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摘 要：近年来，新建的500千伏线路多为4×630导线，而早期带电作业工艺和工具均按照4×400导线进行设计，已多次发生了由于技术工艺和工具不满足要求而不能实施带电作业改用停电作业的实例。导线型号大于4×400的500千伏线路称之为500千伏大张力线路，本文主要论述500千伏大张力线路带电作业的关键工艺和工具的研制方案。
关键词：500千伏；大张力；带电作业；新型工器具
1 国内外研究水平综述
经过调研，无论国家电网各供电公司还是南方电网各供电公司或者生产承力类带电作业工具的知名生产厂，对大张力承力工具和发力工具基本沿用原来的工具结构和工艺流程，只是简单增加其额定荷载，在使用过程暴露出的问题很多，主要是：
（1）发力工具单元可以承受其额定荷载，但无法在额定荷载作用下实现发力收紧功能，有单位曾通过加长操作力臂强行操作，结果造成发力工具变形损坏。这是由于常规发力工具的结构特性所决定的。
（2）整套工具笨重，不灵活，非常不利于带电作业的开展进行。这也是由于常规承力工具的结构特性所决定的。
目前整个带电作业工具行业未见有专门针对大张力线路的承力工具和发力工具，仅见部分以小代大的老式工具。
2 工具研究
本项目就是针对大张力线路的运行张力参数，研制大张力线路承力类带电作业工具，主要是在承力强度和发力单元的结构形式上突破，该系列工具应具有大张力、高强度、轻便性和通用性的特点。运用新材料新工艺研制符合要求的三大关键工具：拉板、卡具和发力工具（丝杠）。拉板改变传统的硬质拉板结构，改用柔性拉具，满足高强度和轻便性的要求；卡具采用钛合金TC4材质，减轻了卡具重量，提高了卡具强度，便于安装使用；发力工具抛弃了常规的单丝杠形式，改用丝杠加液压的组合式结构，丝杠用于预收紧吸收多余的行程，液压机构提供有效工作行程，既利用了丝杠在未受力和轻微受力时的轻便性，又利用液压机构实现以较小的操作力完成额定工作负荷时的紧力作业，为500千伏大张力线路带电作业提供了可靠轻便的紧力工具。液压机构采用“间隙节流装置”解决了液压机构的行程微调难题，整体设计采用了“钢珠密封双阀口技术”大幅度提高了液压机构的可靠性和耐用性。额定工作负荷45kN，适用于80kN级卡具，手柄操作力仅为19.7kg。
2.1钛合金卡具的研究
采用原位合成技术结合热加工工艺，建立成分设计-制备成型-组织控制-服役性能之间的关系，形成高强韧钛基复合材料的制备加工工艺方法，发展承载能力达到150kN的高强韧钛基复合材料，满足电力工业金具材料的设计选材要求。具体研究内容包括：（1）优化化学成分配比；（2）确定合理的铸锭生产工艺，确定出制备电极、熔炼等关键工序的主要工艺参数，确保铸锭冶金质量；（3）建立材料塑性变形与组织性能的结构关系，揭示塑性变形过程中组织演变的动力学控制机制，优化钛基复合材料的热加工工艺。
按钛合金退火后的组织特点，我国工业钛合金牌号分别为α型命名为TA，将β型命名为TB；将α+β型命名为TC；后面分别加合金牌号。本项目选用α+β型钛合金的TC4，是因为其高低温比强度均好，尤其是低温比强度最优，适用于带电作业卡具制造和使用。
2.2 液压紧线器的研究
采用丝杠加液压机构的组合式结构，丝杠用于预收紧吸收多余的行程，液压机构提供有效工作行程，既利用了丝杠在未受力和轻微受力时的轻便性，又利用液压机构实现以较小的操作力完成额定工作负荷时的紧力作业，为500千伏大张力线路带电作业提供了可靠轻便的紧力工具。液压机构采用“间隙节流装置”解决了液压机构的行程微调难题，整体设计采用了“钢珠密封双阀口技术”大幅度提高了液压机构的可靠性和耐用性。额定工作负荷45kN，适用于80kN级卡具，手柄操作力仅为19.7kg。
