一种输电线路架空地线金具更换器的制作方法

1.本发明涉及电力输电线路工具技术领域，特别是涉及一种输电线路架空地线金具更换器。


背景技术：

2.近年来，随着工业生产的不断发展，城市建设，电网规模也不断扩大，企业所管辖区域内的35kv、110kv架空线路运行过程中，受区域气候、线路运行年限及人类活动影响，架空地线金具会因受力磨损、锈蚀、螺帽丢失等原因脱落，该类缺陷如未能及时消除，将可能导致架空地线掉落至导线，从而导致线路跳闸，严重影响线路安全稳定运行。
3.截至目前，还没有专业的工器具来开展该类缺陷检修工作，以往检修作业中，隐患架空地线连接金具主要通过走三、单滑轮或紧线器更换。但是，公司架设并运行的输电线路架空地线和横担挂点间通常由u型环、延长环、悬垂线夹连接固定，之间距离一般在10—20cm，而我们的走三滑轮长度为30cm、单滑轮长度为15cm、紧线器长度为20cm，当走三滑轮（单滑轮或紧线器）挂点选择在架空地线挂点附近时，走三滑轮有效行程严重不足，无法完成更换；当走三滑轮（单滑轮或紧线器）挂点选择离架空地线挂点较远时，走三滑轮满足有效行程，但是更换过程中，走三绳可能因受力、晃动与塔材尖锐部分、凸起部分摩擦断裂，导致架空地线掉落耷拉至导线上，使线路跳闸，存在很大的安全隐患。
4.由于架空地线金具更换过程中存在极大的安全隐患，为确保作业人员和电网安全，常采用停电检修方式。但停电检修有以下缺点：增加电能损耗，降低负荷架空输电线路停电检修时，会影响区域电网供电。在输电线路及配网中，单条或多条输电线路停电会改变区域输电结构，同时也会改变配网中最佳配电形式，如环网式供电变为远距离干线式供电，将大大增加线路损耗，降低负荷。
5.有时缺陷不能及时消除，线路安全运行存在隐患线路停电检修通常是周期性的，且停电间隔较长，这就使得有些无法带电消除的缺陷不能及时消除，可能导致线路跳闸，线路稳定运行可靠性低。
6.影响用户用电对于无备用供电线路来说，线路停电检修期间，将导致区域失压；而对于大负荷区或大负荷时间段，线路停电检修会导致区域供电不足，同时还将降低线路供电可靠性，严重影响用户用电。
7.为解决上述问题，需研制一种专用工器具，完成输电线路架空地线金具更换工作，该工器具的使用应能大大增加其有效行程，且在使用过程中，能稳定牢固的固定架空地线，不存在掉线的隐患，能满足带电更换条件，同时，该工具应能在不同塔形、不同作业环境中完成安装和使用，作业过程中，能有效保证作业人员和电网设备的安全性，且该工具的使用应能降低工作难度，节省作业时间，减少作业人员数量，降低作业人员体力消耗，能创造一定的经济效益和社会效益。


技术实现要素：

8.本发明提供一种输电线路架空地线金具更换器，其特征在于：本体（1）底部设置有固定轴（2），固定轴（2）插入卡坐（6）顶部设置的卡槽（4）内并通过螺栓a（3）固定，卡坐（6）的端部还设置有螺栓b（5），螺栓b（5）将底板（8）与卡坐（6）连接为一体，卡坐（6）底部设置有塔材卡槽（7），塔材卡槽（7）卡在塔材（9）上并通过设置在底板（8）上的调节螺栓（10）固定，本体（1）的一侧还设置有卡口（15），卡口（15）内设置有防扭丝杠（14），防扭丝杠（14）的上端连接有摇臂（16），防扭丝杠（14）的底部通过防扭器（13）与吊钩（12）连接。
9.所述固定轴（2）水平向两个方向设置有螺栓孔，两个方向的螺栓孔呈90度相交。
10.所述耳部（17）的截面图为工字形。
11.所述固定轴（2）的形状为圆柱或者正方体。
12.所述金具更换器由7a04铝合金制成。
13.卡坐（6）安装于待安装塔材（9）上方，并将塔材（9）牢牢包住，是整个悬垂线夹更换器安装和固定的主要构件之一，使用过程中主要弯曲剪切力，为确保整个工器具安装牢固并正常使用，其承力性能不小于30kn,且其机械强度大于500kn/cm2，综合考虑各方面因素，卡坐（6）选择7a04铝合金锻造。
