甘肅送變電工程有限公司天水輸電運檢中心 常浩鵬 王新忠 閻 森 徐 東 焦小強 張建東
采用多旋翼飛行器拋繩技術(shù)、借助輔助工具的應(yīng)用快速有效地處置導(dǎo)線翻轉(zhuǎn)扭絞缺陷,避免因長期風(fēng)力作用而造成的導(dǎo)線間磨損,達到保證輸電線路安全運行目的。
我中心運維的750kV 某二回線路422號~423號海拔高度2010m~2032m 之間,線路塔身、導(dǎo)地線、金具、絕緣子串上均有覆冰(霧凇),檔內(nèi)中相導(dǎo)線不均勻覆冰和舞動跳躍,導(dǎo)線發(fā)生舞動翻轉(zhuǎn)利用輔助工具恢復(fù)的工作。
處理前組織人員對導(dǎo)線翻轉(zhuǎn)現(xiàn)場進行勘察,750kV 某二回線路422號~423號位于平?jīng)鍪嗅轻紖^(qū)麻武鄉(xiāng)后溝村,海拔高度2010~2032m 之間,本線路地貌單元以黃土塬及低山臺地為主,其次還有高山大齡地區(qū),存在少有的埡口地形。黃土塬及低山臺地地形起伏較大,侵蝕及切割較劇烈,地層破碎,縱橫溝谷發(fā)育,由黃土梁、峁及溝谷共同構(gòu)成,較平緩的山坡多已開墾為梯田。黃土塬及低山臺地,地層以黃土為主,風(fēng)積成因、淺黃~褐黃,稍密、稍濕,多見針狀孔隙,垂直節(jié)理發(fā)育,厚度大于10m,具有強烈的濕陷性。
該二回線路呈垂直排列,覆冰區(qū)采用單回線路,呈水平排列,全線覆冰設(shè)計為20mm,基本設(shè)計風(fēng)速按7m/s 風(fēng)速區(qū)設(shè)計。污穢等級(A回,c級污穢區(qū)占92.87%;e 級污穢區(qū)占7.13%。B 回,c 級污穢區(qū)占92.90%;e 級污穢區(qū)占7.10%);導(dǎo)線采用6×LGJ-400/50鋼芯鋁絞線,分裂間距均為600mm,左地線采用1×19-13-1270-A-GB 1200,右光纜采用OPGW-120型24芯光纜[1],跳線采用鼠籠式鋼性跳線結(jié)構(gòu)型式。導(dǎo)線翻轉(zhuǎn)扭絞發(fā)生在東涼Ⅰ線單回線路某耐張段的422~423號檔中相。缺陷段的線路設(shè)計參數(shù)如下:422號塔型ZB12、呼高43.5m、海拔1992m,422號塔型ZB22、呼高51m、海拔2018m,二者檔距529m,耐張段長/代表檔距3019/460米,導(dǎo)地線型號/最大設(shè)計張力(N/mm2)6×LGJ-400/50/30207N/根,間 隔棒數(shù)量11,線防震錘JLB20AC-150。
750kV 某二回線路422號~423號單回線路檔距內(nèi)共安裝11個間隔棒,導(dǎo)線發(fā)生180°翻轉(zhuǎn)為檔距內(nèi)4號大號側(cè)第(3、4)、(8、9)間隔棒之間的導(dǎo)線段,導(dǎo)線翻轉(zhuǎn)方向為面向大號側(cè)繞六分裂導(dǎo)線軸線方向順時針旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致翻轉(zhuǎn),經(jīng)現(xiàn)場勘察,發(fā)現(xiàn)扭絞導(dǎo)線段有較大的電流聲,存在電暈放電現(xiàn)象。422號~423號導(dǎo)線翻轉(zhuǎn)情況如圖1所示。導(dǎo)線翻轉(zhuǎn)扭絞后會隨著當(dāng)?shù)仫L(fēng)力及氣象條件變化情況,長時間受力發(fā)生不規(guī)則振動[2],且不能隨著導(dǎo)線自重而恢復(fù)的現(xiàn)狀,容易造成金具損壞,導(dǎo)線斷股或斷線,從而導(dǎo)致停電事故。
