一種萬向高空綁扎絕緣裝置的研究

溫帶銀，譚炯潤，黃耀升，孫天成，黃 昊

（廣東電網有限責任公司江門供電局，廣東江門 529000）

1 課題背景

目前大部分的輸電線路建立在山區，若輸電線路保護區內生長有超高樹木，樹木對導線的安全距離不足，不及時處理，將致使導線對樹木放電，導致輸電線路發生跳閘，影響電網可靠運行。在線路運維過程中，要經常對輸電線路導線距離不足的超高樹木進行修剪或砍伐。其中大部分需要處理的超高樹木的高度都在10～20 m，且對導線距離不足，在超過樹木砍伐過程中需要控制樹木的倒向，防止樹木向帶電導線側傾倒。常用的方法是利用繩索綁扎于樹木重心以上位置來控制倒樹方向[1]，通過控制拉繩方向來實現樹木傾倒，但如果樹木較高，將綁扎繩索于樹木重心以上位置則十分困難。

在高山大嶺中，運維人員會通過梯子攀爬樹木來將繩結固定于重心的位置風險極大。大部分超高樹木沒有著力點，存在人員高空墜落的風險，并且攜帶工具、設備上山，無形中浪費了作業人員的體力，帶來額外的負擔。

近年來，電力生產出現多起在高空作業期間人員墜落的事故。隨著南網與國網對高空作業風險和管控要求不斷提高，按照安全規定，凡在墜落高度基準面2 m 以上（含2 m）有可能墜落的高處進行作業，都稱為高處作業。按公司最新頒發的高空作業指引要求，在生產中需要進行高處作業的工作為低風險作業管控，且要求錄入視頻監控。

為解決上述問題，本文設計了一種萬向高空綁扎絕緣裝置，無需進行高處作業，可以在地面位置保證作業安全距離和人身風險的前提下，簡便、快速地對樹木重心以上位置進行綁扎，且該裝置運維人員可輕松地攜帶上山，提高作業現場的便利性和安全性。

2 樹障清理流程及風險分析

2.1 樹障清理流程

在輸電線路運維工作中，樹障清理是最常見和普通的工作。輸電線路跨越高山大嶺，高大的樹木茂密成林，若不及時處理，當樹木與導線的距離小于最小安全距離時[2]，高壓電會擊穿空氣（表1），對樹木發生放電，導致樹木周邊人員觸電及線路跳閘。

表1 樹木與導線的最小安全距離

由于輸電線路經過的林帶一般為山區，常規灌木或較小的樹木可采用鐮刀、柴刀、斧頭等清理砍伐，但直徑較大的樹木人工砍伐不易，所以一般采用油鋸進行砍伐。發現及砍伐樹障的流程如下：

（1）運維人員通過目測、無人機測量、激光雷達測量、測距儀等儀器進行初步測量[3]，記錄需要處理的樹障位置及數量，收集數據后回到單位進行系統錄入并派工。

（2）作業人員需要與樹主進行溝通協調，告知樹主樹障隱患風險，同樹主確認需要砍伐的樹木品種及數量后進行樹木砍伐。

（3）砍伐過程中需要作業人員觀察樹木倒樹方向，謹防砍伐后樹木倒向導線一側，引發輸電線路跳閘及作業人員觸電風險。砍伐過程中需作業人員通過繩索控制倒樹方向，而由于樹木高大，繩索綁扎需要在樹木重心位置以上，這就需要運維人員通過絕緣梯爬樹的方式進行綁繩，而人工綁扎樹木效果不穩定，不同運維人員的綁扎方式不同，若綁扎不夠穩定，會導致拉繩過程中脫繩，引發電網風險。

（4）作業人員通過繩索將樹木拉至與導線反方向后即可開始砍樹[3]，砍伐結束后清理現場及收拾工器具，回單位系統進行樹障缺陷處理閉環。

2.2 清理過程中的風險分析

清理過程中存在的風險有：①樹木倒向導線一側引發線路跳閘及砍樹人員觸電的風險；②樹木需綁扎繩索至重心以上，人工爬樹作業會有高處墜落的風險；③樹木倒下過程中存在砸傷作業人員的風險。

