輸電線路樹障通道清理栓繩設(shè)計(jì)分析

唐武強(qiáng)

摘要：隨著輸電線路的發(fā)展，樹障成為影響線路安全的重要因素，因樹障引發(fā)的線路閃絡(luò)、林區(qū)火災(zāi)等事故頻發(fā)，存在巨大的安全隱患。為了改善輸電線路樹障通道清理效率低下的問題，本文選擇設(shè)計(jì)一款具有實(shí)用價(jià)值的栓繩裝置，通過合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和控制系統(tǒng)，從而穿過樹障完成繞線動(dòng)作，具有高效簡潔、施工方便的特點(diǎn)，具有良好的使用價(jià)值和推廣價(jià)值。

關(guān)鍵詞：輸電線路;樹障通道;栓繩

引言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和電力系統(tǒng)的改革，人們對(duì)于電能的要求越來越高。電力是國民生產(chǎn)的重要能源，但是隨著電網(wǎng)的發(fā)展，輸電線路和樹木林業(yè)的矛盾越來越明顯。輸電線路建設(shè)過程中遇到樹障，可能存在重大的安全隱患。極端天氣下，風(fēng)暴會(huì)刮倒樹木，損壞周邊輸電線路設(shè)備，影響輸電安全。樹障放電會(huì)造成線路閃絡(luò)、電網(wǎng)放電、樹木起火等事故，影響電網(wǎng)運(yùn)行。樹障不僅會(huì)對(duì)輸電線路造成不良影響，也會(huì)影響后續(xù)的電力搶修，給電網(wǎng)線路安全運(yùn)行帶來巨大挑戰(zhàn)。為了確保線路安全運(yùn)行，需要及時(shí)清理電力線路的樹障，通過人工或機(jī)械的方式，清理超高樹木，減少安全隱患[1]。當(dāng)前輸電線路樹障的清理主要是選擇人工方式進(jìn)行清理，通過人工爬樹，在高處修剪樹障。但是人工修剪的方式作業(yè)效率低，施工風(fēng)險(xiǎn)高，人工成本高，而且人工修剪局限較大，不適用于復(fù)雜地形樹障清理。本文在對(duì)輸電線路樹障危害分析的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)一種栓繩工具，可以用于輸電線路樹障通道清理，該方式效率高、施工便捷，具有較大的應(yīng)用價(jià)值。

1 輸電線路樹障概況

1.1 輸電線路工程概述

以某相機(jī)供電公司的輸電線路為例，該供電公司的輸電線路覆蓋35-220kV的電壓等級(jí)，其中7條35kV輸電線路，全場44.2km，45條110kV線路，全場332.9km;32條220kV線路，簽上554.5km。輸電線路的復(fù)雜地區(qū)區(qū)域占全區(qū)域的65%以上，整個(gè)輸電線路的維修人員共35人。經(jīng)過樹障的輸電線路區(qū)域占全區(qū)域的27%，當(dāng)前主要以人工清理方式為主。

1.2 輸電線路樹障問題

樹障是危害輸電線路安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要因素，夏天樹木生長快，而且夏天的暴雨天氣會(huì)引發(fā)放電和樹障跌落風(fēng)險(xiǎn)，引發(fā)線路跳閘。輸電線路樹障問題體現(xiàn)在：（1）樹障跳閘與樹線導(dǎo)電風(fēng)險(xiǎn)，輸電線路樹障存在導(dǎo)電、樹障掉落等風(fēng)險(xiǎn)，引發(fā)跳閘危害;（2）安全問題，樹障清理是解決樹障問題的有效方式之一，但是由于一些樹障所在區(qū)域環(huán)境復(fù)雜，樹木內(nèi)存在安全問題，樹木內(nèi)的毒蛇、馬蜂等因素會(huì)對(duì)清理人員造成安全風(fēng)險(xiǎn);（3）成本風(fēng)險(xiǎn)，樹障清理過程中，由于樹障清理風(fēng)向高、樹障清理與樹木所有者存在利益糾紛等，會(huì)消耗很大的成本。

1.3 減少輸電線路樹障影響的方式

樹障是危害輸電線路安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要因素，夏天樹木生長快，而且夏天的暴雨天氣會(huì)引發(fā)放電和樹障跌落風(fēng)險(xiǎn)，引發(fā)線路跳閘。當(dāng)前的輸電線路路障清理方式主要為：（1）人工清理，選擇人工清理，通過攀爬到高處，選擇刀具切掉樹障，從而減少樹障帶來的危害，但是人工清理方式效率較低，具有安全風(fēng)險(xiǎn);（2）空中機(jī)器人清理，空中機(jī)器人搭載刀具的方式也可以清理樹障，該方法效率較高，安全風(fēng)險(xiǎn)小，但是施工成本高，控制不夠靈活，施工局限性較大，不適合推廣使用;（3）選擇高跨線路，高跨線路能夠避開樹障影響，但是高跨線路需要在原有的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造，所耗費(fèi)的時(shí)間成本和經(jīng)濟(jì)成本高;（4）栓繩繞線裝置，選擇靈活可控的栓繩繞過樹障架設(shè)線路，成本低，效率高，而且施工靈活，適合多種復(fù)雜環(huán)境的施工[2];本文選擇栓繩清理工具，探討其設(shè)計(jì)方法和應(yīng)用價(jià)值。

