復雜地形全方位模塊化速裝絕緣塔平臺的設計與應用

白劍鋒，雷冬云，肖麗勇，李金亮

(1.長沙電力職業(yè)技術學院，湖南 長沙 410131；2.國網(wǎng)湖南省電力有限公司長沙供電公司，湖南 長沙 412500；3.國網(wǎng)湖南省電力有限公司電力科學研究院，湖南長沙 410007)

0 引言

隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，對配網(wǎng)供電可靠性要求越來越高[1－3]，然而雷電、污穢、覆冰、飄掛物等外力因素經(jīng)常引發(fā)線路故障，嚴重威脅線路的安全運行[4－5]。因此需要加強線路運維管理，停電作業(yè)方式難以保障電力可靠供應，因此電力企業(yè)極力推廣不停電作業(yè)法，以縮短停電時長、降低停電影響和減少經(jīng)濟損失。交通便利的城市、城郊地區(qū)一般采用斗臂車、絕緣升降梯等大型輔助工具實現(xiàn)不停電作業(yè)，該方式具有快速靈活等優(yōu)點，但造價高、交通條件要求高[6－7]。對于地形復雜的農(nóng)村區(qū)域，絕緣斗臂車等大型設備難以到達，一般采用絕緣平臺或登高梯等方式作業(yè)，但絕緣平臺搭建費時費力、適用地形有限、作業(yè)難度大，限制了復雜地形不停電作業(yè)的推廣和農(nóng)村配電網(wǎng)可靠性的提高[8]。

目前對于架空配電線路絕緣平臺法帶電作業(yè)的研究主要集中在絕緣平臺的操作設計、絕緣平臺的功能拓展、絕緣平臺的運動方式等[9－11]。文獻[12]設計了固定于電桿桿身的絕緣操作平臺，通過升降和旋轉系統(tǒng)，檢修人員可以靈活在電桿上上下移動，解決了受地形、交通影響下的配電線路帶電檢修工作難題。文獻[13]針對絕緣斗臂車無法達到的山區(qū)田野等地區(qū)，設計了10 kV升降旋轉式絕緣平臺，具備垂直升降和水平旋轉功能，解決了作業(yè)穩(wěn)定性差等問題。文獻[14]根據(jù)10 kV配電線路帶電作業(yè)特點，設計了具備垂直升降、水平旋轉、可調(diào)試絕緣、抱箍緊鎖4個功能的帶電作業(yè)絕緣平臺。文獻[15]以玻璃纖維作為雙絕緣平臺主材，采用旋轉鉸鏈設計，可以實現(xiàn)絕緣平臺在水平30°~180°范圍的任意調(diào)整，提高了配電網(wǎng)帶電作業(yè)效率。文獻[16]研制了可無線電動遙控和能繞電桿180°水平旋轉的絕緣平臺，有效克服了絕緣斗臂車作業(yè)范圍有限的難題。文獻[17]研制了車載式絕緣平臺，解決了傳統(tǒng)斗臂車難以在街道、地形限制區(qū)域開展配電線路帶電作業(yè)的難題。上述研究一定程度上地解決了在特定區(qū)域、特定條件下的帶電作業(yè)難題，亦為本文設計復雜地形帶電作業(yè)平臺提供了思路。

鑒于此，設計一種復雜地形全方位模塊化速裝絕緣塔平臺裝置，采用模塊化塔段、倒裝式或旋轉式安裝、依托混凝土電桿固定的設計，實現(xiàn)快拆快裝、多用途和重載荷三大主要功能要求，解決常用絕緣平臺在地形復雜多變的農(nóng)村地區(qū)存在安裝連接困難、對地面平整度要求高等難題。

1 裝置設計

1.1 整體方案設計

復雜地形全方位模塊化速裝絕緣塔平臺包括塔主體、倒裝起吊裝置、抱箍裝置、工作平臺和輔助平臺，如圖1所示。

圖1 絕緣塔平臺結構示意圖

塔主體為模塊化裝配結構，包括若干預制節(jié)段，相鄰預制節(jié)段之間通過連接框及緊固件可拆卸連接，塔主體通過抱箍裝置與桿塔固定。倒裝起吊裝置主要用于起吊塔預制節(jié)段，在塔主體組裝完成后可作為輔助支撐。工作平臺固定于塔主體的上端，可以靈活拆卸。輔助平臺可拆卸固定于塔主體上作為抱箍裝置和工作平臺安裝的施工平臺，塔主體上的安裝位置可靈活調(diào)整。該裝置所有部件均可預制生產(chǎn)且能全部回收重復使用。

