架空输电线路鼠夹式分流器的研制与应用_课题研究_机械工业北京电工技术经济研究所

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架空输电线路鼠夹式分流器的研制与应用

作者: ​姚磊  来源:(国网北京市电力公司) 时间:2020-11-13

摘要:当电网负荷较大时,如果架空输电线路耐张杆塔的引流线和液压型耐张线夹之间的连接板(引流板)施工工艺较差,或因长期运行螺栓松动、进入杂质等原因,很容易出现引流板发热现象,严重时温度可达300℃以上,极有可能造成引流板熔断的线路掉闸事故,严重影响线路的安全运行。本文首先介绍了以往处理此类问题的方法及其存在的诸多缺点,然后详细阐述了鼠夹式分流器的研制过程,并结合实际应用案例进行了效果分析,最后对鼠夹式分流器的研制与应用工作进行了归纳总结,展望了推广前景,并提出了进一步改进意见。

关键词:输电;鼠夹式;分流器;研制

0   引言

以往处理此类引流板高温缺陷所采用的方法是:作业人员通过绝缘平梯、绝缘软梯等工具进入带电导线端,用安普线夹固定一段导线将发热的引流板短接,新附短接线起到分流作用,达到降低温度的目的。人员进电位固定短接线作业工作量大、工作时间长、操作复杂、人员风险大。为提高此类缺陷处理效率、简化操作步骤、降低人员风险,我们借鉴捕鼠夹子的构造,研发了鼠夹式分流器,可以适用于35-220kV架空输电线路各种常用导线型号,避免了人员进入电场的高风险作业方式,只需两人在塔上配合,使用绝缘操作杆及专用工具便可快速安装,快速、安全地消除此类引流板高温的危重缺陷。

1鼠夹式分流器的研制

1.1结构设计

想要实现地电位作业安装,分流器对导线的夹持装置应采用人工或自动化设计,首先我们考虑使用螺栓型(见图1),将分流器搭在合适位置后,塔上配合人员使用绝缘操作杆及与杆头连接的万向棘轮扳手,通过紧固螺栓将分流器夹持装置逐渐压紧导线。经现场实际试验操作,该方式可达到处缺目的,但是塔上配合较为复杂,并且螺栓紧固后长期运行可能出现松动情况,分流效果不能可靠保证。

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1 螺栓型分流器试验样品

然后,我们研究了遥控电动方式(见图2),遥控电动方式采用了机械技术、自动控制技术、无线遥控技术和传感技术,主要结构包括微型直流电机、三级齿轮减速机构、铝合金挂钩、锁紧杆、微控制器、锁紧力检测电路、锁紧控制电路、控制接收电路、充电管理电路、高容量大功率锂电池、不锈钢外壳及遥控器等部分。该方式解决了人力紧固分流器夹持装置螺栓夹持力不足及后期松动的问题,但是该装置生产工艺复杂、成本高,内置电池寿命仅为1年,后期拆除时应外接电源充电。

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2 遥控电动方式分流器设计图

最后,我们在捕鼠夹子上找到灵感,分流器夹持装置采用触发弹射方式夹持导线,并通过一套专用工具可同时实现快速安装与拆除功能。分流器夹持装置的开口大小应按照常用导线型号外径(详见表1)确定,适用于LGJ-240LGJ-300LGJ-400三种常用导线型号,所以夹持装置在闭合状态下的内径应小于21.6mm,最大开口应大于29.14mm(见图3。整套分流器(见图4主要由三部分组成:夹持装置1、夹持装置2、软铜线,夹持装置12对称布置,之间由软铜线相连。单个夹持装置由两片夹持板、夹持板背压弹簧、底座、软铜线连接孔组成。

