輕型智能落地抱桿在特高壓線路工程組塔中的應用

張衛東 ，單 軍 ，慕德凱 ，周傳濤 ，楊啟發

（1.國網山東省電力公司，山東 濟南 250001；2.山東送變電工程公司，山東 濟南 250118；3.國網山東省電力公司日照供電公司，山東 日照 276826；4.國網山東省電力公司泰安供電公司，山東 泰安 271000）

0 引言

特高壓輸電線路雙回路鐵塔組立具有施工難度大、精度要求高等特點。鐵塔平均高度在100 m以上，單根主材構件達到5 t，現場作業一般采用內懸浮外拉線加人字抱桿、搖臂抱桿、起重塔機、雙平臂抱桿等起重吊裝設備。大截面內懸浮外拉線抱桿雖然轉運速度快、技術成熟，但抱桿的提升與起吊危險性較高，起吊重量小；傳統搖臂抱桿、起重塔機、雙平臂抱桿等大型起重吊裝設備機械化程度高、安全可靠，但在山地、河網等地形復雜、條件惡劣的環境時，往往面臨山地運輸困難、搬運成本高、拆裝作業效率低等問題。設備向小型化、自動化、集成化方向發展已成為特高壓鐵塔組立提高施工效率的有效手段，也是工程建設全過程施工機械化的緊迫需要。

針對特高壓工程鐵塔結構尺寸特點，結合建筑行業和組立大跨越鐵塔的塔式起重機成熟設備及施工技術特點，重點在小型化、高強材料、智能集成和提高工效等方面進行深入研究，研制一種適合于特高壓工程80～150 m鐵塔組立安全、快速、高效的輕型智能塔機，并應用于榆橫—濰坊1 000 kV特高壓交流輸電線路工程中，進一步完善和提高組塔施工裝備水平和工藝水平。

1 榆橫—濰坊特高壓線路工程概況

榆橫—濰坊特高壓線路工程起于陜西省境內的榆橫1 000 kV變電站，途經陜西、山西、河北、山東4省，止于山東省濰坊市境內的濰坊1 000 kV變電站。

線路全長2×1 059.3 km，工程在平丘及走廊受限的山地采用同塔雙回路架設，長度2×644 km，采用鋼管塔。其余山地采用兩個單回路架設，長度2×406 km，采用角鋼塔。沿線地形平地約38.13%，河網泥沼約4.65%，丘陵約3.80%，一般山地約41.44%，高山大嶺約11.98%。

由山東送變電工程公司施工的23標包線路起自1000kV濟南站龍門架，止于鄒平縣明集鎮12S071號塔，線路路徑長度36.646 km（包含3.417 km的黃河大跨越），共包含鐵塔72基，其中一般段雙回路鐵塔65基，黃河大跨越段雙回路直線塔3基，單回路耐張塔4基。線路途經濟南市濟陽縣、章丘市，濱州市鄒平縣，沿線海拔0～100 m。地形比例：59.4%為平地，40.6%為河網泥沼。

2 組塔情況分析

本標段鐵塔為雙回路傘形鋼管塔，共包含17種塔型，鐵塔總重15 960 t，其中一般段共14種塔型，塔總重10 632 t，黃河跨越段共3種塔型，塔總重5 328 t。本標一般段平均塔高超過108 m，平均塔重約163.57 t，單件重量最大達5.5 t，直徑約 0.965 m，長度達11.307 m；采用6.8級和8.8級螺栓。

鐵塔塔身主、斜材和橫擔主材采用的型材結構為鋼管，塔身水平間隔面、橫擔斜材和鐵塔輔材采用的型材結構為角鋼。構件連接主要采用法蘭連接、插板連接。部分安裝時連接部位集中、空間狹小，尺寸誤差稍大或安裝錯誤就會出現構件的碰撞問題，施工難度較大。該鐵塔橫擔長、重量大，水平就位較為困難，常規內懸浮外拉線組塔施工具有較大的難度。

