智能緊線機在特高壓輸電線路施工中的應用

胡 科，趙 琦，方 偉，譚 斌

（國網湖北送變電工程有限公司，湖北 武漢 430063）

0 引言

隨著我國電力的迅速發展，輸電能力的要求不斷提高，區域間的聯網以及大功率輸送電能的需要也更加突出［1-2］。特高壓線路不僅具有輸送距離遠，輸送功率大，線路損耗小的特點，而且還可以減少線路走廊數，從而節省土地資源，這在我國土地資源日益緊張和寶貴的今天，有很好的應用前景［3-7］。因此，國家電網有限公司（以下簡稱“國網公司”）從我國能源戰略的高度出發，綜合分析我國能源資源分布、能源傳輸需求和發展變化趨勢，確定了建設特高壓電網的重大戰略舉措。電網進入大規模建設階段，我國經濟社會經過高速發展，進入新常態，電網建設面臨一系列問題。一是勞動力資源越來越緊張，人工成本持續上漲，傳統的勞動密集為主的施工方法將難以為繼；二是傳統施工方法作業強度大、效率低，而且安全風險高。國網公司針對上述問題，提出了輸電線路全機械化施工理念，要求改變線路工程建設過去以人力為主、機械為輔的方式，實現線路工程建設向機械化方式的轉變，有利于提升電網安全質量、效率效益、工藝水平［8-11］。

目前，輸電線路高空緊掛線施工專用的施工機械裝備機械化程度低，特別是在架線施工中，導地線的緊線、調線和提線，都是在20 m～200 m 以上野外高空進行［12-16］，高空作業量大，需要的人力較多，施工效率低，國內外針對導地線的緊線、調線和提線等作業以及裝置也有相關技術研究［17-20］。

現有的特高壓高空緊線作業，在耐張絕緣子串（以下簡稱“耐張串”）導線端連接鋼絲繩，鋼絲繩先后通過錨固導線卡線器后面的動滑輪、掛點處轉向滑輪、塔頂轉向滑輪、塔底轉向滑輪等將繩索引至地面絞磨，通過絞磨收緊導線，基本達到設計弧垂要求，實現粗緊線和耐張串與導線對接在一起［21-23］。該種方式需要將長達250 m 鋼絲繩通過在鐵塔上多次轉向，每次倒牽引繩時，需要多個高空人員往上提牽引繩，費時費力，地面的絞磨需要1名操作手和2名拉尾繩的人員配合作業施工。該種施工方法，施工機械化程度低，需要人員多，勞動強度大，而且存在鋼絲繩容易磨損鐵塔鍍鋅層，造成安全隱患和質量缺陷。

在耐張串與導線對接完畢后，需要逐根細調子導線，保證子導線弧垂滿足要求。當前采用的方法是卡線器、卸扣、手扳葫蘆等工器具，手扳葫蘆由人力操作，收緊速度為20 mm/min，緊線作業速度慢，收緊0.5 m的導線量，需要25 min，高空作業人員勞動強度大，同時存在力量超限的可能。

2015年-2016年國網交流工程建設有限公司在國內率先組織開展了高空機械化作業研究，依托1 000 kV錫盟-山東特高壓交流輸變電工程，設計并試制了一款新型液壓緊線機設備，并在多條輸電線路工程施工中試用，通過對設備使用效果回訪，高空作業人員認為：液壓緊線設備較好地達到了設計要求，僅就緊、提線施工效率來說提高3～5 倍，有效地減少了現場施工人員的工作量，節約了施工時間，但液壓系統重量重、體積大，高空放置以及高空運輸困難，在一定程度上抵消了提線施工效率，推廣效果不理想。

