为目标开展

引言

随着特高压电网的高速发展,线路的绝缘配置越来越高,为满足绝缘要求,除增加绝缘子的爬电距离,扩大盘径外,更需要增加绝缘子数量,绝缘子长度也随之增加,特别是特高压线路,一般情况下绝缘子长度为9～11m,在停电检修工作中,需对合成绝缘子进行重点检查,为防止损坏合成绝缘子,需采用专用的软梯进行检修作业。而传统软梯重量大,不便于携带,难以做到单人操作。在上下软梯的过程中,人员体力消耗大,增加了作业人员的劳动强度,降低了工作效率。

1结构设计与材料选择

1.1软质爬梯结构

当前在超特高压输电线路运维中,所使用的上下绝缘子爬梯结构主要由绳索和横杆组成,重量大,不方便携带,在塔上作业时只有一端为固定结构,爬梯呈漂浮状,不便于工人的检修操作。

1.2改进结构及材料

本文针对传统软梯存在的缺陷,优化了原有工具的结构和材质,使其轻量化,便于携带和操作。

(1）主爬梯采用两端固定方式,通过收紧装置使爬梯呈半刚性状态,便于人员登踏和上下。利用铁塔横担和导线形成对拉受力,爬梯呈受力状态,绳索绷紧。

(2）材料选用高强度扁带,减小爬梯重量和体积,便于携带,脚蹬部分采用航空铝材,减小重量,提高耐用性。

经过深入研究,设计出了便携式软梯方案,可满足实际工作中的需要,主爬梯结构如图1所示,爬梯长度可调,最长可达14m,主爬梯实物如图2所示。

1一上挂钩;2一收紧装置;3一脚踏板;4一扁带;5一下挂钩。图1主爬梯结构图

1.3附属设施实现升降

该工具通过专用的上升下降装置,利用绳索实现自重下降,脚蹬上升。根据市场调查研究,针对目前成熟的登山、攀岩、探洞工具进行改良,将其应用到输电线路运维中。

图2主爬梯实物图

附属的上升下降装置主要由胸部上升器、手部上升器、下降器、绳索组成。

1.3.1胸部上升器及工作原理

胸部上升器及组成结构如图3所示。

图3胸部上升器及组成结构

通过外壳与棘刺夹板对绳索形成摩擦力,胸部上升器挂在操作人员的胸部,上升时,棘刺夹板顺时针转动一定角度,不产生夹紧及摩擦力,可沿绳索上升,无阻力。当胸部上升器向下滑动时,棘刺夹板逆时针转动一定角度,棘刺夹板将绳索夹紧,无法下降,从而使工作人员悬挂在绳索上呈静止状态。

1.3.2手部上升器及工作原理

手部上升器及组成结构如图4所示。手部上升器与胸部上升器工作原理相同,只能上升,不能下降。

1.3.3工作人员在绳索上上升的原理

(1）手部上升器安装在绳索最上端,手部上升器下端连接一付长度合适的绳套(根据人员身高可调节）,用于脚踩。

(2）胸部上升器安装在手部上升器下端,与作业人员的安全皮带胸口相连。

图4手部上升器及组成结构

（3)上升时,胸部上升器受力,人员悬停在绳索上,将小腿弯曲,用手将手部上升器向绳索上方滑移到合适位置,此时用脚踩脚蹬绳套（牛尾),借助手部上升器的固定力,使人体上升,此时胸部上升器会随人体上升而沿绳索上滑。

（4)人体向下坐,使胸部上升器受力,完成上升一步的操

作。再重复（3)操作,循环往复,达到快速上升的效果。

（5)人员可从输电线路的导线侧,上升至横担位置。1.3.4下降器及工作原理

下降器及组成结构如图5所示。

图5下降器及组成结构

下降器工作原理:下降器通过摩擦轮和扇形制停轮使绳索形成"s"状,在不按压手柄时,制停轮凸起处将绳索挤压在摩擦轮上,形成摩擦力,绳索锁紧,人员可悬吊在绳索上。

当人员按动手柄时,制动轮解锁,逐步放松压紧力,人员可利用自重慢速下滑,可从输电线路横担处下滑至导线端作业。图6为下降状态操作示意图及锁死保护示意图。

图6下降状态操作示意图及锁死保护示意图

1.4便携式爬梯优点

便携式升降软梯解决了输电线路高空作业人员上下导线不便的技术难题,其主要优点如下:

1.4.1操作方便

该套工具轻便,约5kg,可根据需要长度进行调整,便于携带,上下铁塔方便,省时省力。

1.4.2上升下降安全、省力

该爬梯的主爬梯可提供脚蹬攀爬功能,操作人员可在爬梯上进行作业:升降绳索利用上升、下降器实现省力、安全升降,升降速度快,提升作业效率。

1.4.3提高便携性

该爬梯改变了传统爬梯笨重的缺点,携带灵活,可作为个人便携式工具使用,提升工作效率。

1.4.4提高稳定性

对比传统式爬梯,便携式爬梯可以将主爬梯固定在铁塔横担和导线之间,利用收紧装置使爬梯呈半刚性状态,便于人员攀登,爬梯不会随风舞动,提高稳定性和可操作性。

1.5安全保障

根据选材和加工工艺,所有部件承载力不小于10kN,单人或双人同时在爬梯上作业载荷不超过5kN,安全系数有所保障。

2主爬梯研制及附属产品的改进

2.1主爬梯研制的成品

根据所设计的扁带软质爬梯及收紧装置,进行加工制作,爬梯下挂钩及脚蹬成品如图7所示,爬梯上挂钩及收紧装置如图8所示。

图7爬梯下挂钩及脚蹬成品

图8爬梯上挂钩及收紧装置

主爬梯主要由上挂钩、收紧装置、中间脚蹬、下挂钩组成,本次设计的主爬梯为分段式设计,可利用挂钩进行连接,以用于不同长度的绝缘子串,收紧装置可调范围为0.6m,利用收紧装置对爬梯进行收紧,使爬梯呈半刚性状态,便于踩踏。

