白劍鋒，雷冬云，肖麗勇，李金亮

(1.長(zhǎng)沙電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410131；2.國(guó)網(wǎng)湖南省電力有限公司長(zhǎng)沙供電公司，湖南 長(zhǎng)沙 412500；3.國(guó)網(wǎng)湖南省電力有限公司電力科學(xué)研究院，湖南長(zhǎng)沙 410007)

0 引言

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對(duì)配網(wǎng)供電可靠性要求越來(lái)越高[1－3]，然而雷電、污穢、覆冰、飄掛物等外力因素經(jīng)常引發(fā)線路故障，嚴(yán)重威脅線路的安全運(yùn)行[4－5]。因此需要加強(qiáng)線路運(yùn)維管理，停電作業(yè)方式難以保障電力可靠供應(yīng)，因此電力企業(yè)極力推廣不停電作業(yè)法，以縮短停電時(shí)長(zhǎng)、降低停電影響和減少經(jīng)濟(jì)損失。交通便利的城市、城郊地區(qū)一般采用斗臂車、絕緣升降梯等大型輔助工具實(shí)現(xiàn)不停電作業(yè)，該方式具有快速靈活等優(yōu)點(diǎn)，但造價(jià)高、交通條件要求高[6－7]。對(duì)于地形復(fù)雜的農(nóng)村區(qū)域，絕緣斗臂車等大型設(shè)備難以到達(dá)，一般采用絕緣平臺(tái)或登高梯等方式作業(yè)，但絕緣平臺(tái)搭建費(fèi)時(shí)費(fèi)力、適用地形有限、作業(yè)難度大，限制了復(fù)雜地形不停電作業(yè)的推廣和農(nóng)村配電網(wǎng)可靠性的提高[8]。

目前對(duì)于架空配電線路絕緣平臺(tái)法帶電作業(yè)的研究主要集中在絕緣平臺(tái)的操作設(shè)計(jì)、絕緣平臺(tái)的功能拓展、絕緣平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)方式等[9－11]。文獻(xiàn)[12]設(shè)計(jì)了固定于電桿桿身的絕緣操作平臺(tái)，通過(guò)升降和旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)，檢修人員可以靈活在電桿上上下移動(dòng)，解決了受地形、交通影響下的配電線路帶電檢修工作難題。文獻(xiàn)[13]針對(duì)絕緣斗臂車無(wú)法達(dá)到的山區(qū)田野等地區(qū)，設(shè)計(jì)了10 kV升降旋轉(zhuǎn)式絕緣平臺(tái)，具備垂直升降和水平旋轉(zhuǎn)功能，解決了作業(yè)穩(wěn)定性差等問(wèn)題。文獻(xiàn)[14]根據(jù)10 kV配電線路帶電作業(yè)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了具備垂直升降、水平旋轉(zhuǎn)、可調(diào)試絕緣、抱箍緊鎖4個(gè)功能的帶電作業(yè)絕緣平臺(tái)。文獻(xiàn)[15]以玻璃纖維作為雙絕緣平臺(tái)主材，采用旋轉(zhuǎn)鉸鏈設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)絕緣平臺(tái)在水平30°~180°范圍的任意調(diào)整，提高了配電網(wǎng)帶電作業(yè)效率。文獻(xiàn)[16]研制了可無(wú)線電動(dòng)遙控和能繞電桿180°水平旋轉(zhuǎn)的絕緣平臺(tái)，有效克服了絕緣斗臂車作業(yè)范圍有限的難題。文獻(xiàn)[17]研制了車載式絕緣平臺(tái)，解決了傳統(tǒng)斗臂車難以在街道、地形限制區(qū)域開(kāi)展配電線路帶電作業(yè)的難題。上述研究一定程度上地解決了在特定區(qū)域、特定條件下的帶電作業(yè)難題，亦為本文設(shè)計(jì)復(fù)雜地形帶電作業(yè)平臺(tái)提供了思路。