2 栓繩裝置設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)的樹障清理繞繩是通過人工攀爬或鐵鉤進(jìn)行樹干或樹枝的固定，再進(jìn)行繩索的拉動(dòng)，用高枝鋸進(jìn)行截?cái)唷鹘y(tǒng)作業(yè)方式需要用手工完成，絕緣性無法保證、樹枝較粗時(shí)，需要爬到高處進(jìn)行作業(yè)，既費(fèi)時(shí)費(fèi)力，又增加作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)。在傳統(tǒng)作業(yè)方式的原理及基礎(chǔ)上，本文設(shè)計(jì)一種由橫軸、左側(cè)裝配支架、右側(cè)裝配支架、手動(dòng)拉柄和絕緣伸縮桿共同組成的絕緣自動(dòng)拴繩器。絕緣自動(dòng)拴繩器在橫軸的帶動(dòng)下，實(shí)現(xiàn)合攏張開動(dòng)作，從而套進(jìn)樹障，便于拉動(dòng)樹干及樹枝。該裝置由于配置了底部可變行程裝配架，所以對(duì)于直徑小于30CM的樹干樹枝，不用調(diào)整整個(gè)裝置，即可直接用于套取樹干。通過可變長度的絕緣伸縮桿，既保證了作業(yè)時(shí)的絕緣保護(hù)，又便于在≤4米高度隨意使用。

2.1 橫軸的設(shè)計(jì)

選擇不銹鋼片材質(zhì)，不銹鋼鋼片的規(guī)格為2MM×4MM×30CM的雙側(cè)鋼片，將鋼管切割并且打磨后，形成長度為300mm的鋼片連接件，兩端側(cè)在鋼片內(nèi)壁進(jìn)行連接，形成橫軸。橫軸用于整個(gè)裝置的套線支撐結(jié)構(gòu)。需要在左側(cè)裝配支架和右側(cè)裝配支架上布設(shè)固定螺栓、支撐整體裝置結(jié)構(gòu)[3]，為了保證扣緊以及張開動(dòng)作順利，橫軸應(yīng)該結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，無瑕疵，在一段邊緣打上寬度為5mm的槽，下板可以用于橫軸回位。

2.2 左側(cè)裝配支架設(shè)計(jì)

根據(jù)栓繩設(shè)計(jì)需求，左側(cè)裝配支架是由不銹鋼板切割而成。整體形狀為半U(xiǎn)型結(jié)構(gòu)，左側(cè)支架上端有進(jìn)深30MM橫軸運(yùn)動(dòng)溝槽。半U(xiǎn)型底部設(shè)計(jì)齒輪固定裝配孔，其設(shè)計(jì)關(guān)系到整個(gè)裝置的可變行程的精準(zhǔn)度。在套線過程中，通過手柄拉桿往前伸出，當(dāng)橫軸運(yùn)動(dòng)的時(shí)候，執(zhí)行結(jié)構(gòu)合攏，實(shí)現(xiàn)繞線操作。如果橫軸往反方向運(yùn)動(dòng)，執(zhí)行結(jié)構(gòu)張開，可以退出樹障，從而將繩索纏繞樹干。需要利用左側(cè)及右側(cè)裝配支架、手柄拉桿，確保準(zhǔn)確控制。

2.3右側(cè)裝配支架設(shè)計(jì)

根據(jù)栓繩設(shè)計(jì)需求，右側(cè)裝配支架是由不銹鋼板切割而成。整體形狀為半U(xiǎn)型結(jié)構(gòu)，右側(cè)支架上端有進(jìn)深30MM橫軸運(yùn)動(dòng)溝槽。半U(xiǎn)型底部設(shè)計(jì)齒輪固定裝配孔，其設(shè)計(jì)關(guān)系到整個(gè)裝置的可變行程的精準(zhǔn)度。在套線過程中，通過手柄拉桿往前伸出，當(dāng)橫軸運(yùn)動(dòng)的時(shí)候，執(zhí)行結(jié)構(gòu)合攏，實(shí)現(xiàn)繞線操作。如果橫軸往反方向運(yùn)動(dòng)，執(zhí)行結(jié)構(gòu)張開，可以退出樹障，從而將繩索纏繞樹干。需要利用左側(cè)及右側(cè)裝配支架、手柄拉桿，確保準(zhǔn)確控制。

