舟山500 kV 西堠門大跨越直升機牽放導引繩施工技術研究與應用

程雋瀚，汪國林，石 濤，丁鵬杰，黃超勝，王 霖

（浙江省送變電工程有限公司，杭州 310016）

0 引言

架空輸電線路初級導引繩展放施工是張力放線的重要環節，創新采用不落地的空中飛行展放引繩方式，是當今輸電線路架線施工技術方向的重要趨勢。常用的導引繩采用空中展放的飛行器主要有多旋翼無人機、動力傘、飛艇、直升機等[1-3]，動力傘運輸方便，操作簡單，但要求起降場地較大[4]；無人機承載能力較低；遙控飛艇結構簡單，造價低廉，缺點是體積龐大，抗風能力差[5-6]。目前采用無人機展放導引繩為常規線路展放初級導引繩的主要方法。

以往舟山跨海架線工程施工中，受海島地形限制及海峽特殊自然氣候影響，大跨越段采用人工渡輪展放導引繩作業的效率低且需長時間封航，對航道通航有一定影響[7-8]，而應用無人機、動力傘、飛艇等進行大跨越導引繩展放作業困難，不具備作業條件。經綜合論證研究，本次舟山500 kV 聯網輸變電工程項目中，采用大型直升機展放大跨越鋼導引繩施工技術，并開發了配合直升機架線作業的高速張力機、導入式放線滑車、重錘等專用機具，實現了海峽大跨越不封航直升機放線作業以及海島地域連續、多檔距直升機快速放線的工程應用。優化了架放線施工流程，大幅度提升了輸電線路機械化施工的水平，為直升機展放技術的規模化應用起到良好的示范效應。

1 工程概況

舟山500 kV 西堠門大跨越耐張段長4 193 m，新建跨越塔2 基、錨塔3 基，采用“耐-直-直-耐”跨越方式，跨越檔距分別為1 016 m，2 656 m，521 m。兩基跨越塔分別位于舟山的金塘島、冊子島，全高均為380 m，跨越西堠門航道，設計為500 kV 與220 kV 的同塔四回路。西堠門大跨越路徑如圖1 所示。

圖1 西堠門大跨越路徑

西堠門航道位于冊子島和金塘島之間，是目前船舶往來于上海和寧波-舟山港的重要航道。該航道水深11～90 m，最大跨度2 656 m，附近海域有島嶼、暗礁、淺灘等礙航物，航線交錯，大小航船混雜，過往航只頻繁，海底地質情況復雜。受島嶼地形制約，建設工程水域基本為往復流，主流向與水道走向基本一致。西堠門流急，流速一般為6 節，最大可達7 節，南口有漩渦。平潮時段僅僅有40 min，可用時間短。潮流一般以不正規半日潮流為主，潮流運動形式多為往返復流。該水道流速大，且有強烈旋渦。

2 直升機展放導引繩方式選擇

直升機具備其他飛行器無法實現的垂直起降、空中懸停和低速機動能力，能夠在地形復雜的環境起降和低空飛行。用直升機放線速度快、工作可靠，可免除或減少砍伐放線通道、封江斷航等代價高昂的作業，大幅度縮短準備時間，經濟效益和社會效益都比較好[9]。此處及后文所述“直升機放線”內容，本文中意同“直升機展放導引繩”施工。應用直升機，可選擇“鋪放”或“牽放”兩種方式進行初級導引繩的展放[10]。所謂“鋪放”，是指直升機通過專用掛架掛載初導繩繩盤，沿放線段飛行，連續將初導繩從繩盤上放出，逐塔放入滑車中或橫擔頂部，以完成區段初導繩展放的施工；所謂“牽放”是指直升機通過機身下方掛置的張力平衡錘，來牽引著導引繩繩頭，沿放線段飛行，將導引繩逐基導滑進入塔上懸掛的導入式滑車中，以完成放線段初導繩的展放。“鋪放”方式將直升機承受的初導繩區段張力變成一個檔距內的張力，適合于應用中、小型直升機進行迪尼瑪繩的展放[11-13]。“牽放”方式后續繞牽層級少，經導入式滑車使初導繩自行導滑入槽無需人工輔助，可大幅度提高效率，適用于較大掛載能力的直升機牽引跨度大、張力大、初導繩為鋼絲繩的大跨越引繩展放施工。

參照六方型13 防扭鋼絲繩的參數要求[14]，以及沿海地區特有的復雜氣象條件，特別是11 月份作業期間內大風頻繁出現帶來的影響，以及本工程技術特性（如大檔距、大高差等），考慮各類工況復雜的客觀條件下，確定用大型直升機牽放六方型13 防扭鋼絲繩的方案更具合理性，該方案具備不封航架線施工的技術條件。其中，六方型13 防扭鋼絲繩外徑13 mm，破斷力為121 kN，單位長度重量0.5 kg/m，且鋼絲繩為通長5 000 m，中間無接頭。

