基于35kV架空線路施工作業(yè)平臺(tái)的研究

陸定駿　王強(qiáng)　劉新曄　葛晨皎

摘 要：隨著配電線路絕緣化改造的不斷深入，35kV線路新建及改造工程與日俱增。換線施工作業(yè)時(shí)間長(zhǎng)和施工強(qiáng)度高職業(yè)健康危害大的問題一直困擾著35kV線路換線施工。文章通過對(duì)35kV架空作業(yè)平臺(tái)的創(chuàng)新研究開發(fā)，從平臺(tái)主體結(jié)構(gòu)、主連接裝置、縱向調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)三部分進(jìn)行設(shè)計(jì)研究，并通過一系列測(cè)試與實(shí)施，有效減少了35kV換線施工的時(shí)間，同時(shí)，增加了35kV換線施工的安全性，對(duì)35kV線路換線施工有重要意義。

關(guān)鍵詞：35kV架空線路；作業(yè)平臺(tái)；施工

35kV架空線路主要指架空明線，架設(shè)在地面之上，是用絕緣子將輸電導(dǎo)線固定在直立于地面的桿塔上以傳輸電能的輸電線路。架設(shè)及維修比較方便，成本較低，但容易受到氣象和環(huán)境（如大風(fēng)、雷擊、污穢、冰雪等）的影響而引起故障。

隨著社會(huì)的不斷發(fā)展進(jìn)步，人們對(duì)電力服務(wù)和供電質(zhì)量的要求日益提高。過往的架空裸導(dǎo)線已遠(yuǎn)不能滿足供電服務(wù)可靠性要求，在上海市電力公司的統(tǒng)一部署下，各供電公司正緊鑼密鼓地開展線路絕緣化率100%提升工作。35kV線路換線施工，工作強(qiáng)度高，難度大，工作業(yè)量多，但施工時(shí)間往往不是很充裕。

通過對(duì)35kV換線作業(yè)中產(chǎn)生的問題進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)影響施工效率最主要的因素還是施工機(jī)具。因此，計(jì)劃使用一種作業(yè)工具，使工作人員可以通過該作業(yè)工具更安全、輕松進(jìn)行換線作業(yè)，改變過往低效的施工技術(shù)，以此減少作業(yè)時(shí)間，降低職業(yè)健康危害。但經(jīng)深入調(diào)查，發(fā)現(xiàn)目前市場(chǎng)上沒有一套能夠適應(yīng)35kV換線施工的作業(yè)工具。35kV架空作業(yè)平臺(tái)科研小組決定自行研發(fā)。

1 項(xiàng)目目標(biāo)

35kV線路換線工程，施工難度大，強(qiáng)度高。近年來，公司現(xiàn)場(chǎng)帶班人發(fā)現(xiàn)在35kV線路換線作業(yè)中，施工耗時(shí)明顯延長(zhǎng)。統(tǒng)計(jì)2015年9-12月35kV線路換線施工27項(xiàng)，35kV換線作業(yè)（單耐張段內(nèi)）施工平均用時(shí)77.13分鐘，遠(yuǎn)超公司小于65分鐘的施工要求。而35kV架空作業(yè)平臺(tái)的研究目標(biāo)為使得作業(yè)時(shí)間≤65分鐘。

2 可行性分析

架空作業(yè)平臺(tái)安裝在35kV角鐵橫擔(dān)，角鐵橫擔(dān)能夠承受15kN以上的外力，通過使用輕質(zhì)高強(qiáng)度材料，作業(yè)人員可以將架空平臺(tái)輕松安裝，并安全工作。平臺(tái)的調(diào)節(jié)裝置，可以使作業(yè)人員減少不必要的調(diào)整動(dòng)作，降低工作時(shí)間，提升作業(yè)效率，以此達(dá)到快速、舒適工作的要求。從理論、技術(shù)以及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)設(shè)想，項(xiàng)目是可行的。

3 項(xiàng)目設(shè)計(jì)內(nèi)容

科研小組提出了35kV架空作業(yè)平臺(tái)設(shè)計(jì)方案，必須滿足以下4個(gè)條件：（1）重量<25kg。（2）承載力>5000N。（3）可調(diào)范圍大，能夠進(jìn)行橫向與縱向兩維調(diào)節(jié)。（4）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝快捷、操作方便、連接牢固。