2.4 手動(dòng)拉柄設(shè)計(jì)

手動(dòng)拉柄安裝在橫軸左側(cè)，與橫軸形成一體。在使用中，橫軸在頂?shù)綐涓蓵r(shí)，橫軸向裝置內(nèi)側(cè)移動(dòng)，手動(dòng)拉柄同時(shí)拉緊繩索，橫軸移動(dòng)時(shí)將樹干套入裝置內(nèi)，在手動(dòng)拉柄拉動(dòng)的作用下，可以進(jìn)行執(zhí)行結(jié)構(gòu)的張合。為了保護(hù)設(shè)備，減少摩擦，手動(dòng)搖柄和執(zhí)行機(jī)構(gòu)有調(diào)整墊片，可以用于調(diào)整高度，方便力的傳遞[4]。

2.5 設(shè)備組裝

將設(shè)計(jì)好的橫軸、左側(cè)裝配之間、右側(cè)裝配之間、手動(dòng)拉柄、絕緣伸縮桿等進(jìn)行組裝，每個(gè)裝置之間留有螺栓孔，由螺栓緊固設(shè)備，形成完整的栓繩設(shè)計(jì)。整體栓繩設(shè)計(jì)簡單，結(jié)構(gòu)緊湊，需要通過校驗(yàn)分析其實(shí)用性。

3 栓繩裝置應(yīng)用研究

3.1 裝置校驗(yàn)

栓繩裝置的設(shè)計(jì)目標(biāo)在于利用橫軸穿過樹障，從而完成繞線動(dòng)作，裝置的具體工作過程如下：（1）穿線，將需要繞線的樹干頂在橫軸處，橫軸機(jī)構(gòu)處狀態(tài)為右側(cè)向下移動(dòng)張開的狀態(tài)，將樹干頂入裝置U型區(qū)域內(nèi);（2）拉動(dòng)手動(dòng)拉柄，橫軸右側(cè)回位，整個(gè)拉線裝置在完成樹干套入的動(dòng)作后，拉動(dòng)手動(dòng)拉柄及絕緣桿，整個(gè)裝置向離開樹干方向拉動(dòng)，橫軸左側(cè)移動(dòng)，繩索隨拉線裝置一同離開樹干，拉著繩索到達(dá)預(yù)定位置;（3）繞線，橫軸拉著繩索到達(dá)預(yù)定位置，在軸的作用下，執(zhí)行機(jī)構(gòu)張開，帶著線路繞過樹障，完成繞線動(dòng)作;（4）結(jié)束動(dòng)作，完成繞線后，將立桿收回，繼續(xù)下一階段的繞線動(dòng)作。總體而言，該方法可通過執(zhí)行機(jī)構(gòu)通過樹障以完成繞線，而且利用手動(dòng)搖柄、軸承等控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)位置，確保繞線過程準(zhǔn)確，減少樹障的影響[5]。整個(gè)栓繩裝置部件均緊密相連，由手動(dòng)搖柄連接成為一體結(jié)構(gòu)，能夠在手動(dòng)拉柄帶動(dòng)下完成繞線。從應(yīng)用來看，整個(gè)繞線過程用時(shí)在30s左右，工作效率高，繞線效果好

3.2 應(yīng)用效果

利用栓繩裝置進(jìn)行線路清障，可用于線路的架設(shè)、線路的修補(bǔ)等。通過將拴繩裝置用于樹障的輸電線路，研究顯示：（1）將拴繩裝置用于輸電線路的檢修，施工效率高，繞線效率高，減少繞線時(shí)間，而且減少了繞線工作強(qiáng)度;（2）降低成本，通過拴繩裝置，可以繞過樹障的影響，減少了因?yàn)闃湔锨謇矶l(fā)的風(fēng)險(xiǎn)，也減少了樹障砍伐賠償損失，提升輸電線路安全。通過拴繩裝置，可以減少輸電線路樹障的影響，規(guī)避樹障清理人員的人身安全，具有較高的實(shí)用價(jià)值和推廣價(jià)值。

4 結(jié)語

本文對(duì)輸電線路繞線器進(jìn)行改進(jìn)，設(shè)計(jì)了一種新型的拴繩裝置，該裝置能夠用于樹障區(qū)域的輸電線路繞線動(dòng)作，施工效率明顯改善。拴繩裝置結(jié)構(gòu)緊湊、操作簡單、安全有效、繞線動(dòng)作流暢，提升樹障清理效率，具有廣泛的推廣價(jià)值。

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