带电更换高压输电线路耐张塔绝缘子智能方法研究

广东电网有限责任公司潮州供电局 黄远峰

1.1 耐张塔绝缘子概念

耐张塔绝缘子作为输电线路重要组成部分，主要包括陶瓷耐张塔绝缘子、复合耐张塔绝缘子与玻璃耐张塔绝缘子等类型。其作用在于在每根导线位置不变的基础上，对带电导线与地面进行有效隔离，达到高压电瓷绝缘效果，提升输电线路环境的安全。

1.2 耐张塔绝缘子用途

耐张塔绝缘子与悬式绝缘子相比，不仅需要承受线路的重力，还需要承受架空线路的张力，因此，耐张塔绝缘子主要用于线路末端和线路需要拐弯的铁塔上，即终端塔、转角塔和耐张塔。

2.1 更换效益提升

目前高压输电线路上带电作业方法主要分为两类，分别是地电位作业和等电位作业。等电位作业法一般在变电站及配电线路上进行，而本文中着重分析地电位作业法。即人体处于地（零）电位状态下，使用绝缘工具间接接触带电设备，达到检修或者更换零件的方法。这种方式能够灵活应对各种搭建尺寸的高压线线路，根据送受端各省用电需求、电源结构和布局优化思路，统筹输电走廊和路径。经计算，2020年，东中部12个省份受入电力最优规模为3.5 亿kW，与2011～2020年10年间的工作效率相比较，新增电力流2.88 亿kW，较好地解决了大气污染治理新增的电力流需求。

目前，为了加快2020年后的电力运输建设，东中部跨省跨区输电能力大约9000 万kW，包括在建、取得路条跨区输电工程以及国家大气污染防治行动计划提出的国家电网公司、南方电网公司经营区，达到11个输电通道。在节省煤炭作为动力资源的清洁计划下，预计跨省跨区输电能力达约1.92 亿kW，但特高压电网建设仍然有较大发展空间。

2.2 更换技术现状

在带电更换高压输电线路耐张塔绝缘子工作中，用一根钢筋替换整排绝缘子或封闭式端子是比较常见的更换方式。在实际更换时，不仅需要考虑安全系数因素，还需要考虑影响系数。当前最新电压绝缘体型号最大负载力是435.6kN。如果设备计算机超过规定损坏负荷载状态下，常规操作下的绝缘子更换会使得端子类型超出规定值。

现阶段设备基础不能满足技术参数和要求，设备厚度和尺寸需要进行对应增加，考虑螺钉、螺栓等部位固定操作因素的影响，当电压出现增大情况时，不仅会增加安装难度，还会增加作业人员劳动强度，导致带电作业中安全隐患增加，影响工人带电更换作业中的安全性。

2.3 传统更换运力中卡具受力分析

在传统耐张塔绝缘子带电更换方法中，卡具受力情况可以分为三种情况，包括双绞线绝缘子替换一系列绝缘子的双棒、刀架取代整个系列绝缘子和整体式绝缘子更换。其中整个绝缘层由双拉杆代替，紧双绞线绝缘子替换一系列绝缘子的双棒如图1所示。绝缘体电压分别由绝缘体和导体构成，一般可以提供20%的牵引力。

图1 紧双绞线绝缘子替换一系列绝缘子的双棒

隔离装置由双拉杆代替，并且两个拉杆代表力不平衡，当线张力为T时，装置最大拉力为：

刀架取代整个系列绝缘子方式，最大拉力为：

整体式绝缘子更换方式时候，受力情况需要考虑双绝缘和双螺杆不平衡因素，最大拉力为：

对带电更换高压输电线路耐张塔绝缘子中存在危险点分析。

一是环境因素危险点。耐张塔绝缘子带电更换由于所处环境和实际操作因素影响，本身就带有一定危险性。当作业地点海拔过高时，需要对实际空间间隙、绝缘工具安全距离与长度、绝缘子片数等内容进行详细计算。经工程师批准后执行，确保带电更换作业的安全性。在实际作业时，还需要考虑极端天气因素的影响，不仅需要在空气湿度小于80%的天气情况下进行，还需要避免在雷雨天气和极端风力条件下进行带电更换作业，确保玻璃绝缘子带电更换作业的安全性[1]。

二是带电更换作业前准备危险点。在耐张绝缘带电更换时，作业前准确因素也是影响作业安全性的关键。主要是围绕相关安全规定，在作业前绝缘子串进行带电检测，并对杆塔作业人员和带电体之间安全距离与绝缘受力工具有效安全长度进行规划设计，确保带电更换作业安全性。

三是带电更换作业操作因素危险点。主要是在耐张塔绝缘子带电更换作业中，对作业人员操作进行规范，如导线绝缘子串未摘开前，严禁作业人员徒手进行绝缘子串联接，避免出现电击等安全隐患问题。

在带电更换高压输电线路耐张塔绝缘子作业过程中，为提升作业效果和安全性，针对目前耐张塔绝缘子带电更换作业特点和实际危险点，依托智能化思路进行优化，在不影响作业效果的同时，一定程度上降低了人工参与，推动带电更换高压输电线路耐张塔绝缘子作业的安全稳定。

