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        一種適用于高壓輸電線路的新型防墜腳釘?shù)难兄?/h1>
        2024-09-26 00:00:00周永林
        機電信息 2024年18期

        摘要:隨著輸電線路檢修工藝的完善,檢修過程中,對人員安全的把控要求越來越高,在日益嚴峻的安全形勢背景下,全方位保障人員高空作業(yè)安全成為不可忽視的話題。為保證檢修作業(yè)時高空作業(yè)人員上下鐵塔安全、便捷,根據(jù)輸電線路相關(guān)規(guī)定,桿塔均應(yīng)安裝腳釘。目前,高壓輸電線路一般采用普通腳釘,普通腳釘結(jié)構(gòu)單一,只提供攀爬功能,不具備防墜及其他功能。為使高空作業(yè)人員沿桿塔腳釘攀爬的過程中,自身攜帶的雙鉤安全帶與桿塔腳釘產(chǎn)生有效連接,提出了一種適用于高壓輸電線路的新型防墜腳釘,旨在保障人員上下塔的安全性,提升便捷性。

        關(guān)鍵詞:高壓輸電線路;防墜腳釘;雙鉤安全帶;檢修

        中圖分類號:TM08;TM754 文獻標志碼:A 文章編號:1671-0797(2024)18-0013-03

        DOI:10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2024.18.004

        0 引言

        在輸電線路角鋼塔維護和檢修過程中,高空作業(yè)人員面臨著許多類型的安全風(fēng)險,其中攀登上下桿塔的過程風(fēng)險最大,歷年已出現(xiàn)多次人員傷亡事件。高空作業(yè)人員在上下桿塔過程中,可能出現(xiàn)打滑、疏忽、磕碰、體力不支等情況,在各類不可預(yù)測狀況發(fā)生時,若防墜措施不到位,將產(chǎn)生人人都不愿面對的后果。

        現(xiàn)有防墜落裝置均存在局限性。目前國內(nèi)有多種登塔防墜裝置,例如防墜軌道、防墜器、防墜繩等,但防墜軌道并沒有大范圍安裝,工作人員在安裝防墜器、防墜繩裝置時,也需要登塔,第一位登塔作業(yè)的人員同樣存在很大的安全風(fēng)險[1]。

        在桿塔具備防墜軌道、防墜器、防墜繩等設(shè)施的情況下,作業(yè)人員往往僅依靠其中一種設(shè)施的單一防護能力進行登塔,同樣存在一定的安全隱患,一旦防墜措施失效、卡死,人員上下塔作業(yè)時將失去防護措施。

        目前,各省老舊桿塔占比較大,半數(shù)超高壓線路桿塔沒有安裝防墜軌道,新建輸電線路桿塔也只在桿塔全高達到一定高度后才進行安裝[2],作業(yè)人員上下桿塔很大程度上依靠腳釘攀爬,即使人員使用雙鉤安全帶,也只能與塔材形成連接,且桿塔某些部位并不適合懸掛雙鉤安全帶,如:橫擔連接處、塔材較寬或凸出處等(圖1)。人員在高空作業(yè)時,有可能會失去雙鉤安全帶保護,產(chǎn)生極大風(fēng)險。

        1 研制意義及思路

        1.1 研制意義

        輸電線路腳釘是現(xiàn)有的一種輸電線路桿塔攀登裝置,用于人員上下桿塔檢修、維護時,手腳攀登、抓握,適用于鋼管塔、角鋼塔,通常位于桿塔四條塔腿之一,鋼筋制作,由螺栓固定于桿塔主材塔腿上。

        由于高壓輸電線路檢修作業(yè)存在桿塔高、環(huán)境區(qū)別大、人員個體差異等因素,高空登塔作業(yè)時,若無保護攀登,將產(chǎn)生極大的安全風(fēng)險,也不符合安規(guī)規(guī)定[3]。對于高空作業(yè)人員尤其是新參加工作或經(jīng)驗缺乏者,設(shè)計一種防墜落腳釘裝置能夠很好地解決其登塔、下塔過程中的心理、身體困難,保障人員安全。

        1.2 研制思路

        1)尋找最適宜的防滑紋路且滿足基本攀登手握能力,具有可靠防滑性能;2)設(shè)計合理的新型腳釘結(jié)構(gòu),雙鉤安全帶與腳釘連接部位應(yīng)安全便捷可靠,人員使用方便;3)在塔腿上任意部位作業(yè)時,工具包或重物也能夠懸掛于腳釘上,且有可靠、便捷的安全措施,避免高空墜物;4)改造后的腳釘不會對人員工作習(xí)慣產(chǎn)生影響;5)承載力驗算;6)尺寸符合人員手部、足部尺寸,不會造成安全隱患[4]。

