三峽高海拔山區直升機輔助500 kV輸電線路放線施工應用

楊世強，金 哲，聞 鋮，肖海東，李淅濤，蘇 毅，高北晨，李小來

（國網湖北省電力有限公司檢修公司，湖北 武漢 430050）

0 引言

在三峽高海拔山區，輸電線路鐵塔普遍位于高山大嶺，進行輸電線路改造施工所必須的施工機具、材料面臨運輸困難的問題，施工機具的應用限制了施工方式的選擇［1］。近年來，直升機在電力行業輸電線路巡檢、直升機組立鐵塔、導地線放線施工已有應用，直升機因其靈活的機動性、起飛、降落對場地的面積及硬化程度要求低等優點，通過空中吊裝與運輸服務能有效解決這一難題，優化輸電線路改造工序，大幅提升施工效率和安全裕度［2-6］。本文以三峽高海拔山區輸電線路通過采用直升機吊裝輔助放線施工作業介紹了直升機在輸電線路改造中的應用。

1 應用背景

1.1 改造施工基本情況

500 kV峽林二三回線是三峽水電送出重要輸電線路，線下新建翻壩江北高速公路穿越500 kV峽林二三回線148 號-149 號。因不滿足“三跨”跨越要求，需對500 kV峽林線148號-150號耐張段導地線進行改造。

500 kV 峽林二三回148 號、150 號桿塔均位于山頂，山勢陡峭，150 號桿塔附近有一條鄉村道路，施工機動和材料可運送至塔位附近，施工區段地形見圖1。在無負重情況下需人員徒步2 h登山到達148號桿塔，張力機、導線等大型牽引設備和材料無法進入，人工及騾馬運輸也面臨極大的安全風險，現場運輸工器具及材料情況見圖2。

圖1 峽林二三回線148號-149號地形圖Fig.1 Topographic map of No.148-149 of Xialin Second and Third Loop Line

圖2 現場運輸工器具及材料圖片Fig.2 Pictures of on-site transportation tools and materials

1.2 張力放線基本參數計算

由于架空線的荷重是沿線均勻分布的，且懸掛的架空線上任一點的拉力方向和那一點所在曲線的切線方向一致，架空線狀態方程式的精確表達式應為懸鏈線型方程，現場通常使用的狀態方程式為簡化的拋物線式，拋物線型的狀態方程式為

式（1）中，gm為初始氣象條件下的比載，N/m·mm2；gn為待求氣象條件下的比載，N/m·mm2；tm為初始氣象條件下的溫度，℃；tn為待求氣象條件下的溫度，℃；σm為在溫度tm和比載gm時的應力，N/mm2；σn為在溫度tn和比載gn時的應力，N/mm2；E為導線的彈性系數，N/mm2；lD為代表檔距，m。

放線施工時，為維持導線與地面垂直凈空距離滿足要求，所需水平放線張力為

式（2）中，l為水平檔距，m；X為被跨越物檔至低懸掛點水平距離，m；Y為導線低側懸掛點對地距離，m；y0為導線跨越物垂直凈空距離，m；φ為兩檔間懸掛點高差角，度。

根據線路運行狀態下的線路參數及放線施工時的弧垂控制等要求即可計算各控制弧垂下導線張力［7-9］。

500 kV峽林二三回148號-149號檔距為1 245 m，正常運行狀態下導線弧垂為108.3 m。放線時上相導線弧垂下降至下相導線高度時弧垂為130.3 m，檔端張力為24.6 kN。為確保放線時上相導線弧垂下降后不碰撞下相導線，綜合考慮下方跨越的4 條電力線路凈空距離要求，需控制導線弧垂下降不超過22 m，則張力場張力機張力應大于22.2 kN，牽引場張力機牽引力應大于27.2 kN。

1.3 原放線施工方案

考慮148 號桿塔的特殊地形，施工單位制定了專門針對山區地形無法運送使用張力機的遷改施工方案—使用小張力放線技術，牽引設備采用一臺160 kg的額定牽引力為50 kN 的手扶拖拉機式絞磨。考慮導、地線不能直接進入絞磨，按照該方案進行施工，需先使用牽引繩連接舊導線牽引至150 號塔，牽引完畢后脫開舊導線，再使用牽引繩連接新導線的方式牽引至148 號塔，共計“一正一反”兩個牽引流程。因機動絞磨展放牽引繩時與張力機反牽難以配合一致，只能采取小張力放線，需在500 kV 峽林二三回148 號-150號更換每相導線之間的每個間隔棒處安裝一個定制放線滑車（共27 個間隔棒），利用定制滑車分擔導、地線張力，小張力放線施工牽引及定制滑車掛設見圖3。

圖3 小張力放線牽引及定制滑車掛設示意圖Fig.3 Schematic diagram of small tension setting-out traction and custom pulley hanging

采用此施工方法，施工方需要在前期準備工作中耗費大量人力、物力、時間利用騾馬或人工等方式將共計7 t左右的設備和工器具搬運至148號桿塔。施工過程中，每展放完一根導、地線，施工人員需將已更換完的導、地線從掛在27個間隔棒處的滑車中移出，將需展放的導、地線放入滑車中，整個施工流程需往返走線施工，更換導、地線需15 d時間。施工過程勞動強度大、高風險施工周期長、施工工序復雜，安全風險難以控制。