經(jīng)測(cè)試、綜合評(píng)估后，35kV架空作業(yè)平臺(tái)采用不可拆卸的一體式構(gòu)架。該方案使用方便、重量輕、牢固性佳、使用壽命長(zhǎng)、環(huán)境適應(yīng)性好。

小組通過進(jìn)一步細(xì)化，將其分為：平臺(tái)主體、主連接裝置、縱向調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)三大部分進(jìn)行研發(fā)。

3.1 平臺(tái)主體

小組對(duì)架空作業(yè)平臺(tái)主體材料進(jìn)行選擇，架空作業(yè)平臺(tái)主體需要足夠的機(jī)械強(qiáng)度、耐腐蝕性、拉伸強(qiáng)度、密度小等特點(diǎn)。對(duì)架空作業(yè)平臺(tái)主體制作材料進(jìn)行選擇，最終確定了鋁合金作為主體材料。

平臺(tái)主體結(jié)構(gòu)必須整體強(qiáng)度高、抗破壞性能強(qiáng)、經(jīng)久耐用。所以架空作業(yè)平臺(tái)的主體結(jié)構(gòu)必須滿足：（1）牢固，結(jié)構(gòu)剛度>8000N/mm。（2）能承受較大的破壞力，抗拉強(qiáng)度>300MPa。（3）耐用性強(qiáng)，長(zhǎng)期使用不發(fā)生變形，疲勞強(qiáng)度>500MPa。通過牢固性、抗破壞性、耐用性考慮，小組采用了立體結(jié)構(gòu)。立體結(jié)構(gòu)必須滿足人體及所攜帶所有工器具的總重量，有足夠的結(jié)構(gòu)剛度及抗拉強(qiáng)度，同時(shí)經(jīng)久耐用。通過三項(xiàng)10組測(cè)試后，平面結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)剛度>10000N/mm，抗拉強(qiáng)度>300MPa，疲勞強(qiáng)度>500MPa。該結(jié)構(gòu)在剛度試驗(yàn)時(shí)，能夠承受較大的試驗(yàn)外力；在經(jīng)受107交變載荷作用時(shí)疲勞強(qiáng)度值高。

在確定架空作業(yè)平臺(tái)主體結(jié)構(gòu)采用立體結(jié)構(gòu)后，我們對(duì)立體結(jié)構(gòu)工作實(shí)用性、舒適性、安全性方面進(jìn)行梳理，立體結(jié)構(gòu)必須滿足：（1）高空作業(yè)人員安全帶受力<200N。（2）腳面壓強(qiáng)<50000Pa。（3）腳部踩踏方便、舒適，長(zhǎng)時(shí)間工作對(duì)身體機(jī)能損害較小。經(jīng)小組成員測(cè)試、綜合評(píng)估后，最終確定了立體結(jié)構(gòu)采用：隨動(dòng)式。隨動(dòng)式架空作業(yè)平臺(tái)，采用平行四邊形設(shè)計(jì)，平臺(tái)各連接部位均采用活動(dòng)連接，平臺(tái)踏板可隨角度的變化，始終與地面保持水平。通過三項(xiàng)10組測(cè)試后，可以發(fā)現(xiàn)，隨著平臺(tái)對(duì)地夾角的逐漸增大，作業(yè)人員安全繩受力和腳面壓強(qiáng)變化幅度較小，安全繩最大受力164N；腳面壓強(qiáng)最大壓強(qiáng)26002Pa。在實(shí)際應(yīng)用中，該結(jié)構(gòu)可以進(jìn)行大角度調(diào)節(jié)，方便作業(yè)人員在空中各個(gè)位置進(jìn)行操作。不論平臺(tái)如何調(diào)整，腳部踏板始終保持水平，操作人員腳部所受壓強(qiáng)及腰部所受拉力較小，長(zhǎng)時(shí)間作業(yè)，不會(huì)因?yàn)榻嵌茸兓l(fā)生腳軟打滑現(xiàn)象，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，增加了工作效率、安全性及舒適性。