2018 年-2019 年河北省電力勘測設計研究院、北京電力工程有限公司開展了液壓緊線機輕型化的研究，在第一代液壓緊線機的基礎上改進提高，樣機進行了液壓系統優化，設備整體體積減小一半、重量減小一半，高空導線提線作業效果良好。緊、掛線時，手鏈葫蘆工效約為40 mm/min，每根導線收緊1 m 約需25 min；液壓緊線機工效為300 mm/min，每根導線收緊1 m 約需4 min。在一次收緊導線數量相同，設備提升安裝、壓接等工效相同情況下，采用液壓緊線機每根導線緊、掛線可節約時間21 min，提高工效5倍。但由于液壓緊線機的液壓系統與葫蘆采用的是分體式設計，增加了1倍的高空運輸量，抵消了所提高的工效，且液壓管連接在高空來回移動連接時較為困難，緊線作業難以推廣使用［24］。

目前施工現場仍采用傳統手扳葫蘆緊線、提線，人工操作，依賴工人的體力、技能、經驗沒有實質性的改變，存在緊/提線速度慢，作業人員勞動強度高，高空安全風險大的缺點，是架線機械化施工的薄弱環節，在一定程度上制約了工程進度。

國網湖北送變電工程有限公司針對特高壓輸電線路施工特點，研制了90 kN高空用便攜式緊線裝備（以下簡稱“智能緊線機”），在±800 kV白江線、±800 kV白浙線，1 000 kV荊武線等特高壓輸電線路工程中，針對緊掛線、子導線調整、附件安裝等工序特點，開展了智能緊線機施工應用研究，從本質上改變了施工工藝，提高了輸電線路緊掛線、子導線調節及附件安裝施工的機械化水平，從本質上降低安全風險，具有較好的經濟和社會效益。

1 工藝原理

1）特高壓線路工程緊掛線施工過程中二道保護：利用智能緊線機可遙控/線控操控及收/放線速度較快的特點，在緊線施工過程中，替代常規工藝中的固定長度錨繩二道保險繩，在緊掛線過程中，同步收緊二道保險繩，使二道保險繩始終處于受力狀態，避免二道保護失效導致事故狀態下損傷導線，真正實現緊線全過程二道保護。

2）特高壓線路工程子導線調節：利用智能緊線機可遙控/線控操控、調節精度高、具備過載保護的特點。在施工風險較高、勞動強度大的子導線調節過程中，讓施工人員位于相對安全的桿塔橫擔上，輕松、高效、精準操控智能緊線機完成子導線弧垂調整。

3）特高壓線路工程附件安裝：利用智能緊線機放線速度較快、調節精度高、具備過載保護的特點，替代傳統附件安裝施工工藝中的提線手板葫蘆/滑輪組，在提線工程中，讓施工人員輕松、高效將導線提升到預定位置，或精確調整位置，實現附件安裝作業輕松高效完成。

2 工作原理及主要技術參數

智能緊線機采有直流伺服電機驅動，通過多級齒輪減速機構，將所需要的扭矩傳遞到主動鏈輪末端，從而驅動鏈輪旋轉，帶動鏈條進行運動，動力部分和下鉤組件之間，采用四組G100工業級起重鏈條進行連接，采用定-動滑輪組的方式，實現下鉤組件末端負載的牽引，同時設計了在高空動力異常時的手動機構，智能緊線機工作原理示意圖見圖1，主要技術參數圖見表1。

表1 主要技術參數Table 1 Main technical parameters

圖1 工作原理示意圖Fig.1 Schematic diagram of working principle

本產品設計了無線遙控和有線兩種控制方式，可根據施工現場自由選擇。

3 智能緊線機的應用

3.1 緊掛線施工流程

智能緊線機緊掛線施工流程如圖2所示。

圖2 緊掛線施工流程圖Fig.2 Construction flow chart of tight hanging line

3.2 附件安裝施工工藝流程

智能緊線機施工流程如圖3所示。

圖3 附件安裝流程圖Fig.3 Accessory installation flow chart

3.3 施工準備

3.3.1 緊掛線、附件安裝施工方案準備

根據設計資料、施工現場的實際調查情況，進行緊線張力、弧垂觀測、附件提線力等數據的計算，確定錨繩、卸扣、緊線滑輪繩組數量及緊線鋼絲繩、轉向滑車、提線鋼絲繩套、提線器的規格型號和配置方式，針對性地進行施工布置，在施工方案中一一進行敘述。