鑒于此，設(shè)計(jì)一種復(fù)雜地形全方位模塊化速裝絕緣塔平臺(tái)裝置，采用模塊化塔段、倒裝式或旋轉(zhuǎn)式安裝、依托混凝土電桿固定的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)快拆快裝、多用途和重載荷三大主要功能要求，解決常用絕緣平臺(tái)在地形復(fù)雜多變的農(nóng)村地區(qū)存在安裝連接困難、對(duì)地面平整度要求高等難題。

1 裝置設(shè)計(jì)

1.1 整體方案設(shè)計(jì)

復(fù)雜地形全方位模塊化速裝絕緣塔平臺(tái)包括塔主體、倒裝起吊裝置、抱箍裝置、工作平臺(tái)和輔助平臺(tái)，如圖1所示。

圖1 絕緣塔平臺(tái)結(jié)構(gòu)示意圖

塔主體為模塊化裝配結(jié)構(gòu)，包括若干預(yù)制節(jié)段，相鄰預(yù)制節(jié)段之間通過(guò)連接框及緊固件可拆卸連接，塔主體通過(guò)抱箍裝置與桿塔固定。倒裝起吊裝置主要用于起吊塔預(yù)制節(jié)段，在塔主體組裝完成后可作為輔助支撐。工作平臺(tái)固定于塔主體的上端，可以靈活拆卸。輔助平臺(tái)可拆卸固定于塔主體上作為抱箍裝置和工作平臺(tái)安裝的施工平臺(tái)，塔主體上的安裝位置可靈活調(diào)整。該裝置所有部件均可預(yù)制生產(chǎn)且能全部回收重復(fù)使用。

1.2 塔主體設(shè)計(jì)

塔主體主要起支撐絕緣平臺(tái)作用，采用預(yù)制節(jié)段設(shè)計(jì)，高度可為1 m、2 m等多種規(guī)格，現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行組裝。相鄰的預(yù)制節(jié)段之間通過(guò)平面矩形框，以螺栓、螺母連接固定。預(yù)制節(jié)段主要包括絕緣框架和其兩端通過(guò)緊固件可拆卸連接的鋼制連接框，如圖2所示。絕緣框架的平面形狀為矩形，包括均為環(huán)氧絕緣材質(zhì)的立柱、橫梁和斜撐梁，若干橫梁通過(guò)緊固件連接于相鄰的立柱之間，斜撐梁連接于同側(cè)橫梁和立柱之間。

圖2 預(yù)制節(jié)段結(jié)構(gòu)

鋼制連接框包括采用角鋼制作的平面矩形框和4個(gè)角部對(duì)稱連接的立柱連接角鋼，立柱連接角鋼的內(nèi)側(cè)貼附橡膠板。

塔主體采用環(huán)氧絕緣材料，密度大于2.2 g/cm3，吸水率小于0.3%，干態(tài)泄露電流不大于15μA，受潮后泄露電流不大于40μA，拉伸強(qiáng)度為800~1 200 MPa。環(huán)氧絕緣材料耐腐蝕性優(yōu)良，有著優(yōu)良的耐腐蝕性能和耐候性能。同時(shí)該設(shè)計(jì)中平面尺寸小，容易在桿塔周圍找到及處理好搭設(shè)基礎(chǔ)，可適用于山地、水田、狹窄道路等環(huán)境搭設(shè)作業(yè)。

1.3 倒裝起吊裝置設(shè)計(jì)

倒裝起吊裝置主要用于塔主體的吊裝，在塔主體組裝完成后可作為輔助支撐。如圖3所示，倒裝起吊裝置主要包括支撐架、手搖絞盤(pán)和起吊架。

圖3 倒裝起吊裝置

支撐架包括斜撐桿、水平拉桿和豎直拉桿，4根斜撐桿的下端分別通過(guò)鉸接座固定于地面上，4個(gè)鉸接座的固定位置之間圍成一個(gè)矩形區(qū)域，斜撐桿之間的底部和中部分別設(shè)置水平拉桿，前側(cè)和后側(cè)的上下水平拉桿之間設(shè)置豎直拉桿，兩側(cè)的豎直拉桿之間對(duì)稱設(shè)置絞盤(pán)。