3 直升機選型

根據確定的直升機“牽放”導引繩工藝要求，地面張力控制采用意大利TESMEC 公司生產的目前國際最先進的高速張力機，設計最大放線速度25 km/h，最大張力30 kN，最大容繩為六方型13 防扭鋼絲繩5 000 m。參照文獻[3]，經計算六方型鋼導引繩的牽引力最大控制在25 kN 以上，配重錘重量在50 kN 以上，對直升機外載荷能力要求在65 kN 以上。直升機在上述外載荷飛行條件下的飛行速度必須與張力機的放線速度相匹配，即不大于25 km/h，否則會導致張力機大幅過載。因此，所需直升機應具備以下3 項基本技術條件：①直升機外載荷能力需在65 kN 以上；②直升機飛行性能、操作性能需要具備精準對接能力；③直升機牽引載荷較大情況下能夠以25 km/h 以下速度安全平穩飛行。

經調研，國內外工程用直升機能夠滿足第①項技術條件的機型有卡-32、S-64F、波音234（支奴干）直升機；但卡-32、波音234 直升機由于自身結構原因在牽引負荷超過60 kN 后的飛行速度不能小于25 km/h，只有S-64F 直升機可以在滿負荷條件下以8～15 km/h 的慢速穩定飛行，是能夠完全滿足西堠門大跨越鋼導引繩展放作業要求的合適機型。

4 專用設備及工器具研究

4.1 高速張力機研制

為了配合直升機牽放六方型13 防扭鋼絲繩，本次專門研制了高速張力機，配置高速尾車。設計最大持續放線速度25 km/h，最大張力30 kN，最大容繩為5 000 m。

高速張力機滿足如下技術要求：

（1）高速張力機須在制動器上設置蓄能裝置等防護措施，確保制動器處于工作狀態。

（2）配置遙控裝置，遙控線不小于15 m。

（3）需設置電氣系統故障、遙控系統故障、發動機系統故障、液壓系統故障等不同級別的相應應急措施，且需有相關故障級別的允許直升飛機處理時間。

（4）高速張力機部分、放線尾車部分皆須設置可靠的防鋼絲繩跳槽、防鋼絲繩卡、防鋼絲繩夾措施，且高速張力機出口須設置可靠的導向裝置，確保張力機展放全過程不跳槽、不卡線、不卡繩。

（5）設計時須充分考慮高速張力機與放線尾車的同步，特別是在直升飛機從高速突然降速時，需確保因高速張力機的慣性導致鋼絲繩松出距離盡量短，及確保放線尾車與高速張力機同步，不可出現放線尾車與高速張力機之間鋼絲繩出現松弛的情況，以確保放線過程的安全。

（6）在高速張力機運行過程中，如外部張力低于調定張力30%之內，高速張力機可直接進入反牽工況。

（7）高速張力機的出線對地夾角范圍為0°～40°，需充分考慮錨固點設置。

（8）高速張力機的速度標定須考慮不同規格鋼絲繩的要求。

（9）線盤帶鋼絲繩后需滿足動平衡要求。

（10）考慮前支腿防止設備上翹和設備側偏的錨固措施。

4.2 導入式放線滑車研制

直升機放線專用滑車與普通放線滑車在外形結構上有所不同。主要是它有一個進線的“活門”和一支導向桿。其原理是當直升機張力牽引導引繩穿越該滑車的導向桿引入滑車的“活門”，靠繩索的自重和張力的聯合作用壓開活門自動進入滑輪槽內。直升機專用放線滑輪的輪槽結構和材料與普通放線滑輪大體相同[15-17]。本次采用直升機牽放六方型13 防扭鋼絲繩，選用Ф822 單輪導入式放線滑車，額定載荷60 kN，匹配放線速度25 km/h。導入式放線滑車示意如圖2 所示。

圖2 導入式放線滑車示意

4.3 重錘研制

重錘需滿足如下技術要求：

（1）配重的主要作用是減少或消除直升機在承受水平外載時的下俯角度，以保持直升機的平衡。另一作用是使導引繩與機身保持一定的安全距離，有利于飛行安全。

（2）配重大小與直升機牽放張力有關，張力越大則配重應越重。張力的大小還與導引繩的規格、對海面的凈空距離、跨越檔距大小都有關系。

（3）配重大小與直升機飛行姿態有關。采用直飛時（即直升機飛行方向與機身軸線方向一致），直升機直接牽引主吊索，主吊索再牽引導引繩，配重相對于側飛（即飛行方向與機身軸線垂直）方式時可小些。