專項施工方案完成后，按規定流程進行方案的審批，特殊施工情況還需根據相關規定組織專家評審。在緊掛線及附件安裝前，項目部對所有作業人員，進行安全技術交底，詳細介紹安全技術注意事項。

3.3.2 設備工器具準備

施工前，必須對緊掛線及附件安裝受力工器具進行受力試驗、專項檢查，確保數量、型號、規格、性能均滿足施工方案及現場施工需要。對智能緊線機進行狀態、電池電量檢測，進行空載試驗，合格后方可投入使用。

3.4 緊掛線及子導線調整施工

3.4.1 施工布置

特高壓輸電線路一般具有耐張絕緣子串重量大，導線截面積大、多分裂的特點。交流特高壓線路一般為八分裂導線，直流線路一般為六分裂導線［25-29］。在耐張絕緣子串吊裝完畢，與導線連接過程中，要核對耐張絕緣子串的重量與導線的允許使用張力，一般情況下，需同時提兩根導線與絕緣子串進行對接。八分裂導線對接順序一般掛線順序為4號和5號、2號和7號，1號和8號、3號和6號，六分裂導線對接順序為3號和4號、1號和6號，2號和5號，每組線施工布置一樣。子導線分布圖如圖4所示。

圖4 子導線分布圖Fig.4 Diagram of sub-conductor distribution

一般采用兩臺機動絞磨同時牽引兩根導線與耐張絕緣子串對接，用緊線器收緊，采取同樣方式將其他導線與絕緣子串對接完成。操作流程如下：1）將耐張絕緣子串吊裝到位，在每個DB調整版施工孔上連接智能緊線機及保險鋼絲繩套；2）將緊線滑輪組分別連接在DB調整版施工孔和對應子導線的卡線器上，將緊線鋼絲繩通過橫擔上的兩個轉向滑車轉向至絞磨，需提前將智能緊線機鏈條松至最長，施工布置圖如圖5。

圖5 緊掛線施工布置圖Fig.5 Construction layout of tight hanging line

3.4.2 耐張串子導線連接

啟動絞磨，收緊，直至子導線上卡線器距離智能緊線機3 m 左右；將智能緊線機上連接的卡線器卡在對應的子導線上，注意盡量將智能緊線機鏈條繃緊；松滑輪組，直至智能緊線機受力；將DB 板上連接的保險鋼絲繩套通過卡線器與對應子導線連接，注意盡量將保險鋼絲繩套繃緊；啟動智能緊線機，松出，直至保險鋼絲繩套受力，同時，智能緊線機也處于受力狀態；以此類推，將所有子導線與耐張絕緣子串連接起來。耐張串子導線對接示意圖如圖6所示。

圖6 耐張串子導線對接示意圖Fig.6 Schematic diagram of tensile strainer wire docking

3.4.3 緊線施工

緊線一般也是每次緊兩根導線，緊線順序與提線順序一致，一般八分裂導線為4號和5號、2號和7號，1號和8號、3號和6號，六分裂導線為3號和4號、1號和6 號，2 號和5 號，每組線施工布置一樣。操作流程如下：1）根據緊線方案準備緊線滑輪組，預估緊線距離，按圖示將緊線滑輪組布置到位，并稍微受力，檢查各環節無誤；2）緊線，同時啟動智能緊線機，同步收緊，確保卡線器始終處于受力狀態，真正起到保險作用；3）當智能緊線機鏈條收到最小值時，停止牽引，施工人員將保險鋼絲繩套連接的卡線器向外滑出，直至鋼絲繩套基本繃緊，緊線滑輪組松出，直至保險鋼絲繩套受力，同時，緊線滑輪組也處于受力狀態；4）將緊線鏈條松出到最大，將其連接的卡線器向外滑出，直至基本繃緊，收緊緊線器，使卡線器受力；5）緊線滑輪組繼續緊線，緊線器同步收緊，以此類推，將觀測檔子導線弧垂緊到低于施工弧垂0.5 m 以內；6）將保險鋼絲繩套連接的卡線器向外滑出，直至基本繃緊。緊線滑輪組松出，讓保險鋼絲繩套受力。將緊線器鏈條松出到最大，將其連接的卡線器向外滑出，直至基本繃緊，收緊智能緊線機，讓其處于受力狀態；7）拆除緊線滑輪組，用于緊下一組子導線，直至將所有子導線緊線完畢，拆除緊線滑輪組。緊線施工示意圖如圖7所示。