起吊架主要包括長(zhǎng)方體形框架、過(guò)繩滑輪和導(dǎo)向滑輪，如圖4所示。長(zhǎng)方體框架的頂框前側(cè)和后側(cè)對(duì)應(yīng)絞盤(pán)位置處對(duì)稱設(shè)置有過(guò)繩滑輪，頂框和底框的4個(gè)角部對(duì)稱設(shè)置有導(dǎo)向滑輪。長(zhǎng)方體框架采用角鋼制作，各導(dǎo)向滑輪分別通過(guò)彈性座固定于長(zhǎng)方體框架頂框的角部，輪槽位于頂框的對(duì)角線上。

圖4 起吊架裝置

起吊架固定于支撐架內(nèi)的頂部，各斜撐桿的上端與長(zhǎng)方體框架的頂框角部通過(guò)耳板座、耳板及螺栓鉸接，上部與長(zhǎng)方體框架的底框角部通過(guò)耳板座、耳板及螺栓鉸接。

為了提高支撐架和起吊架裝配后的穩(wěn)定性，可將支撐架各斜撐桿下端的鉸接座底板通過(guò)鋼釬插入地面中固定，還可在起吊架的頂部設(shè)置拉環(huán)，利用拉環(huán)連接拉線，拉線固定于地面。

1.4 抱箍裝置設(shè)計(jì)

抱箍裝置的主要作用是穩(wěn)定塔主體，利用可拆卸收緊組件，一端與塔主體相鄰預(yù)制節(jié)段間的連接框相連，另一端以抱箍緊固定于配電線路混凝土電桿上，如圖5所示。桿塔抱箍為對(duì)稱結(jié)構(gòu)，包括一端可轉(zhuǎn)動(dòng)鉸接、另一端通過(guò)緊固件連接鎖緊的兩圓弧板，主要作用是將塔主體的預(yù)制段緊固于電桿。收緊組件包括長(zhǎng)拉板、短拉板、內(nèi)螺紋套管、外螺紋接頭、加力桿等部分，主要作用是調(diào)節(jié)塔主體與電桿的距離。

圖5 抱箍裝置

1.5 輔助平臺(tái)設(shè)計(jì)

輔助平臺(tái)包括下抱箍、平臺(tái)板、上抱箍、斜拉板和拉桿，如圖6所示。輔助平臺(tái)作為抱箍裝置安裝時(shí)的施工平臺(tái)，安裝于抱箍裝置下方的合適位置，以便于工作人員站立于輔助平臺(tái)上操作。當(dāng)需要使用多個(gè)抱箍裝置時(shí)，可將輔助平臺(tái)的上下抱箍設(shè)計(jì)為通過(guò)拉桿拉緊抱住預(yù)制節(jié)段的拉緊方式，使輔助平臺(tái)可靈活的上下移動(dòng)至不同的合適位置實(shí)現(xiàn)不同位置抱箍裝置的安裝。

圖6 輔助平臺(tái)裝置

1.6 絕緣平臺(tái)設(shè)計(jì)

絕緣平臺(tái)是帶電作業(yè)人員進(jìn)行帶電操作的場(chǎng)所，該平臺(tái)通過(guò)抱箍抱住塔主體頂部的預(yù)制塔段達(dá)到穩(wěn)固作用，利用可拆卸連接支撐桿連接預(yù)制塔和圍欄平臺(tái)。圍欄平臺(tái)包括平臺(tái)框架、平板和圍欄，其中一側(cè)圍欄設(shè)置有開(kāi)合門，圍欄上設(shè)置有用于起吊便攜式工具及牽掛保護(hù)繩的輔助滑輪，如圖7所示。

圖7 絕緣平臺(tái)

2 安裝方式分析

復(fù)雜地形全方位模塊化速裝絕緣塔平臺(tái)的塔主體采用模塊化預(yù)制，若干預(yù)制節(jié)段通過(guò)緊固件組裝成所需高度的塔主體，預(yù)制節(jié)段的高度可靈活設(shè)置?，F(xiàn)場(chǎng)可靈活選擇合適的節(jié)段組合成指定的塔高，安裝時(shí)只需組裝相鄰預(yù)制節(jié)段之間的緊固件。依據(jù)地形差異可以采用倒裝疊加式安裝和整體旋轉(zhuǎn)式安裝。倒裝疊加式安裝主要適用于地形受限嚴(yán)重地區(qū)，整體旋轉(zhuǎn)式安裝適用于地形開(kāi)闊地區(qū)，但是安裝速度略快于前者。