1  35-220 kV架空输电线路常用导线型号外径参数

序号

导线型号

外径/mm

1

LGJ-240/30

21.6

2

LGJ-240/40

21.66

3

LGJ-240/55

22.4

4

LGJ-300/15

23.01

5

LGJ-300/20

23.43

6

LGJ-300/25

23.76

7

LGJ-300/40

23.94

8

LGJ-300/50

24.26

9

LGJ-300/70

25.2

10

LGJ-400/20

26.91

11

LGJ-400/25

26.64

12

LGJ-400/35

26.82

13

LGJ-400/50

27.63

14

LGJ-400/65

28

15

LGJ-400/95

29.14

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3 鼠夹式分流器夹持装置设计图

image.png

4 整套鼠夹式分流器设计图

1.2导电性能分析

采用上述鼠夹式结构,为了具有良好的导电性能,我们主要从三个方面考虑:

1)增加分流器夹持装置与导线之间的接触面积。首先将两片夹持板纵向做成与导线弧度基本一致的弧形,然后在夹持板内侧及底座上附衬软铜片,使软铜片完全紧压在导线上,经计算(详见表2)每片夹持板长度应大于81.45mm,最后确定为100mm

2 夹持板长度理论计算值

序号

导线型号

外径/mm

周长/mm

70℃载流量/A

铜-铝电流密度A/mm2

夹持板理论长度/mm

1

LGJ-240/30

21.6

67.86

445

0.155

42.31

2

LGJ-240/40

21.66

67.86

440

0.155

41.83

3

LGJ-240/55

22.4

67.86

445

0.155

42.31

4

LGJ-300/15

23.01

67.86

495

0.155

47.06

5

LGJ-300/20

23.43

67.86

502

0.155

47.73

6

LGJ-300/25

23.76

67.86

505

0.155

48.01

7

LGJ-300/40

23.94

67.86

503

0.155

47.82

8

LGJ-300/50

24.26

67.86

504

0.155

47.92

9

LGJ-300/70

25.2

67.86

512

0.155

48.68

10

LGJ-400/20

26.91

67.86

575

0.155

54.67

11

LGJ-400/25

26.64

67.86

584

0.155

55.52

12

LGJ-400/35

26.82

67.86

583

0.155

55.43

13

LGJ-400/50

27.63

67.86

592

0.155

56.28

14

LGJ-400/65

28

67.86

597

0.155

56.76

15

LGJ-400/95

29.14

67.86

608

0.11

81.45

2)适当加粗夹持装置12之间软铜线。通过查询常用导线的最大载流量为608A(型号LGJ-400/95),输电线路一般运行电流不超过最大载流量的80%,且原引流板发热后仍具备50%的分流能力,所以软铜线载流量应大于243.2A,最终选择截面为50mm2的软铜线(安全载流量为250A),足以满足最大导线型号的分流要求。同时,软铜线与分流器的连接尽量采用长螺纹方式,保证铜-铝接触面的导流效果。若螺杆与夹持装置总接触面积为S,螺纹长度计算见公式1-3

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其中,S1为螺杆头部面积,S2为螺纹牙部表面积,a为螺纹内径,b为螺纹外径,d为螺纹长度,c为螺距。实际选用螺杆相关参数为a=14b=15.5c=2,计算可得S1=154mm2。按照50 mm2软铜线最大安全载流量计算,铜-铝接触面积不小于1613 mm2-铝电流密度取0.155A/mm2),从而得出软铜线与夹持装置连接的螺杆螺纹长度应大于37mm,最终选用长度40mm

3)加大夹持板对导线的夹持力。在夹持板背面设置高强度弹簧,在夹持装置被触发后,弹簧回弹将夹持板及内侧附衬软铜片紧压在导线上,尽量减小接触电阻值,同时可长期保持高强度压紧状态不松弛。按照上述思路设计后,我们用实测法测量了分流器与导线固定后的整体电阻值,测量结果见表3。在电流250A时,整套分流器发热功率为18.75W(导线打磨后),发热量可即刻散发至空气中,忽略不计。

3 分流器与导线固定后整体电阻实测值

序号

导线打磨前夹持/

导线打磨后夹持/

第1次测量

1

0.2

第2次测量

0.9

0.3

第3次测量

1.1

0.4

平均值

1

0.3

1.3安装方

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