圖7 緊線施工示意圖Fig.7 Sketch of tight wire construction

3.4.4 子導線調整

施工人員轉移到橫擔，采用線控或遙控方式，根據弧垂觀測人員收放智能緊線機，直至所有子導線弧垂滿足規程要求，然后高空劃印，松出智能緊線機，讓保險鋼絲繩套受力，同時智能緊線機也處于受力狀態。

3.4.5 掛線

對調整好的導線進行壓接，壓接完畢后收緊智能緊線機，掛線，最后再對弧垂進行復測，根據復測結果，利用智能緊線機按調整掛孔，完成緊掛線施工。

3.5 附件安裝施工

3.5.1 施工布置

附件安裝過程中，以大截面導線提線安裝最為復雜，且安全風險最大。由于特高壓線路工程絕緣子串長度均大于10 m，導線垂直荷載也比較大，導線安裝前后高度變化幅度較大，常規方案采用手扳葫蘆、滑輪組的提線方式均存在高空作業量大，施工效率低，安全風險大的問題，采用智能緊線機提線后，可有效解決上述問題。

采用緊線機進行提線，就是利用智能緊線機取代常規提線用葫蘆，減少高空人員作業量。根據垂直荷載，提線方式可分為單線、雙線、四線提線方式，各方式區別在于每次提子導線根數不一樣，但施工布置基本一樣，下面以直流特高壓線路常見的兩線提線方式說明施工布置：1）在橫擔一側布置提線系統，連接方式為：橫擔+提線鋼絲繩套+智能緊線機+提線器+子導線；2）在橫擔另一側布置保險鋼絲繩套，連接方式為：橫擔+保險鋼絲繩套+子導線。另布置一根起吊鋼絲繩，通過轉向滑車，轉向至絞磨，用于起降施工工器具、放線滑車等，附件安裝施工工布置圖如圖8所示。

圖8 附件安裝施工工布置圖Fig.8 Annex installation construction layout

3.5.2 提線

導線掛點中心點在導線上的垂點為畫印點，每相的子導線均畫印。一個耐張段內直線塔須同時同相進行畫印。在連續上下山情況下，應按設計提供的位移值，移位確定懸垂線夾安裝位置。啟動智能緊線機提線，待導線離開放線滑車后停止。起吊鋼絲繩捆綁放線滑車的中間鋼輪，通過塔上轉向滑車引至絞磨，用絞磨略提一下，拆除滑車平行掛具，抽出滑車框架上一側銷子，拆掉二聯板上的螺栓，打開滑車橫梁，通過絞磨慢慢落下滑車。依次拆掉另外兩個放線滑車，所有子導線被掛在提線器上。最后，用花籃螺絲固定住絕緣子下端環扣，拆除掛滑車用聯板，用起吊鋼絲繩將特制三角大聯板通過絞磨慢慢放至地面，滑車拆除示意圖如圖9所示。

圖9 拆滑車示意圖Fig.9 Schematic diagram of tackle removal

3.5.3 懸垂線夾安裝

在通過起吊鋼絲繩將懸垂聯板安裝到位，檢查無誤后拆除花籃螺絲；在畫印處安裝線夾，用緊線器逐根將子導線安裝到指定的位置。

4 應用效益分析

智能緊線機與傳統的手扳葫蘆重量相當，直線塔提線安裝方式相同，在直線塔提線作業效率上表現良好的優勢，對比效率分析：

1）傳統工藝附件施工每相線需要高處作業人員3名，地面配合人員8名；采用智能緊線機代替傳統工藝在保持地面配合人員數量不變的情況下，高處作業人員減少為2 名。直線塔附件安裝，通過手鏈葫蘆或智能緊線機提升導線約1 m。