传统的旧式液压紧线器没有设计活塞杆在高压情况下的微调功能，对工作人员更换摘取部件十分不利。为解决此难点，针对性设计了“间隙节流装置”。传统的液压紧线器在活塞杆伸出复位时均系手工拉出，费力又费时，此次设计了一套“自动复位装置”，以摆脱了手工作业之累。在密封技术上突破性地采用耐油胶料制作的45°分模面的“O”型圈，摈弃了传统180°分模面的 “O”型密封圈。由于它的分模面不在筒体和活塞杆的表面，并且采用了合理的压缩量和配合间隙，提高了产品的密封性能，杜绝了渗油。
2.3 高强度柔性绝缘拉棒的研究
传统的带电作业拉棒是均是硬质拉板结构，由有机玻璃纤维与环氧酚醛树脂热聚合制成，抗拉强度低，理论值300-600Mpa，实际应用中因拉板打孔等原因造成应力集中，实际成品的抗拉强度约为66Mpa左右，整个硬质拉棒重量很重，携带非常不便。本项目改用柔性结构的软拉棒，且连接端头很轻，可以盘绕成圈便于运输与保管，达到同样抗拉强度的前提下大幅度降低重量。
高技术纤维一般不能直接应用于带电作业，原因在于其湿性能不过关，不能满足带电作业要求，即加压100千伏/0.5m时交流泄漏电流超标（大于300μA）。因此，研究高强度柔性绝缘拉棒的技术关键是如何改性提高其潮湿环境下的电气性能。由于高技术纤维的制造技术均掌握在少数公司手中，不可能在制造环节实现所需的电气性能指标，所以本项目立足于对市场上的成品高技术纤维进行改性再处理。项目组向有关特种纤维研究所咨询并在经过多次试验，最终确定了改性配方和工艺。经过改性处理后的纤维加工制成的柔性绝缘拉棒通过了国网电力科学研究院电气设备检测中心检测，完全符合带电作业要求。
3 应用研究
新研制的产品首先在模拟线路上试安装，在不带电的情况下分别进行了更换500千伏大张力线路单片耐张绝缘子和整串绝缘子的模拟工作，根据试用的实际效果，提出了两点改进建议：（1）改进柔性绝缘拉棒与组合式丝杠预紧液压紧力器之间的连接件；（2）液压机构增加缓释功能，以便在带电作业过程中微调液压行程。根据这两项意见，项目组改进了设计方案，并重新试制出了成品。第二次在模拟线路上同样进行了在不带电的情况下分别进行了更换500千伏大张力线路单片耐张绝缘子和整串绝缘子的模拟工作，结果一致反应新产品设计合理，整套工具的重量比普通拉板丝杠类工具减轻了一半，特别是组合式丝杠预紧液压紧力器操作轻便，并具备行程微调功能，在更换单片绝缘子时非常方便省力。
关键词：500千伏；大张力；带电作业；新型工器具
1 国内外研究水平综述
经过调研，无论国家电网各供电公司还是南方电网各供电公司或者生产承力类带电作业工具的知名生产厂，对大张力承力工具和发力工具基本沿用原来的工具结构和工艺流程，只是简单增加其额定荷载，在使用过程暴露出的问题很多，主要是：
（1）发力工具单元可以承受其额定荷载，但无法在额定荷载作用下实现发力收紧功能，有单位曾通过加长操作力臂强行操作，结果造成发力工具变形损坏。这是由于常规发力工具的结构特性所决定的。
（2）整套工具笨重，不灵活，非常不利于带电作业的开展进行。这也是由于常规承力工具的结构特性所决定的。
目前整个带电作业工具行业未见有专门针对大张力线路的承力工具和发力工具，仅见部分以小代大的老式工具。
2 工具研究
本项目就是针对大张力线路的运行张力参数，研制大张力线路承力类带电作业工具，主要是在承力强度和发力单元的结构形式上突破，该系列工具应具有大张力、高强度、轻便性和通用性的特点。运用新材料新工艺研制符合要求的三大关键工具：拉板、卡具和发力工具（丝杠）。拉板改变传统的硬质拉板结构，改用柔性拉具，满足高强度和轻便性的要求；卡具采用钛合金TC4材质，减轻了卡具重量，提高了卡具强度，便于安装使用；发力工具抛弃了常规的单丝杠形式，改用丝杠加液压的组合式结构，丝杠用于预收紧吸收多余的行程，液压机构提供有效工作行程，既利用了丝杠在未受力和轻微受力时的轻便性，又利用液压机构实现以较小的操作力完成额定工作负荷时的紧力作业，为500千伏大张力线路带电作业提供了可靠轻便的紧力工具。液压机构采用“间隙节流装置”解决了液压机构的行程微调难题，整体设计采用了“钢珠密封双阀口技术”大幅度提高了液压机构的可靠性和耐用性。额定工作负荷45kN，适用于80kN级卡具，手柄操作力仅为19.7kg。