2.2附属升降产品的应用

根据目前成熟的绳索升降装置,结合挂钩式爬梯的应用,人员可借助爬梯脚蹬进行作业,在升降过程中使用绳索及绳卡上升下降。绳索升降附件如图9所示。

附属升降装备包括绳索、上升器、下降器等部件,下降时利用人体自重,通过下降器对绳索的阻尼效应匀速下降,并能够控制下降速度和止停高度。上升时,利用脚蹬和手升装置,

图9绳索升降工具套件

一步一升,人员可以时刻停留在绳索上。在作业时,可借助主爬梯的脚蹬受力,停止在作业位置,方便对输电设备的检查和维修。

2.3主要技术参数

两端固定式爬梯和升降绳索及附件的主要技术参数如表1、表2所示。

表1两端固定式爬梯参数

表2升降绳索及附件主要技术参数

2.4使用注意事项

(1）主爬梯固定在铁塔横担塔材上,必须对限位扣紧螺栓进行紧固,收紧装置收紧后,保证手柄朝上,卡紧齿轮。

(2）主爬梯收紧装置手柄处于朝下方向时,可将收紧的扁带松出,以便取下爬梯。

(3）主爬梯下挂钩需勾住下方导线,为防止导线损伤,应对挂钩设置包胶。

(4）绳索升降附件在使用中必须保证扣环的保险装置已处于锁定位置。

(5）各部件的绳索长度应根据作业人员的身高等因素进行调整,调整至作业舒适长度。

(6）绳索与塔材连接接触部位已做包胶处理,如外胶损坏,应及时进行修补包胶,以防绳索内部受损。

(7）工具存放时,应处于干燥通风环境。

(8）使用前,应进行外观及受力检查,定期保养。

3试验测试

爬梯扁带及连接脚蹬按如图10所示的连接方式进行试验布置。按照设计额定荷载(2.0kN）依次进行动荷载、静荷载和破坏荷载试验,试验结果如图11、图12所示。

试验表明[1]:在1.5倍额定荷载作用下,爬梯各零件无变形、无断裂、无损伤:在2.5倍额定荷载作用下持续5min,各零件无永久变形及损伤:当荷载逐步稳定加载至8kN时,连接脚蹬开始变形:当荷载逐步稳定加载至12.5kN时,扁带连接处发生断裂。爬梯的额定荷载满足设计值2kN,破坏荷载达到12.5kN,机械强度试验符合相关标准要求,可以在特高压输

图10爬梯试验布置图

图11爬梯破断图

图12机械试验结果

电线路上安全、可靠的使用。

4现场应用效果

4.1现场应用

本次研究成果首先经过试验合格后,课题组组织在培训场地进行试验应用,课题小组通过对新研制产品和传统爬梯产品对比操作,经过使用人员鉴定,一致反映采用两端固定式爬梯,轻便省力,操作便捷,特别是上升和下降绳索装置在作业中可以解放双手,停留在空中指定位置作业,对检查、拍照等作业有很大帮助。产品现场试用情况如图13所示。

通过现场应用,采取两端固定式爬梯,长度单节0.4m可灵活连接,适用于各种电压等级的输电线路,两端固定,通过收紧装置使爬梯受力,呈半刚性状态,便于操作:传统爬梯长

图13现场试用图

度无法调整,采用绳索结构,现场呈悬吊状态,晃动厉害,不便于上下操作,大量耗费作业人员体力。新型爬梯两端固定如图14所示,传统爬梯作业时摆动较大,如图15所示。

图14新型爬梯两端固定

图15传统爬梯作业时摆动较大

经过试用后,该工具在输电运检二分部所辖线路的停电检修中进行现场试用,输电运检二分部2019年10月份停电检修线路5条,在其中2条线路中进行应用。应用结果表明,该工具在特高压输电线路带电作业使用过程中安全、高效、便捷,且在轻质化和机械化方面有很大进步,满足实用化要求,具有极大的推广应用价值,能为超特高压带电作业的顺利开展提供有力的技术和装备支撑。

4.2技术关键点及创新点

(1）将其他领域先进的做法引入输电线路运维工作中,提高工作效率,实现共享发展。利用攀爬防坠器原理,绳卡在上升时解锁,可以上升,在停止或下坠时锁止,人员停留在绳索上,使攀爬省力,上下快捷。

(2）装备轻便。科技不断发展,制造业水平飞速发展,在保障高强度绳索的安全性前提下,绳索的直径和重量得到很好的控制,完全能够做到单人携带和使用。利用轻便的绳索和上升下降器材取代传统笨重的软梯,提高工作效率。

(3）便携式爬梯改变原有爬梯固定结构,可分节连接,按线路绝缘子长度配置,上下两端固定,解决了传统爬梯摇摆的问题,减轻了作业人员的劳动强度。

5结语

本设计在传统爬梯工作原理的基础上对软质爬梯进行了改进,增加了附属升降装置,通过对新研制产品的力学试验,结果表明其强度满足生产需要和安全要求。通过现场试用和改进调试,验证该产品的可用性,通过整合,确定本产品由主爬梯和附属升降装置组成,可减轻作业者的劳动强度,提升作业效率。