三峽高海拔山區(qū)直升機(jī)輔助500 kV輸電線路放線施工應(yīng)用

楊世強(qiáng)，金 哲，聞 鋮，肖海東，李淅濤，蘇 毅，高北晨，李小來

（國(guó)網(wǎng)湖北省電力有限公司檢修公司，湖北 武漢 430050）

0 引言

在三峽高海拔山區(qū)，輸電線路鐵塔普遍位于高山大嶺，進(jìn)行輸電線路改造施工所必須的施工機(jī)具、材料面臨運(yùn)輸困難的問題，施工機(jī)具的應(yīng)用限制了施工方式的選擇［1］。近年來，直升機(jī)在電力行業(yè)輸電線路巡檢、直升機(jī)組立鐵塔、導(dǎo)地線放線施工已有應(yīng)用，直升機(jī)因其靈活的機(jī)動(dòng)性、起飛、降落對(duì)場(chǎng)地的面積及硬化程度要求低等優(yōu)點(diǎn)，通過空中吊裝與運(yùn)輸服務(wù)能有效解決這一難題，優(yōu)化輸電線路改造工序，大幅提升施工效率和安全裕度［2-6］。本文以三峽高海拔山區(qū)輸電線路通過采用直升機(jī)吊裝輔助放線施工作業(yè)介紹了直升機(jī)在輸電線路改造中的應(yīng)用。

1 應(yīng)用背景

1.1 改造施工基本情況

500 kV峽林二三回線是三峽水電送出重要輸電線路，線下新建翻壩江北高速公路穿越500 kV峽林二三回線148 號(hào)-149 號(hào)。因不滿足“三跨”跨越要求，需對(duì)500 kV峽林線148號(hào)-150號(hào)耐張段導(dǎo)地線進(jìn)行改造。

500 kV 峽林二三回148 號(hào)、150 號(hào)桿塔均位于山頂，山勢(shì)陡峭，150 號(hào)桿塔附近有一條鄉(xiāng)村道路，施工機(jī)動(dòng)和材料可運(yùn)送至塔位附近，施工區(qū)段地形見圖1。在無負(fù)重情況下需人員徒步2 h登山到達(dá)148號(hào)桿塔，張力機(jī)、導(dǎo)線等大型牽引設(shè)備和材料無法進(jìn)入，人工及騾馬運(yùn)輸也面臨極大的安全風(fēng)險(xiǎn)，現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)輸工器具及材料情況見圖2。

圖1 峽林二三回線148號(hào)-149號(hào)地形圖Fig.1 Topographic map of No.148-149 of Xialin Second and Third Loop Line

圖2 現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)輸工器具及材料圖片F(xiàn)ig.2 Pictures of on-site transportation tools and materials

1.2 張力放線基本參數(shù)計(jì)算

由于架空線的荷重是沿線均勻分布的，且懸掛的架空線上任一點(diǎn)的拉力方向和那一點(diǎn)所在曲線的切線方向一致，架空線狀態(tài)方程式的精確表達(dá)式應(yīng)為懸鏈線型方程，現(xiàn)場(chǎng)通常使用的狀態(tài)方程式為簡(jiǎn)化的拋物線式，拋物線型的狀態(tài)方程式為

式（1）中，gm為初始?xì)庀髼l件下的比載，N/m·mm2；gn為待求氣象條件下的比載，N/m·mm2；tm為初始?xì)庀髼l件下的溫度，℃；tn為待求氣象條件下的溫度，℃；σm為在溫度tm和比載gm時(shí)的應(yīng)力，N/mm2；σn為在溫度tn和比載gn時(shí)的應(yīng)力，N/mm2；E為導(dǎo)線的彈性系數(shù)，N/mm2；lD為代表檔距，m。