結合近幾年特高壓鋼管塔施工的經驗，決定采用在原有雙平臂抱桿基礎上研制的 “輕型智能落地抱桿”進行組塔。

3 塔式起重機參數

3.1 主要特點

以原有可折疊雙平衡臂塔式起重機為技術參考，進行輕型智能落地抱桿的研制，摒棄了雙平臂起吊的結構，采用“單側起吊，對側平衡”的優化構造，同時對重要受力部件采用高強鋼材料，在原有80 t重量的基礎上優化設計使重量降至29 t；所有機構采用變頻調速控制，配重采用智能平衡系統，上下位機采用PLC通信控制系統，改善了作業條件，提高了施工效率。

采用拆卸式基礎，施工簡單，適用范圍廣。該抱桿的基礎采用拆卸式，安裝時只需簡單平整地面，基礎塊可以拆卸重復使用，節省成本，適用于各種不同的施工場合。

系統使用全變頻驅動系統，工作效率高，調速性能好，工作平穩可靠。 為了充分提高效率及加強吊裝時候的穩定性、準確性，起升、回轉、變幅均采用變頻調速功能，使得起升機構獲得理想的起升速度及荷重的慢就位，實現空鉤高速升降 （可實現增速60%，電機運行頻率由50 Hz提高到80 Hz）。

采用活配重動態平衡系統，可根據起吊負荷動態調整配重位置。采用此系統后，可明顯降低抱桿不平衡力矩，使運行更加安全。

抱桿采用雙油缸液壓一步式下頂升系統，標準節頂升一步到位，加節在地面進行，安全性更好，效率更高。

采用可收式水平臂。起重臂及平衡臂均采用可收式，起重機拆卸時候可以收起來，減少外部尺寸，可以隨著桿身的降低穿過鐵塔的中間部分，提高拆卸效率［1］。

采用上下位機PLC通信控制系統。上方的電氣柜與地面上的操作控制柜兩者之間采用主從 PLC控制，上下之間采用現場總線（線纜）連接，控制系統簡潔明了，減少電線電纜的數量和敷設布置，減輕安裝和維護的工作量。

國產化的重量限制器、力矩限制器、高度限位器、幅度限位器、回轉限位器、回轉、牽引機構的制動器具等先進安全裝置，以及小車防斷繩、防斷軸裝置，使抱桿安全性能更加可靠。

采用回轉限位器，取消中央集電環，有效避免因雨水侵蝕、短路漏電等引起的缺陷和故障，方便作業人員在抱桿中間上下通行。

控制室采用先進的聯動臺，各機構動作的操作更為容易，維修更為簡單。

3.2 主要參數

起重臂長度20 m，最大工作幅度為20 m（塔機中心線至吊鉤中心距離）；

最大起重量及倍率5 000 kg（任意幅度），4倍率；

額定起重力矩100 t·m，允許最大不平衡力矩50 t·m，（最大不平衡力矩為不考慮超載、沖擊和風力等情況下），平衡臂長度12～13 m；

塔身尺寸：不大于 1.2 m×1.2 m×4 m（長×寬×高）；

最大獨立使用高度：25 m；

附著使用最大塔身高度：150 m；

使用柔性附著且附著間距不小于25 m；

附著狀態塔身最大懸高：20 m；

起重臂、平衡臂折起后最大水平方向外形尺寸不大于2 m×3 m；

底架支承點間距：5 m×5 m；

安裝完成后底架最大外緣尺寸：7 m×7 m；

起重臂水平旋轉角度：360°；

回轉速度：0～0.63 r/min；

水平臂小車變幅速度：0～5 m/min；

起升速度：0～40 m/min （四倍率），0～80 m/min（兩倍率）；

設計最大工作風速：20 m/s。

該抱桿頭部采用雙水平臂（起重臂、平衡臂）結構，水平臂與桿頂間采用鋼絲繩連接，其中平衡臂配置可自動移動實現力矩平衡的配重系統。抱桿桿身提升采用液壓雙缸下頂升方式。起吊系統采用滑輪組及吊鉤，通過鋼絲繩經轉向滑車引至卷揚機，卷揚機不再放置在地面而置于抱桿頭部中節，有效減少鋼絲繩用量。配重和起重小車采用可拆卸式，在拆卸抱桿時可獨立拆除降至地面，提高拆卸效率［2］。

