一種萬(wàn)向高空綁扎絕緣裝置的研究

溫帶銀，譚炯潤(rùn)，黃耀升，孫天成，黃 昊

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司江門(mén)供電局，廣東江門(mén) 529000）

1 課題背景

目前大部分的輸電線路建立在山區(qū)，若輸電線路保護(hù)區(qū)內(nèi)生長(zhǎng)有超高樹(shù)木，樹(shù)木對(duì)導(dǎo)線的安全距離不足，不及時(shí)處理，將致使導(dǎo)線對(duì)樹(shù)木放電，導(dǎo)致輸電線路發(fā)生跳閘，影響電網(wǎng)可靠運(yùn)行。在線路運(yùn)維過(guò)程中，要經(jīng)常對(duì)輸電線路導(dǎo)線距離不足的超高樹(shù)木進(jìn)行修剪或砍伐。其中大部分需要處理的超高樹(shù)木的高度都在10～20 m，且對(duì)導(dǎo)線距離不足，在超過(guò)樹(shù)木砍伐過(guò)程中需要控制樹(shù)木的倒向，防止樹(shù)木向帶電導(dǎo)線側(cè)傾倒。常用的方法是利用繩索綁扎于樹(shù)木重心以上位置來(lái)控制倒樹(shù)方向[1]，通過(guò)控制拉繩方向來(lái)實(shí)現(xiàn)樹(shù)木傾倒，但如果樹(shù)木較高，將綁扎繩索于樹(shù)木重心以上位置則十分困難。

在高山大嶺中，運(yùn)維人員會(huì)通過(guò)梯子攀爬樹(shù)木來(lái)將繩結(jié)固定于重心的位置風(fēng)險(xiǎn)極大。大部分超高樹(shù)木沒(méi)有著力點(diǎn)，存在人員高空墜落的風(fēng)險(xiǎn)，并且攜帶工具、設(shè)備上山，無(wú)形中浪費(fèi)了作業(yè)人員的體力，帶來(lái)額外的負(fù)擔(dān)。

近年來(lái)，電力生產(chǎn)出現(xiàn)多起在高空作業(yè)期間人員墜落的事故。隨著南網(wǎng)與國(guó)網(wǎng)對(duì)高空作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)和管控要求不斷提高，按照安全規(guī)定，凡在墜落高度基準(zhǔn)面2 m 以上（含2 m）有可能墜落的高處進(jìn)行作業(yè)，都稱(chēng)為高處作業(yè)。按公司最新頒發(fā)的高空作業(yè)指引要求，在生產(chǎn)中需要進(jìn)行高處作業(yè)的工作為低風(fēng)險(xiǎn)作業(yè)管控，且要求錄入視頻監(jiān)控。

為解決上述問(wèn)題，本文設(shè)計(jì)了一種萬(wàn)向高空綁扎絕緣裝置，無(wú)需進(jìn)行高處作業(yè)，可以在地面位置保證作業(yè)安全距離和人身風(fēng)險(xiǎn)的前提下，簡(jiǎn)便、快速地對(duì)樹(shù)木重心以上位置進(jìn)行綁扎，且該裝置運(yùn)維人員可輕松地?cái)y帶上山，提高作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的便利性和安全性。

2 樹(shù)障清理流程及風(fēng)險(xiǎn)分析

2.1 樹(shù)障清理流程

在輸電線路運(yùn)維工作中，樹(shù)障清理是最常見(jiàn)和普通的工作。輸電線路跨越高山大嶺，高大的樹(shù)木茂密成林，若不及時(shí)處理，當(dāng)樹(shù)木與導(dǎo)線的距離小于最小安全距離時(shí)[2]，高壓電會(huì)擊穿空氣（表1），對(duì)樹(shù)木發(fā)生放電，導(dǎo)致樹(shù)木周邊人員觸電及線路跳閘。

表1 樹(shù)木與導(dǎo)線的最小安全距離

由于輸電線路經(jīng)過(guò)的林帶一般為山區(qū)，常規(guī)灌木或較小的樹(shù)木可采用鐮刀、柴刀、斧頭等清理砍伐，但直徑較大的樹(shù)木人工砍伐不易，所以一般采用油鋸進(jìn)行砍伐。發(fā)現(xiàn)及砍伐樹(shù)障的流程如下：

（1）運(yùn)維人員通過(guò)目測(cè)、無(wú)人機(jī)測(cè)量、激光雷達(dá)測(cè)量、測(cè)距儀等儀器進(jìn)行初步測(cè)量[3]，記錄需要處理的樹(shù)障位置及數(shù)量，收集數(shù)據(jù)后回到單位進(jìn)行系統(tǒng)錄入并派工。

（2）作業(yè)人員需要與樹(shù)主進(jìn)行溝通協(xié)調(diào)，告知樹(shù)主樹(shù)障隱患風(fēng)險(xiǎn)，同樹(shù)主確認(rèn)需要砍伐的樹(shù)木品種及數(shù)量后進(jìn)行樹(shù)木砍伐。