放線施工時(shí)，為維持導(dǎo)線與地面垂直凈空距離滿足要求，所需水平放線張力為

式（2）中，l為水平檔距，m；X為被跨越物檔至低懸掛點(diǎn)水平距離，m；Y為導(dǎo)線低側(cè)懸掛點(diǎn)對(duì)地距離，m；y0為導(dǎo)線跨越物垂直凈空距離，m；φ為兩檔間懸掛點(diǎn)高差角，度。

根據(jù)線路運(yùn)行狀態(tài)下的線路參數(shù)及放線施工時(shí)的弧垂控制等要求即可計(jì)算各控制弧垂下導(dǎo)線張力［7-9］。

500 kV峽林二三回148號(hào)-149號(hào)檔距為1 245 m，正常運(yùn)行狀態(tài)下導(dǎo)線弧垂為108.3 m。放線時(shí)上相導(dǎo)線弧垂下降至下相導(dǎo)線高度時(shí)弧垂為130.3 m，檔端張力為24.6 kN。為確保放線時(shí)上相導(dǎo)線弧垂下降后不碰撞下相導(dǎo)線，綜合考慮下方跨越的4 條電力線路凈空距離要求，需控制導(dǎo)線弧垂下降不超過22 m，則張力場(chǎng)張力機(jī)張力應(yīng)大于22.2 kN，牽引場(chǎng)張力機(jī)牽引力應(yīng)大于27.2 kN。

1.3 原放線施工方案

考慮148 號(hào)桿塔的特殊地形，施工單位制定了專門針對(duì)山區(qū)地形無法運(yùn)送使用張力機(jī)的遷改施工方案—使用小張力放線技術(shù)，牽引設(shè)備采用一臺(tái)160 kg的額定牽引力為50 kN 的手扶拖拉機(jī)式絞磨?？紤]導(dǎo)、地線不能直接進(jìn)入絞磨，按照該方案進(jìn)行施工，需先使用牽引繩連接舊導(dǎo)線牽引至150 號(hào)塔，牽引完畢后脫開舊導(dǎo)線，再使用牽引繩連接新導(dǎo)線的方式牽引至148 號(hào)塔，共計(jì)“一正一反”兩個(gè)牽引流程。因機(jī)動(dòng)絞磨展放牽引繩時(shí)與張力機(jī)反牽難以配合一致，只能采取小張力放線，需在500 kV 峽林二三回148 號(hào)-150號(hào)更換每相導(dǎo)線之間的每個(gè)間隔棒處安裝一個(gè)定制放線滑車（共27 個(gè)間隔棒），利用定制滑車分擔(dān)導(dǎo)、地線張力，小張力放線施工牽引及定制滑車掛設(shè)見圖3。

圖3 小張力放線牽引及定制滑車掛設(shè)示意圖Fig.3 Schematic diagram of small tension setting-out traction and custom pulley hanging

采用此施工方法，施工方需要在前期準(zhǔn)備工作中耗費(fèi)大量人力、物力、時(shí)間利用騾馬或人工等方式將共計(jì)7 t左右的設(shè)備和工器具搬運(yùn)至148號(hào)桿塔。施工過程中，每展放完一根導(dǎo)、地線，施工人員需將已更換完的導(dǎo)、地線從掛在27個(gè)間隔棒處的滑車中移出，將需展放的導(dǎo)、地線放入滑車中，整個(gè)施工流程需往返走線施工，更換導(dǎo)、地線需15 d時(shí)間。施工過程勞動(dòng)強(qiáng)度大、高風(fēng)險(xiǎn)施工周期長(zhǎng)、施工工序復(fù)雜，安全風(fēng)險(xiǎn)難以控制。

