携带、方便操作。1.2研究内容(1)对工具材料的研究工具材料的研究包括材料的强度、摩擦系数、重量、绝缘性能的研究，达到螺栓紧固到位、便于作业人员携带、可以用于地电位带电作业的需求。(2)对工具功能的研究工具应包含螺栓紧固、拉力传动、接头、操作杆四部分，工具应具备可固定螺栓、快速紧固螺帽、方便拆卸、适应于高空作业等功能，工具功能的研究应包含工具个部分功能及功能验证两部分，确保工具功能满足作业需求。(3)对工具性能的研究工具为满足相应功能，其拉力值、扭力值、重量、有效绝缘长度等性能应满足相关规定，工具性能的研究应包含具体性能的研究和性能测试两部分，其中具体性能研究包括螺栓紧固需要的拉力值，扭力值的研究和地电位带电作业工器具的有效绝缘长度的研究，从而确保项目成果达到预期目标。2研究的方法和技术路线该基于架空输电线路运检的地电位紧固耐张杆塔引流螺栓组合工具的研制将绝缘操作杆、伸缩式的拉力传动结构以及扳手组合，满足以地电位带电作业方式解决引流版连接螺栓松动的问题，该种设计方式可以用于输电线路检修过程中，将解决需要临时停电消除引流螺栓松动缺陷的问题，在保障消缺率同时，降低临时停电消缺的占比，保障了输电线路供电可靠性。任何机体都是同多种零件连接组装起来的，零件的连接有各种各样的，其中采用螺连接就是一种最常用的连接方式，如果采用螺栓连接就必须要拧紧，因而”拧紧”就成了装配工作中所应用的最为广泛的概念。一般零件用螺栓连接的目的就是要使两个被连接的零件紧密贴合，并且为承受一定的动载荷还需要两个被连接零件间具备一定足够的压紧力，才可以确保被连接的零件的可靠性和正常工作。这样的情况下就要求作为连接所用的螺栓，在拧紧后还要具有一定足够的轴向拉应力。这些力的施加，都是依靠“拧紧”才能实现的。在螺栓拧紧时，螺栓总体的受力情况是:螺栓受拉，连接件受压。但是在拧紧螺栓的整个过程中，零件和螺栓受力的大小是不同的，如图 3 所示。图 3零件和螺栓受力情况(1)在刚开始拧紧时，由于螺栓还未靠座，所以压紧力 F 为零，但是由于存在的摩擦力，故扭矩 T能够保持在一个比较小的数值。(2)当螺栓靠座后(Z 点)，才是真正的控紧开始，压紧力 F 和扭矩 T 随着转角 A 的增加而迅速上升。(3)达到屈服点后螺栓开始塑性变形，转角的增加较大，然而压紧力和扭矩却增加较小甚至不变。(4)再继续拧紧螺栓，力矩 T 和压紧力 F 下降，直至螺栓产生断裂。螺栓的拧紧过程，是一个克服摩擦力的过程，其中包含螺纹副的摩擦力及端面摩擦力。通常情况下，90%的扭矩都由于螺纹副摩擦力及端面摩擦力消耗掉了，只有约 10%的扭矩转化为螺栓轴向的夹紧力。理论上，螺栓拧紧过程中的拧紧扭矩 T、螺栓的轴向力 F、摩擦系数及螺纹形状之间有如下关系(式中各项符号的含义见表 1):Tf=Ts+Tw=KFfd(1)K=12d(P+sd2secd+wDw)(2)Ts=Ft2(P+sd2secd)(3)78电气技术与经济/技术与应用/2023.05Tw=(Ft2wDw)(4)Dw=23d3w d3hd2w d2h(5)表 1相关符号含义符号含义符号含义As螺纹公称应力截面积Q紧固系数(Ftmax/Ptmin)Dw支承面摩擦扭矩的等效直径Tt紧固扭矩dk接触的支承面内径Tfy屈服紧固扭矩dw接触的支承面外径Ts螺纹扭矩Ft初始预紧力或预紧力Tw支承面扭矩Ftmax初始预紧力的最大值d螺纹公称直径Ftmin初始预紧力的最小值dA螺纹公称应力截面积的等效直径Fta极限紧固轴力d2螺纹中径Fty屈服紧固轴力a螺纹牙型角K扭矩系数d螺纹牙侧角K螺栓拉伸弹性模量螺纹升角Ke被连接件压缩弹性模录t紧固转角P螺距s螺纹摩擦系数y螺栓的屈服点w支承面摩擦系数螺栓拧紧因素，如图 4 所示。