14.底板（8）安装于待安装塔材（9）的下方，是整个悬垂线夹更换器的安装基础，使用过程中主要受弯曲剪切力，为确保工器具安装牢固并正常使用，其承力性能不小于30kn,且其机械强度大于500kn/cm2，综合考虑各方面因素，底板（8）选择7a04铝合金锻造。
15.防扭丝杠（14）用于升降及固定架空地线，使用过程中主要受架空地线的重力及两侧的斜拉力，为确保使用过程中承力稳定，吊钩（12）不脱出，其承力性能不小于30kn,且其机械强度大于500kn/cm2，综合考虑各方面因素，丝杠选择7a04铝合金锻造。
16.吊钩（12）与防扭丝杠（14）直接相连，用于悬挂架空地线并实现提升、降落及固定架空地线的作用，使用过程中主要受架空地线的重力及两侧的斜拉力，为确保工器具安装牢固并正常使用，其承力性能不小于30kn,且其机械强度大于500kn/cm2。综合考虑各方面因素，吊钩选择7a04铝合金锻造。
17.螺栓用来连接卡座和底板及其他主要构件，调节螺杆连接吊钩，为直接承力部位。为确保整个工器具安装牢固并正常使用，其承力性能不小于30kn。综合考虑各方面因素，螺杆m16的40cr制造，调节螺杆选择m16的7a04铝合金铸造，螺母按国标选择。
18.使用方法使用本发明更换架空地线金具需准备的工器具包括：本发明装置、绝缘传递绳、绳套、绝缘滑轮、个人工器具及安全工器具（安全带、后背保护绳、个人保安线等）。工器具准备完成后，先将绝缘绳穿过滑轮并两头绑扎在一起，通过绳套和滑轮固定于塔上，绝缘绳一端为牵引绳（拉绳），另一端为控制绳（尾绳）。
19.安全工器具、绝缘绳、滑轮、绳套检查：对绝缘绳、滑轮、绳套进行外观检查，检查是否有试验牌、试验日期是否已过期、绝缘绳是否有断头、滑轮是否有裂纹，对检查不合格的绝缘绳、滑轮、绳套等工器具进行及时更换。
20.检查安全带、后背保护绳应检查是否有试验牌，安全带扣环、连接处是否连接好，对不合格的及时更换。
21.在确保安全工器具、保护绳、滑轮、绳套等检查合格后，登塔作业人员登塔。攀登至塔头合适位置后，根据工作需要挂好绳套和滑轮。地面作业人员绑扎架空地线金具更换器及其他工器具，并通过操作牵引绳和控制绳将东西传递至作业人员位置。作业人员再将架空地线金具更换器安装固定并完成金具更换工作。具体作业流程如下：a.地面作业人员将绝缘绳穿过绝缘滑轮，并将绝缘绳两头绑扎，一端做传递绳（拉绳），一端做控制绳（尾绳）；b.登塔作业人员携带绳套、绝缘滑轮及绝缘绳登塔，攀登至杆塔作业区域，将绝缘滑轮安装在合适位置；c. 塔上作业人员安装个人保安线接地端、导线端，并安装稳定牢固；d. 地面作业人员将本发明装置、工具包（个人保安线、活动扳手、棘轮扳手、金具等）绑扎到控制绳上，地面人员甲拉动牵引绳，地面人员乙操控控制绳；待东西到达登塔作业人员位置时，塔上人员取下传递物品并固定在塔上；e.塔上作业人员根据塔型、塔头尺寸等实际情况，选择合适的架空地线金具更换器部件并合理组合，安装固定到合适位置；f.待检修架空地线穿过吊钩，并调节调节螺杆，将待检修架空地线提升到合适位置；g.塔上作业人员拆卸旧金具，并将新金具安装到位；h.塔上作业人员调节调节螺栓（10），将架空地线恢复至原位置；i.拆除本发明装置，并拆除个人保安线；j.将金具更换器及其他工器具牢固绑扎至控制绳上，并通过地面人员配合将东西降落至地面，地面人员拆卸东西；k.塔上作业人员检查塔上是否有遗留物、金具是否安装到位：检查没问题后，拆除绳套、滑轮及绝缘绳并带至地面；l.收拾工器具并检查遗留物，人员撤离；本发明部件力学计算对于本发明主体整体，力学模型，如图2所示工作负荷：30kn材质：7a04σs=412mpaσb=490mpa卡具中心距：250mm由图2可以看出，在a-a截面处有最大弯矩，故对此截面进行计算为主。
22.a-a截面处的强度计算：a.a-a处的截面结构如图3经计算该截面惯性距为：ia = 830929.151 (mm4)则该截面的抗弯截面模量为w=31474.59mm3b.施加于该截面上的弯距为：m =（p/2）
×
60=900000n.mm则该截面上的弯曲应力为：