1.2 塔主體設計

塔主體主要起支撐絕緣平臺作用，采用預制節(jié)段設計，高度可為1 m、2 m等多種規(guī)格，現(xiàn)場根據(jù)實際需要進行組裝。相鄰的預制節(jié)段之間通過平面矩形框，以螺栓、螺母連接固定。預制節(jié)段主要包括絕緣框架和其兩端通過緊固件可拆卸連接的鋼制連接框，如圖2所示。絕緣框架的平面形狀為矩形，包括均為環(huán)氧絕緣材質的立柱、橫梁和斜撐梁，若干橫梁通過緊固件連接于相鄰的立柱之間，斜撐梁連接于同側橫梁和立柱之間。

圖2 預制節(jié)段結構

鋼制連接框包括采用角鋼制作的平面矩形框和4個角部對稱連接的立柱連接角鋼，立柱連接角鋼的內(nèi)側貼附橡膠板。

塔主體采用環(huán)氧絕緣材料，密度大于2.2 g/cm3，吸水率小于0.3%，干態(tài)泄露電流不大于15μA，受潮后泄露電流不大于40μA，拉伸強度為800~1 200 MPa。環(huán)氧絕緣材料耐腐蝕性優(yōu)良，有著優(yōu)良的耐腐蝕性能和耐候性能。同時該設計中平面尺寸小，容易在桿塔周圍找到及處理好搭設基礎，可適用于山地、水田、狹窄道路等環(huán)境搭設作業(yè)。

1.3 倒裝起吊裝置設計

倒裝起吊裝置主要用于塔主體的吊裝，在塔主體組裝完成后可作為輔助支撐。如圖3所示，倒裝起吊裝置主要包括支撐架、手搖絞盤和起吊架。

圖3 倒裝起吊裝置

支撐架包括斜撐桿、水平拉桿和豎直拉桿，4根斜撐桿的下端分別通過鉸接座固定于地面上，4個鉸接座的固定位置之間圍成一個矩形區(qū)域，斜撐桿之間的底部和中部分別設置水平拉桿，前側和后側的上下水平拉桿之間設置豎直拉桿，兩側的豎直拉桿之間對稱設置絞盤。

起吊架主要包括長方體形框架、過繩滑輪和導向滑輪，如圖4所示。長方體框架的頂框前側和后側對應絞盤位置處對稱設置有過繩滑輪，頂框和底框的4個角部對稱設置有導向滑輪。長方體框架采用角鋼制作，各導向滑輪分別通過彈性座固定于長方體框架頂框的角部，輪槽位于頂框的對角線上。

圖4 起吊架裝置

起吊架固定于支撐架內(nèi)的頂部，各斜撐桿的上端與長方體框架的頂框角部通過耳板座、耳板及螺栓鉸接，上部與長方體框架的底框角部通過耳板座、耳板及螺栓鉸接。

為了提高支撐架和起吊架裝配后的穩(wěn)定性，可將支撐架各斜撐桿下端的鉸接座底板通過鋼釬插入地面中固定，還可在起吊架的頂部設置拉環(huán)，利用拉環(huán)連接拉線，拉線固定于地面。

1.4 抱箍裝置設計

抱箍裝置的主要作用是穩(wěn)定塔主體，利用可拆卸收緊組件，一端與塔主體相鄰預制節(jié)段間的連接框相連，另一端以抱箍緊固定于配電線路混凝土電桿上，如圖5所示。桿塔抱箍為對稱結構，包括一端可轉動鉸接、另一端通過緊固件連接鎖緊的兩圓弧板，主要作用是將塔主體的預制段緊固于電桿。收緊組件包括長拉板、短拉板、內(nèi)螺紋套管、外螺紋接頭、加力桿等部分，主要作用是調(diào)節(jié)塔主體與電桿的距離。