圖1 導(dǎo)線翻轉(zhuǎn)現(xiàn)場照片
特高壓輸電線路具有電壓等級高、輸送距離遠、輸送容量大特征,目前只有中國西北地區(qū)有750kV特高壓輸電線路,正常輸送功率3000MW、每相導(dǎo)線通過電流431A。停電檢修或停電時間較長,將會對國民經(jīng)濟收入造成影響或損失[3],及時處理導(dǎo)線翻轉(zhuǎn)對確保電網(wǎng)的安全、可靠、穩(wěn)定運行具有十分重要的意義。
由于750kV 高壓輸電線路桿塔高、發(fā)生導(dǎo)線翻轉(zhuǎn)的地形較差、人員無法在導(dǎo)線上作業(yè)等因素,且導(dǎo)線發(fā)生翻轉(zhuǎn)時受風(fēng)力、導(dǎo)線振動等影響,導(dǎo)線相交位置導(dǎo)線相互摩擦,易發(fā)生導(dǎo)線斷股、斷線等情況,危及線路運行安全,需及時進行處理恢復(fù)。目前處理導(dǎo)線翻轉(zhuǎn)的作業(yè)方法尚不成熟,普遍采用落線處理方法,耗時長、處理難度系數(shù)大。本次設(shè)計時提出一種新型處理750kV 導(dǎo)線翻轉(zhuǎn)的處理方法及輔助工具,采取帶電作業(yè)方式,利用多旋翼無人機拋繩技術(shù)及在導(dǎo)線翻轉(zhuǎn)區(qū)段內(nèi)選擇合適位置裝設(shè)輔助工具相結(jié)合的方式方法,利用導(dǎo)線自重及地面作業(yè)人員施加的反作用力使其恢復(fù)原狀。為確保該項處置工作安全高效開展,中心申請八旋翼大載重?zé)o人機配合作業(yè),同時挑選具有豐富帶電作業(yè)經(jīng)驗、線路運維工作經(jīng)驗的班組長進行現(xiàn)場協(xié)作配合作業(yè)。
多旋翼飛行器型號CXDX1108M,最大直徑1.5米(翼尖距);電機軸心距1.2米;全高0.80米;自重18kg(含機載電池);最大載重40kg;最遠遙控距離1000米;單次飛行時間≤20分鐘;放線架尺寸0.4米×0.8米;線盤直徑0.7米、槽寬0.2米;輕型引繩比重3.5公斤/千米;輕型引繩直徑3mm;輕型引繩破斷拉力75公斤;包裝桶直徑0.5米、高0.85米。
展開八旋翼,先打開遙控器電源再接通機身電源,必須進行指南針校準(zhǔn)方可飛行。所使用的是2.4G抗干擾信號發(fā)射機,遙控距離1公里,不能同時用兩只以上2.4G 遙控器同時接力控制。起飛前首先接通飛行器電源,再打開遙控器電源,顛倒次序不能飛行。接通飛行器電源后,需用觀察指示燈、聽聲音等兩條途徑來判斷飛行器是否能正常起飛。觀察指示燈方法:上電后LED 燈正常的閃爍方式為紅燈閃3下、紫燈快閃2下,否則電路不正常,請重新上電或檢查線路設(shè)備。聽聲音方法:上電后8只電調(diào)會同時發(fā)出音樂聲123和5聲自檢蜂鳴音,先連續(xù)4聲"嘟"音,最后1聲"嘟"音長鳴1~2秒結(jié)束,聽到"嘟、嘟、嘟、嘟,嘟"表示上電正常,可啟動電機怠速測試,若聲音不正常原因可能是電機燒壞或電調(diào)損壞或線路切斷。