2）傳統工藝附件安裝，人力扳動90 kN 手鏈葫蘆工效約25 mm/min，每根導線提升1 m 約需25 min；智能緊線機提升導線工效為270 mm/min，每根導線提升1 m 約需4 min。按設備提升安裝、線夾安裝等工效相同情況下，每相導線附件安裝提升導線可節約時間21 min，提高工效6倍以上。附件安裝工效對比如表2所示。

表2 工效對比Table 2 Comparison of efficiency

以荊武線同塔雙回路直線塔附件安裝為例，鐵塔附件安排同一班組進行作業，負責面向大號側左相導線提線工作，完成一相傳統“手鏈葫蘆”耗時1′42″，采用“智能緊線機”耗時1′15″，節約27 min。

智能緊線機在耐張塔緊線試用了一相，工器具配置和作業人員配置對比如表3-表4所示。由于耐張塔緊線工藝復雜，智能緊線機緊線提出了新的工藝要求，其效果需要專項研究。

表3 工器具對比Table 3 Comparison of tools

表4 作業人員對比Table 4 Comparison of operators

智能緊線機已在±800 kV白江線工程、±800 kV白浙線工程架線施工中進行了導線提線、緊線作業，現場試驗使用效果良好，智能緊線機設計輕便、工作穩定、安全可靠、操作簡單、提升速度快、效果顯著。通過現場實際應用情況反饋，其使用效果全面達到設計能力，減少了高空作業人員，降低高空作業人勞動強度，顯著提高架線提線施工效率，有效提升了工程施工中高空緊掛線的工作效率，節省了人力、物力成本，現場評價良好。

1）直接經濟效益：智能緊線機研制成功后已經在多條輸電線路架線施工高空緊掛線施工現場進行了應用，可實現一個區段減少高空作業人員50 人次，縮短工期5 d左右。

2）間接經濟效益：不斷創新的機械化施工工藝，減少了滑車使用量和周轉時間，將減少其他程序作業的高空作業人員閑留等待時間。山區使用還可節約大量工器具將成為可能。

3）社會效益：有效縮短附件安裝時間，有力支撐施工滿足規程規定“5 d完成附件安裝”的要求，有利于減少施工期間導線因摩擦、鞭擊、錨固等產生導線損傷，保證架線施工質量；作業人員操作緊線機可選擇條件較好的安全環境，不需強體力高空作業，本質上降低勞動強度，降低安全風險。

5 結語

通過智能緊線機的研制及應用，為實現特高壓輸電線路架線高空機械化作業提出了創新思路并做了一次有益的探索。緊掛線過程中，可用智能緊線機作為緊掛線過程中的二道保護，同步緊線，二道保護卡線器始終處于受力狀態，防止二道保護失效。解決了傳統工藝緊掛線施工過程中，二道保護采用固定長度錨繩，易松弛失效的問題。智能緊線機可遙控/線控操作，緊線/松線速度快，范圍廣，子導線調整過程中，施工人員可位于相對安全的橫擔上，精確操控子導線調整，在降低安全風險的同時，提高施工效率，調整精度。智能緊線機相對常規90 kN 手扳葫蘆重量相當，但緊線速度可達到270 mm/min，附件安裝施工過程中，效率相對傳統施工工藝有質的提高，同時勞動強度大幅降低。智能緊線機的施工布置與傳統手扳葫蘆布置方式一致，無需單獨配置專用施工工器具，能夠自動防止過載、離合狀態自動鎖死，較普通手板葫蘆更安全。智能緊線機將提高特高壓緊（提）線機械化成熟度水平，有效提升高空作業機械化水平，具有重要意義。