3.1 更换方法智能化改进

为了降低高压输电线路的危险性，在实际工作中对围绕替代整体绝缘子智能化思路进行改进。改进后，不仅降低了作业人员的劳动强度，而且提升了作业人员的工作效率和安全性。

带电更换原理主要是通过将耐张塔绝缘子和机械螺钉相结合，对两端绝缘子进行替代后拆下螺钉，以此完成耐张塔绝缘子整体替换。

在实际的更换步骤中，对于平原地区输电任务较重的1000kV 绝缘子和一些比较大的电压而言，可以引入一种替代整体绝缘子的方法，做到智能化管理，进而更换整个系列的绝缘子。为了提高工作效率，采用1000kV 以上的高压输电线路作为主要运输材料时，高压输电线路的负载要远大于500kV，而电力在运输过程中难免出现损耗，所以500kV 的高压输电线路单芯片隔离比其他的单芯片大得多，传输负载存在困难。在准备好作业所需要的专业工具后，运用将耐张塔绝缘子与机械螺钉相结合的方法，通过拆下螺钉，整体绝缘子在大卡具的作用力模式下，电压通过线夹的运输能够降低电力运输的15%，通过绝缘拉杆进行传递。

在更换绝缘体时，线夹由闭合夹具和全夹具共同起作用，按照T463-2006绝缘体的应用方法计算器件的最大负载，当出现（240+315）kN=555kN的形式时，满足在kN>组合最大负载的模式下的运行内容，即提高了设备的功率要求。

3.2 自走式带电更换高压输电线路耐张塔绝缘子工具应用

在进行带电更换高压输电线路耐张塔绝缘子智能方法研究时，除了更换方法的智能化改进以外，还需要强化对更换工具的研发和应用。实际分析时，以整串耐张塔绝缘子带电更换作业模式为基础，高压输电线路化工技术导线与金具串轴向扭转如图2所示，通过基于行走电机和槽轮作用，实现带电更换高压输电线路耐张绝缘自走工具智能化改进，以此推动带电更换高压输电线路耐张塔绝缘子优化与安全性能提升。

图2 高压输电线路化工技术导线与金具串轴向扭转

工具主要由壳体、壳体内腔、缓冲杆、行走电机、行走槽轮和移动座等部分组成，壳体内部安装移驱动电机，移动座上安装摆臂转动装置和摆臂。在实际应用时，利用吊机把自走式带电更换绝缘子工具悬挂到架空线路上，吊装时要注意不能与线路发生缠绕，并对跨越转轴位置进行对齐，实际操作更换时，基于设备摄像头中显示图像，通过遥控对控制箱进行控制，实现自走式更换工具在架空线路的移动，结合摆臂控制，以此完成整串或单片耐张塔绝缘子串带电更换，从而有效增强带电更换高压输电线路耐张塔绝缘子中的安全性。

3.3 智能带电更换高压输电线路耐张塔绝缘子机器人

耐张塔绝缘子作为连接高压输电线路杆塔与输电线绝缘体，不仅需要具备良好机械特性，还需要具备良好的绝缘性能。但由于受到耐张塔绝缘子运行环境影响，在长期电压作用和露天环境因素影响下，耐张塔绝缘子故障与更换频繁问题依然严峻。因此，为确保带电更换高压输电线路耐张塔绝缘子作业效果，提升供电稳定性能。针对传统状态下带电更换高压输电线路耐张塔绝缘子危险点，基于智能化思路进行优化，在强化带电更换作业效果的同时，有效提升作业安全性。

耐张绝缘体检测机器人的研究主要针对传统坐骑式耐张绝缘体检测，由于绝缘子外表防污闪涂料比较薄，容易出现破坏和失效问题，人工绝缘杆测试虽然可以避免对涂料破坏，但是检测的效率比较低，所以自动化、智能化可带电测试检测仪器的研发尤为关键。实际研发时，通过基于主动驱动功能、沿耐张塔双串自动爬行、自动检测能力和逐片移动检测等功能内容进行研发，其核心部件包括智能控制中枢、绝缘子检测子系统、驱动行走子系统、视频图形采集子系统等内容，实现无人化耐张塔绝缘子阻值检测，为后续带电更换作业提供基础。运行时，机器人利用携带智能绝缘子检测仪，根据既定程序与绝缘子实际间隔距离进行行动规划，即越过一片后停止移动开展下一片检测，并通过传感器把检测结果录入到系统之中。

检测机器人增添绝缘子更换功能，主要通过增设新、旧耐张塔绝缘子携带仓、机械手臂等构件模块，并在智能控制中枢中规划损坏绝缘子拆卸、损坏绝缘子入仓、新绝缘子出仓抓取、绝缘子安装等功能与程序。基于原有绝缘子检测基础，根据检测情况反馈控制中枢，经过控制中枢比对，自主下达更换程序，完成对高压输电线耐张塔绝缘子带电更换，在提升带电更换作业规范性和操作效率的同时，增强了带电更换作业安全性。

带电更换高压输电线路耐张塔绝缘子作为实现供电不间断维修提升供电稳定性的关键，其智能化方向研究不仅能够有效提升操作的效率与效果，还可以弱化带电更换作业中安全隐患。同时，可以提高电网的安全可靠性，延长供电和电网运维周期，减少企业的维修成本、缩短停电时间，保证电网的供电有效性。