主要工器具配置如下:多旋翼飛行器CXDX1108M2臺(租賃);安全工器具有網(wǎng)狀紅馬甲1套、急救/1個、工器具毯2張;工器具有Φ4×200m 迪尼瑪繩4根、Φ11×200m 半靜力繩4根、導(dǎo)線保護繩鉤2個、1.5T 錨鉆2個、1.5m 撬杠4個、1.5T 滑車4個、3t U 型環(huán)4個、機動絞磨1臺、輔助工具1套;通訊、數(shù)碼設(shè)備有對講機3臺、數(shù)碼相機1臺。工作負責(zé)人1人,安全監(jiān)護人1人,多旋翼飛行器操作員1人,地面配合人員10人,車輛4臺。
某750kV 二回線路的單回區(qū)段422號~423號海拔高度2010m~2032m 之間。地形為山地、植被茂盛,天氣為雨夾雪、東北風(fēng)4級、溫度-4℃、濕度99%、大霧能見度不足15m,線路塔身、導(dǎo)地線、金具、絕緣子串上均有覆冰(霧凇)。檔內(nèi)中相導(dǎo)線不均勻覆冰和舞動跳躍,導(dǎo)線發(fā)生舞動翻轉(zhuǎn)。
導(dǎo)線舞動主要發(fā)生在高壓多分裂導(dǎo)線輸電線路中。它是在特定的季節(jié)(冬季)導(dǎo)線覆冰時,由于間隔棒限制了導(dǎo)線的自身軸線回轉(zhuǎn)運動,很容易形成導(dǎo)線單側(cè)覆冰;由于埡口特殊地形的條件,當(dāng)水平方向風(fēng)速達到5~20m/s、風(fēng)向與線路夾角大于45°時,在導(dǎo)線單側(cè)覆冰的扭轉(zhuǎn)力和風(fēng)力的作用下,分裂導(dǎo)線就會隨著覆冰位置的不同而產(chǎn)生自激振動產(chǎn)生舞動[4]。舞動頻率一般為0.1~1Hz,舞動軌跡通常為偏離垂向為長軸的橢圓形,并伴有導(dǎo)線繞軸線的交變扭轉(zhuǎn),致使導(dǎo)線扭轉(zhuǎn)交纏在一起。
國內(nèi)對于750kV 及以上線路導(dǎo)線翻轉(zhuǎn)的情況很少見,在對其采取處理措施反面缺少研究,往常都通過采取停電降落導(dǎo)線的方式消缺;本次驗證的是無人機配合自主研發(fā)的工具進行實踐處理。
3.2.1 現(xiàn)場準(zhǔn)備
分析咨詢預(yù)定實施作業(yè)日期的天氣情況,確保無人機拋繩不受天氣影響作業(yè)。處理前對現(xiàn)場進行勘察,利用無人機測量導(dǎo)線對地面的實際距離,計算處理翻轉(zhuǎn)導(dǎo)線所用繩索長度,確定固定受力繩索位置進行地錨設(shè)置。觀察現(xiàn)場拋繩無人機的停機、起飛及拋繩位置,能使處理翻轉(zhuǎn)的繩索達到預(yù)定位置。研究改進翻轉(zhuǎn)導(dǎo)線輔助工具,能夠順利將導(dǎo)線翻轉(zhuǎn)輔助工具與導(dǎo)線連接,處理完畢后能夠順利脫離導(dǎo)線,并保障導(dǎo)線不受損傷。
3.2.2 處理過程