2 方案對比

因采用機動絞磨使用小張力放線施工風險難以控制，考慮采用其他可替代的施工方案。新方案要求能夠使用標準的張力放線技術，其難點在于如何將張力機及工器具和材料運送到山頂。施工單位多次組織現場勘查，先后考慮修建運輸道路、牽張機分解搬運等解決方案，經評估均不具備可行性。經與國網通用航空有限公司積極溝通后，探討了利用直升機吊裝施工機具和材料及設備至牽引場的可能。最終，制定了利用直升機吊裝施工機具和材料的新施工方案［10-11］。

2.1 施工方法

新方案采用標準張力放線技術，施工機具和材料通過直升機吊裝方式運至牽引場。牽引方式采用牽引繩——舊導（地）線——新導（地）線（一牽一）。牽引場設置在148 號桿塔小號側，張力場設置在149 號-150號下方鄉村道路旁。直升機吊裝落物平臺設置在牽張場附近平臺空地。放線施工時在148號、149號、150號桿塔左右地線、三相導線分別掛設放線滑車，拆除導線間隔棒后放線，圖4為張力機放線牽引示意圖。

圖4 張力機放線牽引示意圖Fig.4 Schematic diagram of tension machine setting-out and traction

2.2 主要機具配置和選擇

原導線LGJ-500/45 鋼芯鋁絞線更換為JL/G1A-500/45 鋼芯鋁絞線，原地線GJ-100 鋼絞線更換為JLB35-120 鋁包鋼絞線。牽張設備均采用張力機，主要考慮主牽引機牽引力要求，張力機的額定牽張力應滿足：

導線：T≥mKpTp=1×0.33×128.1=42.37 kN

地線：T≥mKpTp=1×0.33×88.36=29.15 kN

因直升機作業要求吊裝重量控制在3.5 t 以下，為確保張力機重量滿足要求，施工單位定制了1 臺額定張力為60 kN的張力機，張力機相關參數見表1。

表1 定制張力機參數Table 1 Parameters of customized tension machine

2.3 直升機作業計劃

直升機作業在線路停電前進行，通過1 天時間吊裝11次，完成牽引場和張力場所有含張力機、材料、施工機具在內的所有設備運輸，吊裝作業路線見圖5。放線施工期間，直升機則用于其他線路改造施工500 kV 三江一回48+1 號桿塔塔材和工器具的吊裝運輸，開展其他改造線路直升機現場勘查、桿塔本體及通道巡檢任務，待放線施工完成后再將工器具和材料運輸下山。

本次作業直升機選擇國網通航公司自有H215（B-709S）直升機，為雙發中型直升機，該直升機可開展外吊掛物資運輸、絞車救援、消防滅火等作業。在不同環境中，應用30 m～80 m等不同長度的吊繩及相應吊具，能夠平穩、精準、快速將物資投放到指定區域內，投放誤差小于1 m。

2.4 方案對比分析

2.4.1 施工效率對比

工期控制方面，原方案中采用機動絞磨牽引，牽引速度平均為6 m/min，1 752 m 的導地線僅牽引就需近5 h。新方案中采用張力機牽引，牽引速度最快可達42 m/min，牽引1 根導（地）線用時不超過1 h。原方案中每展放完一根導（地）線，施工人員需將已更換完的導（地）線從掛在27個間隔棒處的滑車中移出，將需展放的導（地）線放入滑車中，每天僅能完成1 根導（地）線展放施工，放線施工工期需15 d。新方案中則不需要在間隔棒處安裝滑車，放線施工工期可以控制在5 d，工期較方案一縮短66.7%，施工效率大幅提升，可大幅縮短線路停電檢修時間。

人員配置方面，原方案需安排專人檢查導（地）線通過每個間隔棒下滑車時的運行狀態，機動絞磨牽引需嚴格控制牽引速度，與張力機放線速度匹配，安裝專人回收牽引回的牽引繩，整個工程需施工人員約40人。新方案施工人員可控制在20人內，人員配置較原方案縮減50%。新舊施工方案效率對比情況見圖6。

圖6 新舊方案施工效率對比圖Fig.6 Comparison of the construction efficiency of the new and old programs

2.4.2 施工安全性對比

原方案中機動絞磨受力較為薄弱，方案中采用多點滑車分擔導、地線張力。施工中導地線經過的滑車較多，任何一個滑車出現跳槽、卡殼現象都將影響施工安全，需要停止牽引處理，施工中對牽張場配合要求較高。新方案中采用張力機牽引，牽張場張力機能匹配牽引和展放速度，還提供了制動等配合施工工藝的多種能力，施工安全裕度得到提升。

2.4.3 施工質量對比

原方案中采用小張力放線時，為盡量減小導線的垂直荷載，導線放置在間隔棒下方的滑車中，施工中無法進行導線弧垂觀測。新方案中導線牽引到位后將導線錨固，待4 根子導線牽引完成后統一觀測弧垂后再開斷壓接，導線弧垂可滿足設計要求。

3 結語

隨著我國特高壓電網的大規模建設，高山大嶺地區高難度施工區段的不斷增多，引入直升機開展相關電網建設領域項目是大勢所趨［12］。本文選取了直升機吊裝運輸輔助放線施工在三峽高海拔山區改造工程中的應用實例進行了分析，通過引入直升機吊裝施工機具、材料到施工區域后采用張力機放線，提升電網改造施工機械化水平，使得施工工期大幅縮短，安全裕度明顯提升，施工質量也得到保證。直升機機械化應用改變了山區施工作業方式，在主要工序上實現了機械替代人力或其他落后施工方式，為山區電網工程建設提供了有效支撐。