        2 新型腳釘各部位設(shè)計

        2.1 傳統(tǒng)腳釘尺寸測量

        經(jīng)過對500 kV輸電線路實地測量,細化腳釘參數(shù),數(shù)據(jù)如表1所示。

        測量后,根據(jù)數(shù)據(jù)對腳釘進行模擬圖繪制,如圖2所示,500 kV腳釘平直部分長度120 mm,彎曲部分尺寸37 mm×35 mm,腳釘截面直徑為14 mm。

        2.2 防滑紋路選取

        在光圓鋼筋制作而成的腳釘表面打磨一層防滑紋路,參考目前1 000 kV洪臺一線的桿塔腳釘,腳釘與手腳接觸部分制作交叉紋路,相較于無紋路腳釘,減少了側(cè)滑,增加了摩擦性,是最優(yōu)選擇的紋路,此設(shè)計使新型腳釘滿足基本攀登手握能力,具有防滑性能。

        2.3 新型腳釘輪廓結(jié)構(gòu)

        針對腳釘結(jié)構(gòu)的選擇,提出三種方案,對原本腳釘結(jié)構(gòu)進行改良,但在外觀上存在一點差異。三種方案簡介:方案一僅改造腳釘?shù)哪┒耍纬蓮濄^狀;方案二在原有腳釘改造腳釘末端的基礎(chǔ)上,附加一個圓環(huán),能夠懸掛雙鉤安全帶;方案三在方案二的基礎(chǔ)上,將圓環(huán)改為方環(huán)。最終確定選用方案三,此設(shè)計使新型腳釘能與雙鉤安全帶進行可靠連接,且人員手握、腳踩均不受影響,具有防墜功能。

        2.4 尾端掛鉤防脫設(shè)計

        在腳釘末端彎掛鉤處打孔,直徑6 mm(末端掛鉤不受力,打孔不影響腳釘整體承載力),作業(yè)人員隨身攜帶銷釘,當有需要時,將工具包或重物放置于彎鉤內(nèi)側(cè),插入銷釘,形成穩(wěn)定安全措施,防止工具包或重物墜落。取出工具包或重物時,需拔出銷釘。銷釘每隔10 m塔高預(yù)留一個,此設(shè)計功能完備,不易損,成本很低。

        2.5 附加環(huán)設(shè)計

        附加環(huán)最終設(shè)計尺寸為內(nèi)寬100 mm,高80 mm,方環(huán)可以容納人的腳部踩放、手部抓握,對初學(xué)登塔作業(yè)者產(chǎn)生極大的助力;解決方環(huán)尺寸過小的問題,使作業(yè)人員也能夠用腳踩,豐富了人員登塔作業(yè)方式,降低了人員體力消耗。

        2.6 設(shè)計詳圖

        新型腳釘保留了舊腳釘?shù)膫鹘y(tǒng)攀爬、腳踩功能,增加防滑紋路,使腳釘具有更好的防滑性能;增加下部方環(huán),作業(yè)人員在登塔、下塔過程中,自身雙鉤安全帶通過下部方環(huán)固定連接,隨作業(yè)人員上下交替拆解、固定,形成可靠防墜措施;增加末端彎鉤及銷釘防脫裝置,能夠臨時鉤掛工具包、重物及各類繩索。新型腳釘設(shè)計圖如圖3所示。

        2.7 實物制作

        進行實物制作加工,實物尺寸按照圖紙執(zhí)行,為HRB400鋼筋材質(zhì)加工,實物如圖4所示。防墜腳釘制作后重量為1.82 kg,經(jīng)檢驗,能夠與雙鉤安全帶可靠連接。在作業(yè)人員登塔、下塔過程中,防墜安全帶、防墜腳釘靜荷載達到15 kN,安全帶靜拉力不小于20 kN,裝置已通過試驗荷載100 kg、沖擊距離1 m及沖擊次數(shù)10次的試驗。

        3 使用方法及效果檢驗

        1)高空作業(yè)人員在登塔、下塔過程中,將自身攜帶的雙鉤安全帶與下部方環(huán)連接掛好,隨作業(yè)人員上下交替拆解、固定,形成可靠的防墜措施,達到預(yù)期效果。