2 方案對(duì)比

因采用機(jī)動(dòng)絞磨使用小張力放線施工風(fēng)險(xiǎn)難以控制，考慮采用其他可替代的施工方案。新方案要求能夠使用標(biāo)準(zhǔn)的張力放線技術(shù)，其難點(diǎn)在于如何將張力機(jī)及工器具和材料運(yùn)送到山頂。施工單位多次組織現(xiàn)場(chǎng)勘查，先后考慮修建運(yùn)輸?shù)缆?、牽張機(jī)分解搬運(yùn)等解決方案，經(jīng)評(píng)估均不具備可行性。經(jīng)與國(guó)網(wǎng)通用航空有限公司積極溝通后，探討了利用直升機(jī)吊裝施工機(jī)具和材料及設(shè)備至牽引場(chǎng)的可能。最終，制定了利用直升機(jī)吊裝施工機(jī)具和材料的新施工方案［10-11］。

2.1 施工方法

新方案采用標(biāo)準(zhǔn)張力放線技術(shù)，施工機(jī)具和材料通過直升機(jī)吊裝方式運(yùn)至牽引場(chǎng)。牽引方式采用牽引繩——舊導(dǎo)（地）線——新導(dǎo)（地）線（一牽一）。牽引場(chǎng)設(shè)置在148 號(hào)桿塔小號(hào)側(cè)，張力場(chǎng)設(shè)置在149 號(hào)-150號(hào)下方鄉(xiāng)村道路旁。直升機(jī)吊裝落物平臺(tái)設(shè)置在牽張場(chǎng)附近平臺(tái)空地。放線施工時(shí)在148號(hào)、149號(hào)、150號(hào)桿塔左右地線、三相導(dǎo)線分別掛設(shè)放線滑車，拆除導(dǎo)線間隔棒后放線，圖4為張力機(jī)放線牽引示意圖。

圖4 張力機(jī)放線牽引示意圖Fig.4 Schematic diagram of tension machine setting-out and traction

2.2 主要機(jī)具配置和選擇

原導(dǎo)線LGJ-500/45 鋼芯鋁絞線更換為JL/G1A-500/45 鋼芯鋁絞線，原地線GJ-100 鋼絞線更換為JLB35-120 鋁包鋼絞線。牽張?jiān)O(shè)備均采用張力機(jī)，主要考慮主牽引機(jī)牽引力要求，張力機(jī)的額定牽張力應(yīng)滿足：

導(dǎo)線：T≥mKpTp=1×0.33×128.1=42.37 kN

地線：T≥mKpTp=1×0.33×88.36=29.15 kN

因直升機(jī)作業(yè)要求吊裝重量控制在3.5 t 以下，為確保張力機(jī)重量滿足要求，施工單位定制了1 臺(tái)額定張力為60 kN的張力機(jī)，張力機(jī)相關(guān)參數(shù)見表1。

表1 定制張力機(jī)參數(shù)Table 1 Parameters of customized tension machine

2.3 直升機(jī)作業(yè)計(jì)劃

直升機(jī)作業(yè)在線路停電前進(jìn)行，通過1 天時(shí)間吊裝11次，完成牽引場(chǎng)和張力場(chǎng)所有含張力機(jī)、材料、施工機(jī)具在內(nèi)的所有設(shè)備運(yùn)輸，吊裝作業(yè)路線見圖5。放線施工期間，直升機(jī)則用于其他線路改造施工500 kV 三江一回48+1 號(hào)桿塔塔材和工器具的吊裝運(yùn)輸，開展其他改造線路直升機(jī)現(xiàn)場(chǎng)勘查、桿塔本體及通道巡檢任務(wù)，待放線施工完成后再將工器具和材料運(yùn)輸下山。

本次作業(yè)直升機(jī)選擇國(guó)網(wǎng)通航公司自有H215（B-709S）直升機(jī)，為雙發(fā)中型直升機(jī)，該直升機(jī)可開展外吊掛物資運(yùn)輸、絞車救援、消防滅火等作業(yè)。在不同環(huán)境中，應(yīng)用30 m～80 m等不同長(zhǎng)度的吊繩及相應(yīng)吊具，能夠平穩(wěn)、精準(zhǔn)、快速將物資投放到指定區(qū)域內(nèi)，投放誤差小于1 m。