決定了平臺(tái)主體結(jié)構(gòu)后，小組考慮如何將平臺(tái)主體便捷、牢固地組裝在一起。主體結(jié)構(gòu)連接需要有效壽命長(zhǎng)，連接處破斷力滿足要求，且疲勞強(qiáng)度高。

平臺(tái)主體連接方式必須滿足：（1）使用壽命>10000次。（2）連接處破斷力>8000N。通過實(shí)用性、牢固性和耐用性比較，小組將平臺(tái)主體連接形式定為：螺絲式。螺絲式組合方式有效使用壽命較長(zhǎng)，可以長(zhǎng)期使用，不易發(fā)生形變，使用方便，連接處破斷力大，容易控制組裝牢固程度。通過三項(xiàng)10組測(cè)試后，螺絲式有效使用壽命平均大于10000次。螺旋紋路兩側(cè)有大面積接觸、受力均衡，連接處最大破斷力平均為9211N，大于要求的8000N。

3.2 主連接裝置

主連接裝置結(jié)構(gòu)要求定為：主連接裝置結(jié)構(gòu)牢固度好，在測(cè)試外力下不發(fā)生位移，安裝用時(shí)短。

因此，該結(jié)構(gòu)必須滿足：（1）牢固，結(jié)構(gòu)最大受力>10000N。（2）在測(cè)試外力下，不發(fā)生位移。（3）安裝便捷，用時(shí)<5min。通過牢固性、穩(wěn)定性、快捷性等方面進(jìn)行考慮，為此提出了壓片式結(jié)構(gòu)。

采用上下兩片鋁合金片，通過連接件，將架空作業(yè)平臺(tái)與35kV飛機(jī)橫擔(dān)連接固定。該結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、連接可靠，且所耗原材料較少，經(jīng)濟(jì)性高，安裝用時(shí)短。通過三項(xiàng)10組實(shí)驗(yàn)后，掛架式結(jié)構(gòu)，最大受力14243N，受10000N外力后位移0mm，安裝最大用時(shí)3.9min。在實(shí)際使用過程中，掛架式結(jié)構(gòu)最大受力值滿足要求，受測(cè)試外力后，未發(fā)生位移，安裝用時(shí)短，安全性和工作效率完全得到了保障。

3.3 縱向調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)

小組對(duì)縱向調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行選擇，縱向調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)要求定為：操作靈活、方便，調(diào)節(jié)精度高。

縱向調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)必須滿足：（1）操作簡(jiǎn)單，操作施力<300N。（2）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，重量輕。（3）調(diào)節(jié)精度高。通過操作性、輕便性、實(shí)用性等方面進(jìn)行考慮，計(jì)劃采用花籃結(jié)構(gòu)。其又稱為花籃螺絲、用由具有左和右旋螺紋的調(diào)節(jié)桿、螺母及拉桿組成，起調(diào)節(jié)、緊固的作用。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易加工、成本低、實(shí)用性強(qiáng)。通過三項(xiàng)10組實(shí)驗(yàn)后，操作施力最大值為261N，重量5.2kg，調(diào)級(jí)形式為無極。在實(shí)際使用過程中，花籃重量輕，調(diào)節(jié)操作施力小，同時(shí)調(diào)節(jié)順滑，無卡頓現(xiàn)象。

4 項(xiàng)目實(shí)施研究

4.1 采用鋁合金立體隨動(dòng)式結(jié)構(gòu)作為平臺(tái)主體

對(duì)紅白反光鋁合金立體隨動(dòng)式結(jié)構(gòu)平臺(tái)主體進(jìn)行圖紙?jiān)O(shè)計(jì)，通過對(duì)主體結(jié)構(gòu)、材料等細(xì)節(jié)方面進(jìn)行設(shè)計(jì)，制作出了架空作業(yè)平臺(tái)主體的實(shí)物。對(duì)架空作業(yè)平臺(tái)主體進(jìn)行出廠結(jié)構(gòu)剛度測(cè)試。通過6組試驗(yàn)，平臺(tái)主體結(jié)構(gòu)剛度最小值為10345N/mm，大于要求的8000N/mm，滿足要求。

對(duì)架空作業(yè)平臺(tái)主體進(jìn)行出廠抗拉強(qiáng)度測(cè)試。通過6組試驗(yàn)，架空作業(yè)平臺(tái)主體抗拉強(qiáng)度最小值365MPa，大于需求的300MPa，滿足要求。