3.3 主要組成部分

采用的輕型智能落地抱桿由金屬結構、工作機構、液壓系統、電氣控制以及安全保護裝置等組成，結構如圖1所示。

圖1 輕型智能落地抱桿結構

1）金屬結構主要包括：基礎節、上下支座、爬升架、塔身標準節、回轉節、過渡節、塔頂、平衡臂、起重臂以及附著等。

2）工作機構包括起升機構、回轉機構、變幅機構及頂升機構、升節機構、起重行走小車、平衡臂行走小車等裝置。

3）液壓系統。液壓系統的使用，首先旋開油箱蓋板上的空氣濾清器蓋，注入液壓油，啟動油泵電機。系統正常啟動后，通過電磁換向閥來控制油缸的伸出和收回。電磁換向閥的出油量大小，可以調節疊加式雙路單向節流閥。

4）電氣及控制系統。

控制系統。通過集中操作臺統一控制起升、回轉及變幅、配重，回轉、起升及變幅采用PLC+變頻控制，具有限位開關、緩沖器，重量、力矩及力矩差顯示限制器等安全裝置。采用智能系統實現自動力矩平衡。

安全監控系統。抱桿帶有起重量限制器、起升高度限位器、水平變幅限位器、起重力矩限制器、回轉限位器。另外還有鋼絲繩防脫裝置、變幅小車斷繩保護裝置、變幅小車斷軸保護裝置、制動裝置、報警裝置等。

雷電放電地線要求。在標準節之間及每段吊臂之間設置連接線作為雷電專門通道，避免雷電從塔身各桿件的連接結構處入地，減小電阻，保護塔機上的電氣設備。

電氣連接件要求。重要電氣設備之間使用航空快接插頭（具備防錯裝功能）連接，避免接線錯誤，杜絕設備安全隱患。

視頻采集系統及可視化對講要求。在抱桿帽、起重臂、回轉臺等關鍵部位設置槍機、高速球等視頻采集系統，全過程、全方位立體空間動態監控，發現危險點及時消除。記錄數據、便于經驗總結。

設置可視化對講系統，實現塔上、塔下能可視對話。

4 塔式起重機施工技術應用

鐵塔最下段采用25 t汽車吊吊裝，25 t汽車同時負責安裝智能平衡力矩起重機設備。接腿段以上采用輕型智能落地抱桿吊裝。施工工藝流程如圖2所示。

圖2 施工工藝流程

4.1 施工準備

組塔前要做好充分施工準備，預先在安裝基礎塊的位置平整地面，基礎塊深入地面高度為100 mm，平整土地時尺寸需比基礎塊的尺寸大100 mm左右，以便基礎塊安裝時位置可以調整；進場道路要進行修整加固，滿足吊車等大型設備進場作業。配備通信設備進行指揮聯絡，確保通信暢通；加強對施工現場的實時監控，施工現場將采用遠程無線監控系統；接入穩定的臨時施工電源，并準備應急電源。

4.2 基礎節的安裝

以塔位中心為基準，抱桿中心與塔位中心重合，根據塔位中心樁位置確定基礎塊的放置位置，設置輔助安裝線，放置基礎塊，采用水準儀檢測四個基礎塊安裝的水平度，誤差不大于1/1 000。利用十字撐桿和斜撐桿與基礎螺栓連接固定，再安裝橫梁組成基礎節。

4.3 抱桿的安裝

用吊車將爬升架與十字撐桿連接安裝固定，標準節利用抱桿爬升架上的一步式頂升系統進行頂升安裝［3］。 將支座、起升機構、平臺、回轉機構、回轉支承、回轉節等組裝為一體，用銷軸連接。然后進行以上結構的整體吊裝。再在地面上將抱桿頂部組裝完成，用吊車將桿頂吊起安裝在過渡節上。

在平地上拼裝好平衡臂及起重臂，短軟拉索一端安裝在臂上。然后將工作臂（平衡臂、起重臂）吊起，安裝在過渡節對應接頭上固定。利用吊車抬起平衡臂或起重臂成水平角度，利用起升機構把臂端短軟拉索拉起，與塔頂連接。安裝好臂端短軟拉索后，調至水平狀態，將吊車卸載。穿繞其上鋼絲繩后，經試運轉各項操作正常后抱桿安裝正式完畢。