σ=m/wσ=28.59mpa 《σs=412mpa/2.5=164.8 mpab-b截面处的强度计算：b-b处的截面结构如图4经计算该截面惯性距为：ia = 2732461.751 (mm4)则该截面的抗弯截面模量为w=70063.1mm3b.施加于该截面上的弯距为：m =（p/2）
×
145=2175000n.mm则该截面上的弯曲应力为：σ=m/wσ=31mpa 《σs=412mpa/2.5=164.8 mpa卡具主体的耳片截面计算：耳片截面如图5：此处截面容易发生剪断，故该处截面以剪切计算为主。
23.剪切面面积a=1489.277mm2剪切力为p/2=30000/2=15000n故剪切应力为δ剪=15000/1489.277=10mpa取安全系数为2.5，则7a04的许用剪切应力为：δ许=412
×
0.6/2.5=98.88mpa 》δ剪=10mpa由此可以看出，该截面的强度足够安全。
24.卡具卡座的剪切截面计算:截面如图6：此处截面容易发生剪断，故该处截面以剪切计算为主。
25.剪切面面积a=1302.75 mm2剪切力为p/2=30000/2=15000n故剪切应力为δ剪=15000/ 1302.75 =11.5mpa取安全系数为2.5，则7a04的许用剪切应力为：工作负荷；30kn材质：7a04σs=412mpaσb=490mpa卡具中心距：440mmδ许=412
×
0.6/2.5=98.88mpa 》δ剪=11.5mpa由此可以看出，该截面的强度足够安全。
26.所用螺钉的计算:由于该处的螺钉为m14和m16的自制螺栓。为工厂厂标件，工作强度足够，在此就省略计算。
27.附件主体主要截面强度计算:对于本发明主体整体，力学模型，如图7所示：
由上图可以看出，在a-a截面处有最大弯矩，故对此截面进行计算为主。
28.a-a截面处的强度计算：1）a-a处的截面结构如图8经计算该截面惯性距为：ia = 861001.147 (mm4)则该截面的抗弯截面模量为w=32368.46mm32）施加于该截面上的弯距为：m =（p/2）
×
60=900000n.mm则该截面上的弯曲应力为：σ=m/wσ=27.8mpa 《σs=412mpa/2.5=164.8 mpab-b截面处的强度计算：1）b-b处的截面结构如图9经计算该截面惯性距为：ia=2729636.284 (mm4)则该截面的抗弯截面模量为w=70351.45mm32）施加于该截面上的弯距为：m =（p/2）
×
170=2550000n.mm则该截面上的弯曲应力为：σ=m/wσ=36.25mpa 《σs=412mpa/2.5=164.8 mpa附件主体的耳片与卡具主体的耳片结构完全相同，故此强度满足要求。
29.附件卡座主要截面强度计算截面如图10：此处截面容易发生剪断，故该处截面以剪切计算为主。
30.剪切面面积a=1371.448 mm2剪切力为p/2=30000/2=15000n故剪切应力为δ剪=15000/1371.448=10.94mpa取安全系数为2.5，则7a04的许用剪切应力为：δ许=412
×
0.6/2.5=98.88mpa 》δ剪=10.94mpa由此可以看出，该截面的强度足够安全。
31.所用丝杠的计算：丝杠为自制丝杠，具体计算如下：丝杠采用t20
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4的梯形螺纹,材料为优质碳素合金钢40cr,其受力形式为拉扭组合。
32.丝杆所受扭矩计算:t＝f
×
tg(λ＋ψv)d2/2λ－丝杆螺旋升角;ψv－当量摩擦角;d2－丝杆螺纹中径;t＝25650n.mm
丝杆所受扭剪应力计算:σca＝ √(f)2＋3(4t/ d1)2/(πd12/4)d1－丝杆螺纹底径＝130.87n/mm2丝杆所受拉伸应力计算:σ拉＝ (f)/ (πd12/4)＝47.77n/mm2丝杆所受复合应力计算:由第三强度理论:σ＝√σ拉2＋3σca2＝231.51n/mm2＜[σs]/2.5=314∴ 丝杠螺纹强度满足要求。