對(duì)架空作業(yè)平臺(tái)主體進(jìn)行出廠疲勞強(qiáng)度測(cè)試。通過6組試驗(yàn)，架空作業(yè)平臺(tái)主體疲勞強(qiáng)度最小值為534MPa，大于要求值500MPa，滿足要求。

4.2 采用螺絲式作為平臺(tái)主體連接方式

對(duì)螺絲式連接進(jìn)行圖紙?jiān)O(shè)計(jì)，通過對(duì)螺絲直徑、長(zhǎng)度、形狀等細(xì)節(jié)方面進(jìn)行設(shè)計(jì)，制作出了螺絲式連接的實(shí)物。

對(duì)連接螺絲進(jìn)行連接處破斷力測(cè)試。通過6組試驗(yàn)，破斷力最小值為8562N，大于要求的8000N，滿足要求。

4.3 采用壓片式作為主連接裝置

對(duì)壓片式主連接結(jié)構(gòu)進(jìn)行圖紙?jiān)O(shè)計(jì)，通過對(duì)壓片結(jié)構(gòu)、尺寸等細(xì)節(jié)方面進(jìn)行設(shè)計(jì)，制作出了壓片式主連接結(jié)構(gòu)的實(shí)物。對(duì)壓片式主連接結(jié)構(gòu)進(jìn)行出廠軸向力測(cè)試。通過6組試驗(yàn)，壓片式主連接結(jié)構(gòu)軸向力最小值為14315，大于要求的12000N，滿足要求。

對(duì)壓片式主連接結(jié)構(gòu)進(jìn)行出廠抗沖擊強(qiáng)度測(cè)試。通過6組試驗(yàn)，壓片式主連接結(jié)構(gòu)抗沖擊強(qiáng)度最小值464MPa，大于需求的450MPa，滿足要求。

4.4 采用鍛制花籃結(jié)構(gòu)作為縱向調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)

對(duì)鍛制花籃調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)進(jìn)行圖紙?jiān)O(shè)計(jì)，通過對(duì)花籃結(jié)構(gòu)、形狀、尺寸等細(xì)節(jié)方面進(jìn)行設(shè)計(jì)。對(duì)鍛制花籃調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)進(jìn)行出廠抗拉強(qiáng)度測(cè)試。通過試驗(yàn)，鍛制花籃調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)抗拉強(qiáng)度最小值536MPa，大于需求的500MPa，滿足要求。

4.5 35kV架空作業(yè)平臺(tái)測(cè)試

進(jìn)行35kV架空作業(yè)平臺(tái)安裝訓(xùn)練。35kV架空作業(yè)平臺(tái)安裝及操作用時(shí)測(cè)試，三組平均用時(shí)僅54.3分鐘，滿足要求。

在完成35kV架空作業(yè)平臺(tái)后，將其運(yùn)用到現(xiàn)場(chǎng)施工。采用該平臺(tái)共完成更換導(dǎo)線工作18項(xiàng)，換線時(shí)間51.37min，達(dá)到公司要求目標(biāo)：換線作業(yè)時(shí)間≤65分鐘。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過該平臺(tái)的研發(fā)，減少了因?yàn)?5kV換線施工的時(shí)間，加快了送電的速度，受到市民的廣泛好評(píng)，同時(shí)讓用戶看到電力企業(yè)為不影響市民正常生活而不斷努力創(chuàng)新的決心，為實(shí)現(xiàn)公司社會(huì)責(zé)任添磚加瓦。同時(shí)，增加了35kV換線施工的安全性，將35kV換線施工的安全隱患降至最低，體現(xiàn)了電力企業(yè)強(qiáng)烈的社會(huì)責(zé)任感，增加了企業(yè)的品牌價(jià)值。

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作者簡(jiǎn)介：陸定駿（1987，01-），男，助理工程師，電力線路施工。

王強(qiáng)（1981，11-），男，工程師，電力企業(yè)發(fā)展與管理。

劉新曄（1987，09-），男，助理經(jīng)濟(jì)師，電力企業(yè)管理。

葛晨皎（1987，09-），男，助理工程師，電力線路施工。