（3）砍伐過(guò)程中需要作業(yè)人員觀察樹(shù)木倒樹(shù)方向，謹(jǐn)防砍伐后樹(shù)木倒向?qū)Ь€一側(cè)，引發(fā)輸電線路跳閘及作業(yè)人員觸電風(fēng)險(xiǎn)?？撤ミ^(guò)程中需作業(yè)人員通過(guò)繩索控制倒樹(shù)方向，而由于樹(shù)木高大，繩索綁扎需要在樹(shù)木重心位置以上，這就需要運(yùn)維人員通過(guò)絕緣梯爬樹(shù)的方式進(jìn)行綁繩，而人工綁扎樹(shù)木效果不穩(wěn)定，不同運(yùn)維人員的綁扎方式不同，若綁扎不夠穩(wěn)定，會(huì)導(dǎo)致拉繩過(guò)程中脫繩，引發(fā)電網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)。

（4）作業(yè)人員通過(guò)繩索將樹(shù)木拉至與導(dǎo)線反方向后即可開(kāi)始砍樹(shù)[3]，砍伐結(jié)束后清理現(xiàn)場(chǎng)及收拾工器具，回單位系統(tǒng)進(jìn)行樹(shù)障缺陷處理閉環(huán)。

2.2 清理過(guò)程中的風(fēng)險(xiǎn)分析

清理過(guò)程中存在的風(fēng)險(xiǎn)有：①樹(shù)木倒向?qū)Ь€一側(cè)引發(fā)線路跳閘及砍樹(shù)人員觸電的風(fēng)險(xiǎn)；②樹(shù)木需綁扎繩索至重心以上，人工爬樹(shù)作業(yè)會(huì)有高處墜落的風(fēng)險(xiǎn)；③樹(shù)木倒下過(guò)程中存在砸傷作業(yè)人員的風(fēng)險(xiǎn)。

3 技術(shù)方案

對(duì)于電網(wǎng)運(yùn)行來(lái)說(shuō)，不論是輸電還是配電，超高樹(shù)木都是影響線路穩(wěn)定運(yùn)行的重要原因，傳統(tǒng)的處理方法有：①運(yùn)維人員通過(guò)吊車(chē)將吊籃提至樹(shù)木重心的位置進(jìn)行綁扎，但是此方法的缺點(diǎn)是使用地方具有局限性，僅能在平坦的地方使用，荒山野嶺中吊車(chē)不能到達(dá)，且大面積處理樹(shù)木時(shí)吊車(chē)使用不方便，樹(shù)木倒下過(guò)程中容易砸到車(chē)輛；②運(yùn)維人員攜帶梯子攀爬至合適的綁扎位置，而此方法的缺點(diǎn)是需要足夠梯子擺放的位置，且需要兩個(gè)人輔助作業(yè)，一人梯子上綁扎，一人扶梯，工具設(shè)備重量和體積相對(duì)較大，不便于攜帶。如果運(yùn)維人員徒手攀爬樹(shù)木綁扎，存在極大的高空墜落風(fēng)險(xiǎn)，而且大部分樹(shù)木沒(méi)有腳踩著力點(diǎn)，攀爬非常困難，此方法不符合安全作業(yè)要求。

目前市場(chǎng)上缺少一種實(shí)用、輕便，且具有絕緣能力的樹(shù)木綁扎裝置，存在的問(wèn)題和困難有：①梯子體積大、重量重，不便于進(jìn)山，在未開(kāi)展砍樹(shù)工作前已經(jīng)消耗大量體力；②吊車(chē)適用范圍有限，不滿(mǎn)足輸電線路修剪或砍伐樹(shù)木需求；③大部分樹(shù)木樹(shù)干上沒(méi)有著力點(diǎn)，市場(chǎng)上現(xiàn)有的綁扎裝置綁扎困難；④目前市場(chǎng)上的綁扎裝置長(zhǎng)度不能滿(mǎn)足需求，且沒(méi)有絕緣功能。

針對(duì)使用吊車(chē)、梯子和市場(chǎng)上現(xiàn)有的綁扎裝置的弊端，分析作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境和樹(shù)木的特征，設(shè)計(jì)萬(wàn)向高空綁扎絕緣裝置，實(shí)現(xiàn)對(duì)樹(shù)木的綁扎，提高修剪砍樹(shù)作業(yè)效率，降低運(yùn)維人員勞動(dòng)量和人身安全風(fēng)險(xiǎn)。