2.1 倒裝疊加式安裝

倒裝疊加式安裝主要參考倒裝組塔施工規(guī)范，現(xiàn)場(chǎng)平面布置如圖8所示。

圖8 倒裝疊加式安裝

安裝步驟主要包含安裝倒裝起吊架、安裝絕緣塔平臺(tái)、疊加抬升預(yù)制節(jié)段、固定預(yù)制節(jié)段、安裝抱箍裝置等，如圖9所示。

圖9 倒裝疊加式安裝步驟

1)安裝起吊架。起吊架設(shè)置于支撐架內(nèi)的頂部，在支撐架底部設(shè)置絞盤(pán)，絞盤(pán)上的提升繩繞過(guò)起吊架頂部滑輪，固定于預(yù)制節(jié)段上端。

2)安裝絕緣平臺(tái)。將第一節(jié)預(yù)制段放入起吊架中，將兩側(cè)手搖絞盤(pán)上提升繩的端頭分別繞過(guò)相應(yīng)側(cè)的過(guò)繩滑輪，并固定于預(yù)制節(jié)段上端的前后側(cè)中間位置處。然后在其上端安裝絕緣平臺(tái)，確保絕緣平臺(tái)與起吊架連接牢固。

3)疊加抬升預(yù)制節(jié)段。當(dāng)絕緣平臺(tái)與預(yù)制節(jié)段連接穩(wěn)定且拉線安裝好后，搖動(dòng)手搖絞盤(pán)，將預(yù)制節(jié)段往上提拉，保證預(yù)制節(jié)段的四個(gè)角部分別通過(guò)導(dǎo)向滑輪，從而實(shí)現(xiàn)預(yù)制節(jié)段的穩(wěn)定提升。當(dāng)?shù)谝还?jié)預(yù)制節(jié)段提升至下方可推入第二節(jié)預(yù)制節(jié)段時(shí)，停止搖動(dòng)絞盤(pán)并將搖把限位，禁止轉(zhuǎn)動(dòng)。推入第二節(jié)預(yù)制節(jié)段并將其上端與第一預(yù)制階段的下端連接固定。然后再搖動(dòng)手搖絞盤(pán)，將兩節(jié)預(yù)制節(jié)段往上提升，至下方可推入第三節(jié)預(yù)制節(jié)段，依此類推，倒裝所有的預(yù)制節(jié)段，形成塔主體。

4)固定預(yù)制節(jié)段。當(dāng)最下面的預(yù)制節(jié)段推入倒裝起吊裝置的支撐架內(nèi)，將其上端與倒數(shù)第二節(jié)預(yù)制節(jié)段的下端通過(guò)緊固件連接，最下面的預(yù)制節(jié)段固定于地面上設(shè)置的絕緣板上。同時(shí)支撐架在塔主體組裝完成后作為輔助支撐結(jié)構(gòu)，保證塔主體底部的穩(wěn)定性。

5)安裝抱箍裝置。為了保證整個(gè)塔主體的穩(wěn)定性，將塔主體與線路桿塔之間通過(guò)抱箍裝置水平固定，抱箍裝置的數(shù)量可根據(jù)塔高確定。塔主體上設(shè)置輔助平臺(tái)和頂部平臺(tái)，輔助平臺(tái)可用于抱箍裝置和工作平臺(tái)安裝的施工平臺(tái)，輔助平臺(tái)在塔主體上的安裝位置可靈活調(diào)整，頂部平臺(tái)作為作業(yè)平臺(tái)，可保證作業(yè)人員的安全。