(1)進入現(xiàn)場,作業(yè)人員必須核對線路“三號”,識別線路色標(biāo),并確認無誤;(2)結(jié)合現(xiàn)場實際,在中相導(dǎo)線左邊20m~30m 處選擇多旋翼飛行器起降點,并按照安全文明施工要求布置現(xiàn)場;(3)根據(jù)現(xiàn)場勘察,將擬定的方案對作業(yè)人員進行培訓(xùn)交底,分配工作任務(wù)確保現(xiàn)場安全、有序開展;(4)檢查無人機拋繩掛鉤、拋繩重錘連接是否正常。檢查無誤后,操作無人機攜帶φ4迪尼瑪導(dǎo)引繩按步驟(2)的距離垂直起飛,垂直上升至中相導(dǎo)線水平面0.5米處,水平向右移動無人機,使得機身完全越過導(dǎo)線后開始拋繩,拋繩成功繩端連接受力繩索(φ11的半靜力繩),牽引受力繩索的端頭到地面后裝入與地錨鉆連接的轉(zhuǎn)向滑車中。
(5)將φ11的半靜力繩的另一端與導(dǎo)線翻轉(zhuǎn)修復(fù)輔助工具(右邊)連接,同時輔助工具的另一端(左邊)也用φ11的半靜力繩連接,地面作業(yè)人員通過牽引φ11的半靜力繩使得輔助工具逐漸靠近導(dǎo)線,最終使得輔助工具的一對掛鉤掛在兩相鄰子導(dǎo)線上(導(dǎo)線扭絞點大號側(cè)第3個間隔棒大號右上、右中子線上);(6)待步驟(5)完成掛接后,地面作業(yè)人員通過機動絞磨牽引輔助工具(左邊)的φ11半靜力繩,使得導(dǎo)線向扭絞的相反方向轉(zhuǎn)動,同時輔助工具(右邊)φ11的半靜力繩也給予適當(dāng)?shù)睦?,防止修?fù)過程中輔助工具脫落;(7)一次牽引使得導(dǎo)線翻轉(zhuǎn)180°后,若導(dǎo)線還未恢復(fù)原狀,需重復(fù)操作步驟(5)(6),直至導(dǎo)線翻轉(zhuǎn)恢復(fù)正常;(8)處理導(dǎo)線翻轉(zhuǎn)完畢,以相反的操作手續(xù)結(jié)束作業(yè)。
圖2 現(xiàn)場作業(yè)示意圖
圖3 輔助工具示意圖
對于特殊區(qū)段的間隔棒進行特殊設(shè)計,根據(jù)現(xiàn)場條件,可采用對間隔棒加裝偏重心裝置,使得導(dǎo)線受到外力時,導(dǎo)線自重及間隔棒偏重心裝置對其產(chǎn)生阻力矩,從而防止翻轉(zhuǎn)[5];桿塔布置盡量避免特大檔距;按照現(xiàn)場條件及氣象條件,適當(dāng)調(diào)整該地區(qū)檔距內(nèi)次檔距距離,減小相應(yīng)較大次檔距的距離,以增大間隔棒阻力;易發(fā)生缺陷處加裝在線檢測裝置或?qū)Ь€振動測量工具,根據(jù)測量結(jié)果制定相應(yīng)方案。
綜上,高壓架空線路距離較長,路徑的地表條件和氣候很復(fù)雜,能夠在短時間內(nèi)安全、高效的解決危及線路運行安全的方法很少,也存在經(jīng)驗積累困難。本文首先對處理導(dǎo)線翻轉(zhuǎn)的方法進行簡單介紹,并對其可行性展開分析,效驗導(dǎo)線翻轉(zhuǎn)處理方法的安全可靠性。在此基礎(chǔ)上通過輔助工具的結(jié)構(gòu)設(shè)計、工具效驗,研制改進輔助工具,使處理導(dǎo)線翻轉(zhuǎn)的方法及輔助工具成功應(yīng)用于生產(chǎn)實際。
理論研究和現(xiàn)場檢驗結(jié)果表明:研制的處理方法及輔助工具具有顯著的實用性,簡潔靈活、實施安全便捷,降低了作業(yè)勞動強度,具有很高的實用價值。因此本方法及輔助工具的研發(fā)能夠短時間及線路帶電運行的情況下解決導(dǎo)線翻轉(zhuǎn)的問題,是可實施的先進方法。