2.4 方案對(duì)比分析

2.4.1 施工效率對(duì)比

工期控制方面，原方案中采用機(jī)動(dòng)絞磨牽引，牽引速度平均為6 m/min，1 752 m 的導(dǎo)地線僅牽引就需近5 h。新方案中采用張力機(jī)牽引，牽引速度最快可達(dá)42 m/min，牽引1 根導(dǎo)（地）線用時(shí)不超過1 h。原方案中每展放完一根導(dǎo)（地）線，施工人員需將已更換完的導(dǎo)（地）線從掛在27個(gè)間隔棒處的滑車中移出，將需展放的導(dǎo)（地）線放入滑車中，每天僅能完成1 根導(dǎo)（地）線展放施工，放線施工工期需15 d。新方案中則不需要在間隔棒處安裝滑車，放線施工工期可以控制在5 d，工期較方案一縮短66.7%，施工效率大幅提升，可大幅縮短線路停電檢修時(shí)間。

人員配置方面，原方案需安排專人檢查導(dǎo)（地）線通過每個(gè)間隔棒下滑車時(shí)的運(yùn)行狀態(tài)，機(jī)動(dòng)絞磨牽引需嚴(yán)格控制牽引速度，與張力機(jī)放線速度匹配，安裝專人回收牽引回的牽引繩，整個(gè)工程需施工人員約40人。新方案施工人員可控制在20人內(nèi)，人員配置較原方案縮減50%。新舊施工方案效率對(duì)比情況見圖6。

圖6 新舊方案施工效率對(duì)比圖Fig.6 Comparison of the construction efficiency of the new and old programs

2.4.2 施工安全性對(duì)比

原方案中機(jī)動(dòng)絞磨受力較為薄弱，方案中采用多點(diǎn)滑車分擔(dān)導(dǎo)、地線張力。施工中導(dǎo)地線經(jīng)過的滑車較多，任何一個(gè)滑車出現(xiàn)跳槽、卡殼現(xiàn)象都將影響施工安全，需要停止?fàn)恳幚?，施工中?duì)牽張場(chǎng)配合要求較高。新方案中采用張力機(jī)牽引，牽張場(chǎng)張力機(jī)能匹配牽引和展放速度，還提供了制動(dòng)等配合施工工藝的多種能力，施工安全裕度得到提升。

2.4.3 施工質(zhì)量對(duì)比

原方案中采用小張力放線時(shí)，為盡量減小導(dǎo)線的垂直荷載，導(dǎo)線放置在間隔棒下方的滑車中，施工中無法進(jìn)行導(dǎo)線弧垂觀測(cè)。新方案中導(dǎo)線牽引到位后將導(dǎo)線錨固，待4 根子導(dǎo)線牽引完成后統(tǒng)一觀測(cè)弧垂后再開斷壓接，導(dǎo)線弧垂可滿足設(shè)計(jì)要求。

3 結(jié)語

隨著我國(guó)特高壓電網(wǎng)的大規(guī)模建設(shè)，高山大嶺地區(qū)高難度施工區(qū)段的不斷增多，引入直升機(jī)開展相關(guān)電網(wǎng)建設(shè)領(lǐng)域項(xiàng)目是大勢(shì)所趨［12］。本文選取了直升機(jī)吊裝運(yùn)輸輔助放線施工在三峽高海拔山區(qū)改造工程中的應(yīng)用實(shí)例進(jìn)行了分析，通過引入直升機(jī)吊裝施工機(jī)具、材料到施工區(qū)域后采用張力機(jī)放線，提升電網(wǎng)改造施工機(jī)械化水平，使得施工工期大幅縮短，安全裕度明顯提升，施工質(zhì)量也得到保證。直升機(jī)機(jī)械化應(yīng)用改變了山區(qū)施工作業(yè)方式，在主要工序上實(shí)現(xiàn)了機(jī)械替代人力或其他落后施工方式，為山區(qū)電網(wǎng)工程建設(shè)提供了有效支撐。