4.4 抱桿的頂升

將標準節地面組裝完成后，將桿身上下部頂升框架內標準節間鎖定銷軸解開，利用頂升系統將整個抱桿頂升，頂升高度超過一個標準節高度，推入標準節到爬升架內，調整好位置，收縮節油缸活塞桿，將標準節連接固定，完成一次標準節的頂升安裝，重復以上步驟，可繼續加高抱桿至所需高度。

4.5 塔腳板及塔腿段吊裝

鐵塔塔腿段采用25 t汽車吊分解吊裝，先吊裝四腿主材，再吊裝水平桿，最后吊裝斜桿。每個塔腿分段進行吊裝。塔腿主材吊裝完畢后，再吊裝水平橫桿，最后吊裝斜桿。

4.6 塔身段吊裝

吊裝主材時，使用吊裝專用的高強螺栓。吊裝就位過程中，根據法蘭盤上就位對齊標記，調整吊裝主材就位位置，吊裝示意如圖3所示。

圖3 主材吊裝立體示意

在塔腿段，由于水平橫桿根開尺寸較大，采用單根主材起吊，起吊前采用吊帶綁扎。

在主材與水平材的連接處設置起重滑車，在塔腿處設置轉向滑車，利用Φ13 mm鋼絲繩穿過滑車與斜材底部綁扎連接，用作斜材的輔助吊繩，便于輔助斜材下部的安裝就位。

當鐵塔接腿段上部跟開不是很大、可以組成穩固結構的橫斜材，可以將橫斜桿組片后同時起吊。鐵塔組片吊裝起升時，應保持吊件與塔身距離不小于3 m。起吊斜材應在稍高于就位點時停止提升，利用1 t倒鏈調整斜材就位插板分別位于主材就位板的正上方，然后慢松起吊繩使斜材慢慢落下，使用尖扳手等工具將斜材的就位插板和主材對應的就位板對齊安裝固定。

4.7 鐵塔橫擔、地線支架吊裝

本標段耐張塔橫擔的重量最重為11.3 t；橫擔重量大于10 t的，將每側的導線橫擔分別組裝成前后兩片，分片吊裝；橫擔重量小于10 t的，兩側橫擔各自整體組裝后分別吊裝。為減少吊裝工況，提高工作效率，全部采用活配重方式吊裝。吊裝順序：從下往上依次吊裝，先下橫擔、中橫擔，再上橫擔、地線支架。

橫擔吊裝采用四點起吊方式，分別用2條10 t吊帶綁扎在橫擔主材節點合理位置上。起吊時先沿順線路方向提升，接近就位點時，再旋轉至就位方向就位固定。工程鐵塔橫擔與塔身聯接處使用十字插板和U型插板，安裝間隙極小，安裝時務必保持橫擔水平就位姿態，便于橫擔就位［4］。橫擔吊裝示意如圖4所示。

圖4 橫擔吊裝示意

4.8 抱桿拆除

鐵塔組立完畢，抱桿降至初始高度后，吊臂的拆除過程為上述的逆程序。首先拆除連接電纜；再拆除吊鉤和幅度限位；將載重小車開至起重臂最外端，并緩緩落至地面；然后把起升鋼絲繩穿過桿頂部滑輪組，經由起重臂最外端滑輪，最后固定到塔頂。收緊雙側起升鋼絲繩，讓雙側吊臂圍繞根部鉸點同步緩慢地搖起，將雙側吊臂固定在塔頂上。利用鋼管塔將抱桿整體下降到最低高度，然后依次將吊臂、桿頂、回轉機構及支座、桿身、起升機構等部分拆除，最后拆除底架基座和基礎底板。

5 結語

輕型智能落地抱桿整體結構重量優化設計合理，運輸安裝較雙平臂抱桿方便，自動化程度高，多處采用高效設計，通信控制系統先進，安全性能優良，操作簡便實用，極大提高了榆橫—濰坊1 000 kV特高壓交流輸電線路工程鋼管塔組立的施工效率。