圖5 抱箍裝置

1.5 輔助平臺設計

輔助平臺包括下抱箍、平臺板、上抱箍、斜拉板和拉桿，如圖6所示。輔助平臺作為抱箍裝置安裝時的施工平臺，安裝于抱箍裝置下方的合適位置，以便于工作人員站立于輔助平臺上操作。當需要使用多個抱箍裝置時，可將輔助平臺的上下抱箍設計為通過拉桿拉緊抱住預制節(jié)段的拉緊方式，使輔助平臺可靈活的上下移動至不同的合適位置實現(xiàn)不同位置抱箍裝置的安裝。

圖6 輔助平臺裝置

1.6 絕緣平臺設計

絕緣平臺是帶電作業(yè)人員進行帶電操作的場所，該平臺通過抱箍抱住塔主體頂部的預制塔段達到穩(wěn)固作用，利用可拆卸連接支撐桿連接預制塔和圍欄平臺。圍欄平臺包括平臺框架、平板和圍欄，其中一側圍欄設置有開合門，圍欄上設置有用于起吊便攜式工具及牽掛保護繩的輔助滑輪，如圖7所示。

圖7 絕緣平臺

2 安裝方式分析

復雜地形全方位模塊化速裝絕緣塔平臺的塔主體采用模塊化預制，若干預制節(jié)段通過緊固件組裝成所需高度的塔主體，預制節(jié)段的高度可靈活設置。現(xiàn)場可靈活選擇合適的節(jié)段組合成指定的塔高，安裝時只需組裝相鄰預制節(jié)段之間的緊固件。依據(jù)地形差異可以采用倒裝疊加式安裝和整體旋轉式安裝。倒裝疊加式安裝主要適用于地形受限嚴重地區(qū)，整體旋轉式安裝適用于地形開闊地區(qū)，但是安裝速度略快于前者。

2.1 倒裝疊加式安裝

倒裝疊加式安裝主要參考倒裝組塔施工規(guī)范，現(xiàn)場平面布置如圖8所示。

圖8 倒裝疊加式安裝

安裝步驟主要包含安裝倒裝起吊架、安裝絕緣塔平臺、疊加抬升預制節(jié)段、固定預制節(jié)段、安裝抱箍裝置等，如圖9所示。

圖9 倒裝疊加式安裝步驟

1)安裝起吊架。起吊架設置于支撐架內(nèi)的頂部，在支撐架底部設置絞盤，絞盤上的提升繩繞過起吊架頂部滑輪，固定于預制節(jié)段上端。

2)安裝絕緣平臺。將第一節(jié)預制段放入起吊架中，將兩側手搖絞盤上提升繩的端頭分別繞過相應側的過繩滑輪，并固定于預制節(jié)段上端的前后側中間位置處。然后在其上端安裝絕緣平臺，確保絕緣平臺與起吊架連接牢固。

3)疊加抬升預制節(jié)段。當絕緣平臺與預制節(jié)段連接穩(wěn)定且拉線安裝好后，搖動手搖絞盤，將預制節(jié)段往上提拉，保證預制節(jié)段的四個角部分別通過導向滑輪，從而實現(xiàn)預制節(jié)段的穩(wěn)定提升。當?shù)谝还?jié)預制節(jié)段提升至下方可推入第二節(jié)預制節(jié)段時，停止搖動絞盤并將搖把限位，禁止轉動。推入第二節(jié)預制節(jié)段并將其上端與第一預制階段的下端連接固定。然后再搖動手搖絞盤，將兩節(jié)預制節(jié)段往上提升，至下方可推入第三節(jié)預制節(jié)段，依此類推，倒裝所有的預制節(jié)段，形成塔主體。

4)固定預制節(jié)段。當最下面的預制節(jié)段推入倒裝起吊裝置的支撐架內(nèi)，將其上端與倒數(shù)第二節(jié)預制節(jié)段的下端通過緊固件連接，最下面的預制節(jié)段固定于地面上設置的絕緣板上。同時支撐架在塔主體組裝完成后作為輔助支撐結構，保證塔主體底部的穩(wěn)定性。