（4）重錘按照直升機牽引導引繩作業時主吊索最大允許偏角20°進行配重設計，配重總重量4 100 kg。重錘采用金屬材質，重量以100 kg 為單位進行調節，成圓盤形設計，高度1.2 m，砝碼重量系列為1 000 kg，1 000 kg，1 000 kg，500 kg，200 kg，200 kg，100 kg，100 kg。每個砝碼上配置4個吊環。重錘結構示意如圖3 所示。

圖3 重錘結構示意

5 實施前準備

5.1 張力場布置

直升機展放導引繩的張力場設置在冊子島側4 號錨塔，高速張力機布置在張力場。受現場地形條件限制，高速張力機設置在4 號錨塔小號方向靠近1 號腿，張力機出口朝向冊子島高塔中心方向，高速尾車設置在張力機后面約15 m 位置。張力機和高速尾車地錨均采用4 點錨固方式。張力場布置如圖4 所示。

圖4 張力場布置

5.2 錨線場設置

錨線場的設置要滿足錨線操作方便，直升機接近地面懸停時四周無任何障礙。根據本工程錨塔所處的地形情況，決定將錨線場設置在金塘島側1 號錨塔附近，盡量為直升機懸停、脫鉤提供方便。

5.3 放線滑車的掛設

跨越塔放線滑車采用專用鋼絲套掛設。在兩基380 m 跨越塔左、右兩側地線支架上分別懸掛直升機放線專用導入式放線滑車，每側掛設1 只滑車。滑車鋼絲套選用2 根Ф22 m×2.5 m 鍍鋅壓制鋼絲套，與鐵塔掛點處前后主管下的施工板V型連接，下方的單滑車通過二聯板以卸扣單點連接方式與V 型鋼絲套連接。放線滑車掛設示意如圖5 所示。

圖5 放線滑車掛設示意

6 實施過程

2018 年11 月9 日09:14，直升機第一次升空進行右相鋼導引繩的架設，飛機下降懸停，導引繩連接，導引繩入冊子島滑車、入金塘島滑車、飛至錨線場，至09:42 重錘落地，第一根導引繩展放完畢，首次實現了國內直升機跨海架線作業。牽引飛行作業過程如下：

（1）在直升機主吊索下方懸掛重錘。直升機在起飛場攜帶重錘起飛。直升機攜帶重錘起飛示意見圖6。

（2）直升機飛至冊子島4 錨塔張力場，在高速張力機前懸停，將導引繩與直升機下懸掛的配重系統連接，直升機帶張力牽引著鋼絲繩，沿預定的線繩展放通道上空飛行。

（3）操作張力機按規定的張力數值對導引繩施加控制張力，使導引繩在牽放過程中始終能保持與海面的凈空安全距離不小于60 m。直升機牽放導引繩示意見圖7。

圖6 直升機攜帶重錘起飛示意

圖7 直升機牽放導引繩示意

（4）直升機以15 km/h 的速度穩態前進，先后飛至冊子島側3 號塔、金塘島側2 號塔兩基380 m 跨越塔上空，使掛于重錘上的導引繩，沿放線滑車導桿滑入到放線滑車繩槽內。導引繩進滑車示意見圖8。

圖8 導引繩進滑車示意

（5）直升機飛至放線段末端的金塘島1 號塔錨線場，緩緩下降、懸停，將導引繩錨于地面。然后摘開導引繩與重錘的連接，直升機吊掛重錘飛離。

（6）如此反復，進行下一根導引繩的展放，共飛行兩次，合計展放左、右兩根初級導引繩。當天全部完成直升機跨海飛行牽引導引繩作業。直升機牽放導引繩展放時間記錄見表1。

表1 直升機牽放導引繩施工時間記錄

7 優勢及成效

（1）實現不封航施工。采用直升機牽引鋼導引繩跨海施工，配合高速張力機帶張力控制，能有效控制鋼導引繩牽放過程中對海面的凈空高度，減少通航安全影響，縮短施工時間，提高施工效率。

（2）解決傳統方式遇到的難題。采用直升機不封航牽引初級導引繩成功實施，是一個新的工藝，非常高端、方便。采用直升機牽引法，就意味著不需要封閉航道，此方法在國內乃至國際上，都是一個創新。直升機載重量比較大，能夠直接展放鋼導引繩，其抗風穩定性也遠高于迪尼瑪繩，可以在風力較大時使用。其抗干擾性、穩定性也明顯優于動力傘。

（3）直升機施工效率高。比其他飛行器而言，直升機巡航速度快，效率高，能夠在空中懸停，放線穩定性也高。

8 結語

工程實踐證明，直升機用于大跨越導引繩牽放施工是成功的，施工效率顯著提升，應用大型直升機牽放初級導引繩是非常必要的。從長遠考慮，國內必須擁有自已的大型直升機，我國輸電線路采用直升機施工才會有一個飛躍發展。