[0033]
丝杆叉头的计算:丝杆叉头端部受剪切作用。
[0034]
拉伸截面面积为:a＝332该截面所受应力为:σ＝(f)/a＝45.18n/mm2＜[σ剪]=980
×
0.6/2.5=235 n/mm2由此可知叉头强度满足使用要求。
[0035]
∴丝杆强度满足要求。
[0036]
结论:由以上计算可以看出，本发明主体在工作负荷为30kn时，工作是安全的，并且能够保证2.5倍的安全系数。
[0037]
本发明的有益效果在于：直接经济效益减少售电损失按目前检修情况来看，每年平均需更换架空地线悬垂线夹工作七项，其中110kv线路更换悬垂线夹五项，35kv线路更换悬垂线夹工作两项。按调度提供的数据：目前，每条110kv线路所带负荷15.7万kw，每条35kv线路所带负荷6.3万kw，不适用架空地线悬垂线夹更换器作业，需停电作业，且每次检修工作平均用时5小时（包括站内倒闸操作、工作许可、检修作业及工作终结手续办理、恢复送电），即检修作业需损失供电量91.1万kw
·
h，按每度电0.5元计算，则每年可直接创造经济效益45.55万元。
[0038]
间接经济效益减少作业人员数量改变传统输电架空地线更换悬垂线夹方式，创造了一种适用范围广、省人工成本的工器具。该工器具的使用，塔上只需一至两人作业，地面只需三人辅助作业（一人监护，一人操作拉绳，一人操作尾绳），可节省地面辅助人员两到三人。
[0039]
降低作业人员体能要求
该工器具的使用，代替人工提升和固定待检修架空地线，大大节省了塔上和地面作业人员体能消耗，降低了对作业人员的体能要求，避免检修过程中出现架空地线固定不牢固掉落至导线的情况，大大提高了供电可靠性。
[0040]
节省作业时间该工器具结构简单、安装便捷，不需要多余的人员辅助，塔上作业人员只需紧固底座和主体连接接的两根螺栓，就可实现安装固定，且只需操作调节螺栓就可提升和降低待检修架空地线，大大降低了人工拉升时需要的大量时间，每次检修工作可平均节省用时0.35h。
[0041]
社会效益 在企业，每年都会有输电线路架空地线悬垂线夹更换的工作，严重影响线路供电可靠性，本发明的安全效益和社会效益主要体现在：使用该工器具更换待检修架空地线悬垂线夹，不受检修环境、塔型及横担长度等因素影响，可大大提高作业过程中架空地线固定的稳定性，提高线路、作业人员的安全性；同时，可节约人员成本、作业时间，实现增产增效。该工器具的研制，大大提高了线路运行的稳定性，展现了西宁供电公司品牌力量。
附图说明
[0042]
图1是本发明结构图；图2为主体截面图;图3为a-a面截面图；图4为b-b面截面图；图5为耳片截面图；图6为卡座截面图；图7为附件的主体力学模型；图8为附件的a-a面截面图；图9为附件的b-b面截面图；图10为附件截面图；附图标记：1，本体，2、固定轴，3，螺栓a，4、卡槽，5、螺栓b，6、卡坐，7、塔材卡槽，8、底板，9、塔材，10、调节螺栓，11、吊钩，12、防脱卡板，13、防扭器，14、防扭丝杠，15、卡口，16、摇臂。
具体实施方式
[0043]
以下结合附图对本发明作进一步详细说明；一种输电线路架空地线金具更换器，其特征在于：本体（1）底部设置有固定轴（2），固定轴（2）插入卡坐（6）顶部设置的卡槽（4）内并通过螺栓a（3）固定，卡坐（6）的端部还设置有螺栓b（5），螺栓b（5）将底板（8）与卡坐（6）连接为一体，卡坐（6）底部设置有塔材卡槽（7），塔材卡槽（7）卡在塔材（9）上并通过设置在底板（8）上的调节螺栓（10）固定，本体（1）的一侧还设置有卡口（15），卡口（15）内设置有防扭丝杠（14），防扭丝杠（14）的上端连接有摇臂（16），防扭丝杠（14）的底部通过防扭器（13）与吊钩（12）连接。
[0044]
所述固定轴（2）水平向两个方向设置有螺栓孔，两个方向的螺栓孔呈90度相交。
[0045]
所述耳部（17）的截面图为工字形。
[0046]
所述固定轴（2）的形状为圆柱或者正方体。
[0047]
所述金具更换器由7a04铝合金制成。