5)安裝抱箍裝置。為了保證整個塔主體的穩(wěn)定性，將塔主體與線路桿塔之間通過抱箍裝置水平固定，抱箍裝置的數(shù)量可根據(jù)塔高確定。塔主體上設置輔助平臺和頂部平臺，輔助平臺可用于抱箍裝置和工作平臺安裝的施工平臺，輔助平臺在塔主體上的安裝位置可靈活調(diào)整，頂部平臺作為作業(yè)平臺，可保證作業(yè)人員的安全。

作業(yè)完成后的拆卸操作從最下面的預制節(jié)段開始，同樣保持高效安全的特性。拆塔完成后將起吊裝置拆卸以備重復使用。

2.2 整體旋轉式安裝

整體旋轉式安裝參考固定式抱桿組立電桿施工規(guī)范，其現(xiàn)場平面布置如圖10所示。在整體旋轉起吊前依據(jù)現(xiàn)場帶電作業(yè)需求，將預制節(jié)段連接固定，上部連接絕緣工作平臺。利用可調(diào)節(jié)滑輪將兩固定鋼繩有效地綁扎在塔主體上，其合力點應超過絕緣塔平臺的重心。支點抱桿滑輪位置距離地面高度略高于固定鋼繩合力點至絕緣塔平臺旋轉支點。起吊時絕緣塔平臺利用固定拉線調(diào)整起立狀態(tài)。

圖10 整體旋轉式安裝

起立過程中要求緩慢均勻牽引，絕緣塔平臺離地0.8 m左右時，應停止起吊，對絕緣塔平臺進行全面檢查，確無問題后，再繼續(xù)起立。絕緣塔平臺靠近電桿時，應特別注意固定拉線受力情況，并緩慢松下牽引繩，切忌突然松放。絕緣塔平臺到位后，再安裝抱箍裝置，以確保絕緣塔平臺的穩(wěn)定。

3 測試應用

采用復雜地形全方位模塊化速裝絕緣塔平臺進行絕緣手套法帶電斷接10 kV支接線路引線項目。絕緣塔平臺配備的1 m、2 m規(guī)格的塔主體，能夠組合成1~13 m的升降高度，作業(yè)人員可停留在塔身總高度以下任意位置，實現(xiàn)了14 m以下電桿的檢修作業(yè)。

現(xiàn)場測試中絕緣塔平臺組裝長度為10 m，倒裝方式安裝的組裝時間為50 min，整體旋轉方式安裝的組裝時間為30 min，兩者都能實現(xiàn)在不平整地區(qū)的安裝。絕緣平臺測試荷重為300 kg，能滿足配電帶電作業(yè)荷載要求。絕緣塔平臺絕緣長度為抱箍到工作平臺間距離，實測為2 m，符合帶電作業(yè)安全距離要求。

現(xiàn)場測試表明該絕緣塔平臺與現(xiàn)有絕緣平臺相比，采用輕量化設計，具有質量輕、體積小等優(yōu)勢，方便運輸，節(jié)省人力，可大幅度降低安裝成本，節(jié)省安裝時間。塔身小巧靈活，特別適合于山地、平地、丘陵等各種復雜地形地貌的帶電作業(yè)。此外，塔身采用了環(huán)氧絕緣材質，能用于沿海地區(qū)、內(nèi)陸鹽漬土地及工業(yè)區(qū)和酸雨多發(fā)地區(qū)等有特殊防腐需求的環(huán)境。

4 結語

針對目前絕緣平臺搭建費時費力、適用地形有限、作業(yè)難度大等問題，設計復雜地形全方位模塊化速裝絕緣塔平臺裝置。該裝置包含塔主體、倒裝起吊裝置、抱箍裝置、工作平臺和輔助平臺等，采用模塊化塔段，依托混凝土電桿固定設計，能依據(jù)地形差異選擇倒裝疊加或整體旋轉式安裝方式。試驗表明，本設計能夠在復雜地形下開展不停電作業(yè)，實現(xiàn)了快拆快裝、多用途和重載荷三大主要功能要求。該裝置有效解決了絕緣平臺在地形復雜多變的農(nóng)村地區(qū)安裝連接難、地面平整度要求高等難題。