萬(wàn)向高空綁扎絕緣裝置組成如圖1 所示，主要部件有：①支撐架，形狀為弧形，航空鋁材料，設(shè)計(jì)匹配合適的樹(shù)木直徑長(zhǎng)度；②防脫鉤，與支撐架成一體設(shè)計(jì)，航空鋁材料；③活動(dòng)板，被防脫鉤勾住，由承托架給予支撐，被綁扎樹(shù)木從此處進(jìn)入，實(shí)現(xiàn)綁繩工作；④承托架，利用杠桿原理，凹槽形設(shè)計(jì)，支撐活動(dòng)板的橫梁，從防脫鉤的一端向支撐架旋轉(zhuǎn)；⑤綁繩孔，將綁扎樹(shù)木的繩索在此位置進(jìn)行綁扎固定；⑥定繩孔，防止繩索纏繞、打結(jié)；⑦連接片，通過(guò)此位置將操作桿同萬(wàn)向轉(zhuǎn)頭及支撐架連接在一起，材料為航空鋁；⑧固定螺栓，通過(guò)螺栓配合萬(wàn)向卡尺，確保操作頭可以適應(yīng)不同作業(yè)環(huán)境，即便操作人員站在樹(shù)根位置也可輕松地綁扎、固定繩索；⑨操作桿，由3 段組成，設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為10 m，可適用于輸電線路保護(hù)區(qū)內(nèi)大部分高桿樹(shù)木，材料為玻璃鋼環(huán)氧樹(shù)脂，具有張性大、強(qiáng)度大、重量輕的特性，便于攜帶；⑩萬(wàn)向轉(zhuǎn)頭，設(shè)計(jì)齒形結(jié)構(gòu)，兩部分齒形結(jié)構(gòu)相互咬合，緊密連接，每部分設(shè)計(jì)15 齒，通過(guò)收緊固定螺栓實(shí)現(xiàn)固定牢固通風(fēng)孔，此孔可有效減少支撐架的重量，降低支撐架風(fēng)阻綁扎繩。

圖1 綁扎裝置構(gòu)成

萬(wàn)向轉(zhuǎn)向扣由3 部分組成，分別是2 個(gè)齒形卡扣及1 個(gè)固定螺栓，2 個(gè)齒形卡扣相互咬合，調(diào)整好合適的角度α 后，通過(guò)收緊固定螺栓，實(shí)現(xiàn)咬和緊閉，確保操作桿與支撐架的連接穩(wěn)固和作業(yè)正常。作業(yè)人員通過(guò)操作桿將綁扎裝置舉起，根據(jù)作業(yè)環(huán)境選擇合適的作業(yè)位置，通過(guò)調(diào)節(jié)萬(wàn)向轉(zhuǎn)頭改變支撐架與操作桿的作業(yè)夾角α，以適用于不同作業(yè)位置。若作業(yè)位置寬敞，且樹(shù)木高度不高，可將夾角α控制在170°～180°，盡量保持在同一作業(yè)面上進(jìn)行操作。若作業(yè)位置狹窄，且樹(shù)木高度相對(duì)較高，可將夾角α調(diào)整至90°～135°，便于作業(yè)人員進(jìn)行綁樹(shù)工作。

綁扎的主要方法是：使用白棕繩或其他繩索在綁繩口系好，然后通過(guò)定繩孔的定繩扣固定，以防作業(yè)時(shí)繩索纏繞、打結(jié)。樹(shù)干在活動(dòng)板前方，通過(guò)承托架支撐防脫扣位置，活動(dòng)板向支撐架內(nèi)部旋轉(zhuǎn)，將樹(shù)干置于支撐架內(nèi)。后防脫扣勾住活動(dòng)板的開(kāi)口處，支撐架于活動(dòng)板連接位置分開(kāi)，向反方向拉動(dòng)操作桿，讓樹(shù)干從承托架位置離開(kāi)支撐架內(nèi)，綁繩孔帶著白棕繩從樹(shù)干上穿過(guò)，即可完成綁繩工作。

在廣東省境內(nèi)，輸電運(yùn)維工作需要管控的樹(shù)木有桉樹(shù)、松樹(shù)、竹子、榕樹(shù)等。其中，桉樹(shù)高大且樹(shù)干光滑，綁繩至樹(shù)木穿繩位置后難以固定，本設(shè)計(jì)搭配使用了固定繩索裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)樹(shù)木的固定（圖2）。

圖2 固定繩索裝置構(gòu)成

固定繩索裝置包括：①卡樹(shù)，將該裝置固定在待綁扎位置的下方樹(shù)干上；②支撐架，固定托繩器及二次固定樹(shù)干；③托繩器，將繩索托起，確保待綁扎位置繩索不滑落；④操作桿，伸縮長(zhǎng)度最長(zhǎng)可達(dá)到15 m。使用方法為打開(kāi)操作桿，使用卡樹(shù)和支撐架卡住樹(shù)干位置，托繩器拖住繩索完成綁扎固定。

4 應(yīng)用成效及總結(jié)

2020—2021 年，該裝置于廣東電網(wǎng)江門(mén)供電局輸電管理一所廣泛應(yīng)用，對(duì)110 kV 及以上保護(hù)區(qū)內(nèi)的超高樹(shù)木進(jìn)行處理。經(jīng)試驗(yàn)應(yīng)用，該裝置操作簡(jiǎn)單方便，質(zhì)量?jī)H為5 kg，可綁扎超過(guò)20 m 高樹(shù)木重心以上位置，而傳統(tǒng)的10 m 絕緣梯質(zhì)量超過(guò)20 kg。該裝置在使用中有很大優(yōu)勢(shì)，砍樹(shù)過(guò)程中免去運(yùn)維人員爬樹(shù)作業(yè)，降低作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，提高作業(yè)效率，適用于電網(wǎng)企業(yè)的樹(shù)障運(yùn)維工作。