        2)新型腳釘末端彎鉤設(shè)置銷釘防脫裝置,銷釘在預(yù)留的孔洞中隨取隨放,末端彎鉤能夠鉤掛工具包及各類重物、繩索。銷釘與彎鉤搭配,組成了一種牢固安全的懸掛系統(tǒng)。

        傳統(tǒng)腳釘懸掛雙鉤安全帶及背包情況與新型防墜腳釘懸掛情況對比如圖5所示。

        新型腳釘不改變基本功能,且在桿塔上安裝的間距也不改變,僅改變了結(jié)構(gòu),增加了功能的同時,不會對人員工作習(xí)慣產(chǎn)生影響,尺寸符合人體手部抓握及足部穿作業(yè)鞋后的尺寸,達到預(yù)定目標。

        4 承載力檢驗

        腳釘鋼材的抗拉強度、抗剪強度、抗彎強度均滿足設(shè)計值,本腳釘結(jié)構(gòu)主要計算焊縫強度,據(jù)GB 50017—2017《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計標準》[5],全熔透對接焊縫或?qū)优c角接組合焊縫應(yīng)按下列公式進行強度計算:

        ρ=N/(lwhe)≤fwt

        式中:ρ為對接焊縫強度計算值;N為軸心拉力或軸心壓力;lw為焊縫長度;he為對接焊縫的計算厚度,在對接連接節(jié)點中取連接件的較小厚度,在T形連接節(jié)點中取腹板的厚度;fwt為對接焊縫的抗拉設(shè)計值。

        所設(shè)計的腳釘與下部附加方環(huán)焊縫為熔透對接焊縫,焊條為E43型,主要受拉應(yīng)力,經(jīng)取值,作業(yè)人員體重及腳釘最大瞬時受力N≤1 961.33 N,lw=16 mm,he=14 mm。

        經(jīng)計算ρ=N/(lwhe)≈8.76 N/mm2,查閱GB 50017—2017《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計標準》[5],對接焊縫的抗拉設(shè)計值fwt=170 N/mm2,得出ρ≤fwt,滿足承載力要求。

        5 應(yīng)用效果

        新建線路直接采用防墜腳釘即可,對運行線路則需改造、替換原腳釘為防墜腳釘,施工簡單,無須停電。腳釘防墜落裝置因其安全易用、簡單輕便、成本低等特點廣受現(xiàn)場歡迎,較容易在新舊線路上推廣應(yīng)用。

        目前,已計劃在500 kV某158基桿塔上共安裝使用24 834支防墜腳釘,按照每支腳釘批量制作費用20元算,需投資49.68萬元,每基塔成本3 144元。投資約為導(dǎo)軌式裝置保守平均投資2萬元/基的15.72%,相對導(dǎo)軌式可節(jié)省266.32萬元。

        若以超高壓公司目前已運行的上萬基鐵塔計算,使用導(dǎo)軌式裝置,至少要投資約2億元,而推廣使用腳釘式防墜裝置,總投資約為3千萬元,可為公司至少節(jié)省約1.7億元的資金。如推廣到國網(wǎng)公司、全國輸電線路,其經(jīng)濟效益將更加可觀。

        6 結(jié)束語

        在新建線路中應(yīng)考慮將防墜落腳釘納入線路及桿塔結(jié)構(gòu)設(shè)計中,并共同計算投資比例。選擇合理的防墜落腳釘裝置不但能有效降低登塔安全風(fēng)險,提高登塔人員登高安全性,也能有效減輕登塔人員作業(yè)強度。因此,深入研究桿塔防墜落腳釘裝置的優(yōu)化和應(yīng)用,是每一個輸電線路工作人員應(yīng)該重視的課題。

        [參考文獻]

        [1] 彭向陽,周華敏,姚森敬.輸電線路桿塔防墜落裝置應(yīng)用現(xiàn)狀及展望[J].廣東電力,2010,23(12):1-7.

        [2] 劉寶龍,李昌甫,陸文叁,等.攀登超(特)高壓輸電線路鐵塔方法分析與防墜落措施探究[J].紅水河,2017,36(1):87-89.

        [3] 王偉,王彪,朱金猛,等.輸電線路安全登塔工具的研發(fā)[J].中國設(shè)備工程,2021(3):247-248.

        [4] 王磊,許建清,金桂如.輸電鐵塔防誤登智能腳釘研究與應(yīng)用[J].農(nóng)村電氣化,2023(11):95-97.

        [5] 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計標準:GB 50017—2017[S].

        收稿日期:2024-05-20

        作者簡介:周永林(1992—),男,山西太原人,碩士研究生,工程師,從事超、特高壓運行維護工作。

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