作業(yè)完成后的拆卸操作從最下面的預(yù)制節(jié)段開(kāi)始，同樣保持高效安全的特性。拆塔完成后將起吊裝置拆卸以備重復(fù)使用。

2.2 整體旋轉(zhuǎn)式安裝

整體旋轉(zhuǎn)式安裝參考固定式抱桿組立電桿施工規(guī)范，其現(xiàn)場(chǎng)平面布置如圖10所示。在整體旋轉(zhuǎn)起吊前依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)帶電作業(yè)需求，將預(yù)制節(jié)段連接固定，上部連接絕緣工作平臺(tái)。利用可調(diào)節(jié)滑輪將兩固定鋼繩有效地綁扎在塔主體上，其合力點(diǎn)應(yīng)超過(guò)絕緣塔平臺(tái)的重心。支點(diǎn)抱桿滑輪位置距離地面高度略高于固定鋼繩合力點(diǎn)至絕緣塔平臺(tái)旋轉(zhuǎn)支點(diǎn)。起吊時(shí)絕緣塔平臺(tái)利用固定拉線調(diào)整起立狀態(tài)。

圖10 整體旋轉(zhuǎn)式安裝

起立過(guò)程中要求緩慢均勻牽引，絕緣塔平臺(tái)離地0.8 m左右時(shí)，應(yīng)停止起吊，對(duì)絕緣塔平臺(tái)進(jìn)行全面檢查，確無(wú)問(wèn)題后，再繼續(xù)起立。絕緣塔平臺(tái)靠近電桿時(shí)，應(yīng)特別注意固定拉線受力情況，并緩慢松下?tīng)恳K，切忌突然松放。絕緣塔平臺(tái)到位后，再安裝抱箍裝置，以確保絕緣塔平臺(tái)的穩(wěn)定。

3 測(cè)試應(yīng)用

采用復(fù)雜地形全方位模塊化速裝絕緣塔平臺(tái)進(jìn)行絕緣手套法帶電斷接10 kV支接線路引線項(xiàng)目。絕緣塔平臺(tái)配備的1 m、2 m規(guī)格的塔主體，能夠組合成1~13 m的升降高度，作業(yè)人員可停留在塔身總高度以下任意位置，實(shí)現(xiàn)了14 m以下電桿的檢修作業(yè)。

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試中絕緣塔平臺(tái)組裝長(zhǎng)度為10 m，倒裝方式安裝的組裝時(shí)間為50 min，整體旋轉(zhuǎn)方式安裝的組裝時(shí)間為30 min，兩者都能實(shí)現(xiàn)在不平整地區(qū)的安裝。絕緣平臺(tái)測(cè)試荷重為300 kg，能滿足配電帶電作業(yè)荷載要求。絕緣塔平臺(tái)絕緣長(zhǎng)度為抱箍到工作平臺(tái)間距離，實(shí)測(cè)為2 m，符合帶電作業(yè)安全距離要求。

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試表明該絕緣塔平臺(tái)與現(xiàn)有絕緣平臺(tái)相比，采用輕量化設(shè)計(jì)，具有質(zhì)量輕、體積小等優(yōu)勢(shì)，方便運(yùn)輸，節(jié)省人力，可大幅度降低安裝成本，節(jié)省安裝時(shí)間。塔身小巧靈活，特別適合于山地、平地、丘陵等各種復(fù)雜地形地貌的帶電作業(yè)。此外，塔身采用了環(huán)氧絕緣材質(zhì)，能用于沿海地區(qū)、內(nèi)陸鹽漬土地及工業(yè)區(qū)和酸雨多發(fā)地區(qū)等有特殊防腐需求的環(huán)境。

4 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)目前絕緣平臺(tái)搭建費(fèi)時(shí)費(fèi)力、適用地形有限、作業(yè)難度大等問(wèn)題，設(shè)計(jì)復(fù)雜地形全方位模塊化速裝絕緣塔平臺(tái)裝置。該裝置包含塔主體、倒裝起吊裝置、抱箍裝置、工作平臺(tái)和輔助平臺(tái)等，采用模塊化塔段，依托混凝土電桿固定設(shè)計(jì)，能依據(jù)地形差異選擇倒裝疊加或整體旋轉(zhuǎn)式安裝方式。試驗(yàn)表明，本設(shè)計(jì)能夠在復(fù)雜地形下開(kāi)展不停電作業(yè)，實(shí)現(xiàn)了快拆快裝、多用途和重載荷三大主要功能要求。該裝置有效解決了絕緣平臺(tái)在地形復(fù)雜多變的農(nóng)村地區(qū)安裝連接難、地面平整度要求高等難題。