2.1钛合金卡具的研究
采用原位合成技术结合热加工工艺，建立成分设计-制备成型-组织控制-服役性能之间的关系，形成高强韧钛基复合材料的制备加工工艺方法，发展承载能力达到150kN的高强韧钛基复合材料，满足电力工业金具材料的设计选材要求。具体研究内容包括：（1）优化化学成分配比；（2）确定合理的铸锭生产工艺，确定出制备电极、熔炼等关键工序的主要工艺参数，确保铸锭冶金质量；（3）建立材料塑性变形与组织性能的结构关系，揭示塑性变形过程中组织演变的动力学控制机制，优化钛基复合材料的热加工工艺。
按钛合金退火后的组织特点，我国工业钛合金牌号分别为α型命名为TA，将β型命名为TB；将α+β型命名为TC；后面分别加合金牌号。本项目选用α+β型钛合金的TC4，是因为其高低温比强度均好，尤其是低温比强度最优，适用于带电作业卡具制造和使用。
2.2 液压紧线器的研究
采用丝杠加液压机构的组合式结构，丝杠用于预收紧吸收多余的行程，液压机构提供有效工作行程，既利用了丝杠在未受力和轻微受力时的轻便性，又利用液压机构实现以较小的操作力完成额定工作负荷时的紧力作业，为500千伏大张力线路带电作业提供了可靠轻便的紧力工具。液压机构采用“间隙节流装置”解决了液压机构的行程微调难题，整体设计采用了“钢珠密封双阀口技术”大幅度提高了液压机构的可靠性和耐用性。额定工作负荷45kN，适用于80kN级卡具，手柄操作力仅为19.7kg。
传统的旧式液压紧线器没有设计活塞杆在高压情况下的微调功能，对工作人员更换摘取部件十分不利。为解决此难点，针对性设计了“间隙节流装置”。传统的液压紧线器在活塞杆伸出复位时均系手工拉出，费力又费时，此次设计了一套“自动复位装置”，以摆脱了手工作业之累。在密封技术上突破性地采用耐油胶料制作的45°分模面的“O”型圈，摈弃了传统180°分模面的 “O”型密封圈。由于它的分模面不在筒体和活塞杆的表面，并且采用了合理的压缩量和配合间隙，提高了产品的密封性能，杜绝了渗油。
2.3 高强度柔性绝缘拉棒的研究
传统的带电作业拉棒是均是硬质拉板结构，由有机玻璃纤维与环氧酚醛树脂热聚合制成，抗拉强度低，理论值300-600Mpa，实际应用中因拉板打孔等原因造成应力集中，实际成品的抗拉强度约为66Mpa左右，整个硬质拉棒重量很重，携带非常不便。本项目改用柔性结构的软拉棒，且连接端头很轻，可以盘绕成圈便于运输与保管，达到同样抗拉强度的前提下大幅度降低重量。
高技术纤维一般不能直接应用于带电作业，原因在于其湿性能不过关，不能满足带电作业要求，即加压100千伏/0.5m时交流泄漏电流超标（大于300μA）。因此，研究高强度柔性绝缘拉棒的技术关键是如何改性提高其潮湿环境下的电气性能。由于高技术纤维的制造技术均掌握在少数公司手中，不可能在制造环节实现所需的电气性能指标，所以本项目立足于对市场上的成品高技术纤维进行改性再处理。项目组向有关特种纤维研究所咨询并在经过多次试验，最终确定了改性配方和工艺。经过改性处理后的纤维加工制成的柔性绝缘拉棒通过了国网电力科学研究院电气设备检测中心检测，完全符合带电作业要求。
3 应用研究
新研制的产品首先在模拟线路上试安装，在不带电的情况下分别进行了更换500千伏大张力线路单片耐张绝缘子和整串绝缘子的模拟工作，根据试用的实际效果，提出了两点改进建议：（1）改进柔性绝缘拉棒与组合式丝杠预紧液压紧力器之间的连接件；（2）液压机构增加缓释功能，以便在带电作业过程中微调液压行程。根据这两项意见，项目组改进了设计方案，并重新试制出了成品。第二次在模拟线路上同样进行了在不带电的情况下分别进行了更换500千伏大张力线路单片耐张绝缘子和整串绝缘子的模拟工作，结果一致反应新产品设计合理，整套工具的重量比普通拉板丝杠类工具减轻了一半，特别是组合式丝杠预紧液压紧力器操作轻便，并具备行程微调功能，在更换单片绝缘子时非常方便省力。