图 4螺栓拧紧因素影响螺栓夹紧力的因素，见表 2。表 2影响螺栓紧力因素摩擦粗糙表面低质量螺纹材料不合适不可靠的装配技术低精度或不合适的工具低质量的螺纹工件精度不够材料与装配设计缺陷不合适的材料组合不合适的装配方法(续)温度不同的膨胀系数不正确的螺栓尺寸错误的拧紧系统夹紧力过高或过低3整体结构基于架空输电线路运检的地电位紧固耐张杆塔引流螺栓组合工具整体结构如图 5 所示，主要部件由六角螺母套筒、减速电机、控制及电源系统、绝缘操作杆几部分组成。其中六角螺母套筒与减速电机输出端相连接，并且由一颗开口销固定。减速电机固定在控制及电源系统外壳上，并且由一 C 型卡箍固定;绝缘操作杆顶端有快速连接扣，与控制及电源系统的外壳88电气技术与经济/技术与应用2023.05/上固定的 C 型卡箍连接;该工具在使用时可选择用合适大小的六角螺母套筒安装固定好，再安装好绝缘操作杆即可，当操作人员拿起绝缘操作杆末端，使得前端六角螺母套筒对准需要紧固的螺母时套入，按下遥控开关，当紧固到预设扭力值后，电机停止，收回该工具，即该颗螺母紧固达到规范要求。1-六角螺母套筒;2-减速电机;3-控制及电源;4-绝缘操作杆图 5整体结构图该装置的六角螺母套筒是可更换的，根据现场目标的需求更换对应的六角螺母套筒;绝缘操作杆为可快速拆卸式的，并且是伸缩式的;该装置控制为遥控，并且该装置再拧紧螺栓时的扭矩是预设的，例如在拧紧 M16 螺栓的时候，该装置就已经预设达到80Nm的时候停止，在拧紧 M20 螺栓的时候，预设达到 100Nm 的时候停止，从而方便作业人员判断螺栓的扭矩。4结束语该工具可应用在地电位紧固耐张杆塔螺栓，并且可带电作业，减少了停电时间，保障了供电的可靠性，并且优化紧固耐张杆塔引流螺栓的作业模式，在绝缘操作杆的保护下能够使得地电位带电作业的方式解决引流板螺栓松动的问题，在输电线路的检修过程中不需要临时停电消除引流板螺栓松动的问题，该种方式不仅保障了消缺的工作效率，还能够降低临时停电消缺的比例，保障了输电线路的运行稳定及可靠性。参考文献 1GB 50233-2014，110kV 750kV 架空输电线路施工及验收规范 S 2刘丙江 解读 国家电网公司电力安全工作规程电力线路部分(试行)J 农村电工，2006，14(9):39-41 3李庆林，褚玉杰 DL/5009.2-2013 电力建设安全工作规 程(第 2 部 分):电 力 线 路 培 训 手 册 M 中国电力出版社，2015 4DL/T 5285-2018，输变电工程架空导线(800mm2以下)及地线液压压接工艺规程 S 5南京电力金具设计研究所 中华人民共和国水利电力部部标准:电力金具 S 北京:中国标准出版社，1984 6董吉谔 电力金具手册 M 北京:水利电力出版社，1987(收稿日期:2023-03-21)98电气技术与经济/技术与应用