3 技術方案

對于電網運行來說，不論是輸電還是配電，超高樹木都是影響線路穩定運行的重要原因，傳統的處理方法有：①運維人員通過吊車將吊籃提至樹木重心的位置進行綁扎，但是此方法的缺點是使用地方具有局限性，僅能在平坦的地方使用，荒山野嶺中吊車不能到達，且大面積處理樹木時吊車使用不方便，樹木倒下過程中容易砸到車輛；②運維人員攜帶梯子攀爬至合適的綁扎位置，而此方法的缺點是需要足夠梯子擺放的位置，且需要兩個人輔助作業，一人梯子上綁扎，一人扶梯，工具設備重量和體積相對較大，不便于攜帶。如果運維人員徒手攀爬樹木綁扎，存在極大的高空墜落風險，而且大部分樹木沒有腳踩著力點，攀爬非常困難，此方法不符合安全作業要求。

目前市場上缺少一種實用、輕便，且具有絕緣能力的樹木綁扎裝置，存在的問題和困難有：①梯子體積大、重量重，不便于進山，在未開展砍樹工作前已經消耗大量體力；②吊車適用范圍有限，不滿足輸電線路修剪或砍伐樹木需求；③大部分樹木樹干上沒有著力點，市場上現有的綁扎裝置綁扎困難；④目前市場上的綁扎裝置長度不能滿足需求，且沒有絕緣功能。

針對使用吊車、梯子和市場上現有的綁扎裝置的弊端，分析作業現場環境和樹木的特征，設計萬向高空綁扎絕緣裝置，實現對樹木的綁扎，提高修剪砍樹作業效率，降低運維人員勞動量和人身安全風險。

萬向高空綁扎絕緣裝置組成如圖1 所示，主要部件有：①支撐架，形狀為弧形，航空鋁材料，設計匹配合適的樹木直徑長度；②防脫鉤，與支撐架成一體設計，航空鋁材料；③活動板，被防脫鉤勾住，由承托架給予支撐，被綁扎樹木從此處進入，實現綁繩工作；④承托架，利用杠桿原理，凹槽形設計，支撐活動板的橫梁，從防脫鉤的一端向支撐架旋轉；⑤綁繩孔，將綁扎樹木的繩索在此位置進行綁扎固定；⑥定繩孔，防止繩索纏繞、打結；⑦連接片，通過此位置將操作桿同萬向轉頭及支撐架連接在一起，材料為航空鋁；⑧固定螺栓，通過螺栓配合萬向卡尺，確保操作頭可以適應不同作業環境，即便操作人員站在樹根位置也可輕松地綁扎、固定繩索；⑨操作桿，由3 段組成，設計長度為10 m，可適用于輸電線路保護區內大部分高桿樹木，材料為玻璃鋼環氧樹脂，具有張性大、強度大、重量輕的特性，便于攜帶；⑩萬向轉頭，設計齒形結構，兩部分齒形結構相互咬合，緊密連接，每部分設計15 齒，通過收緊固定螺栓實現固定牢固通風孔，此孔可有效減少支撐架的重量，降低支撐架風阻綁扎繩。

圖1 綁扎裝置構成

萬向轉向扣由3 部分組成，分別是2 個齒形卡扣及1 個固定螺栓，2 個齒形卡扣相互咬合，調整好合適的角度α 后，通過收緊固定螺栓，實現咬和緊閉，確保操作桿與支撐架的連接穩固和作業正常。作業人員通過操作桿將綁扎裝置舉起，根據作業環境選擇合適的作業位置，通過調節萬向轉頭改變支撐架與操作桿的作業夾角α，以適用于不同作業位置。若作業位置寬敞，且樹木高度不高，可將夾角α控制在170°～180°，盡量保持在同一作業面上進行操作。若作業位置狹窄，且樹木高度相對較高，可將夾角α調整至90°～135°，便于作業人員進行綁樹工作。

綁扎的主要方法是：使用白棕繩或其他繩索在綁繩口系好，然后通過定繩孔的定繩扣固定，以防作業時繩索纏繞、打結。樹干在活動板前方，通過承托架支撐防脫扣位置，活動板向支撐架內部旋轉，將樹干置于支撐架內。后防脫扣勾住活動板的開口處，支撐架于活動板連接位置分開，向反方向拉動操作桿，讓樹干從承托架位置離開支撐架內，綁繩孔帶著白棕繩從樹干上穿過，即可完成綁繩工作。

在廣東省境內，輸電運維工作需要管控的樹木有桉樹、松樹、竹子、榕樹等。其中，桉樹高大且樹干光滑，綁繩至樹木穿繩位置后難以固定，本設計搭配使用了固定繩索裝置來實現對樹木的固定（圖2）。

圖2 固定繩索裝置構成

固定繩索裝置包括：①卡樹，將該裝置固定在待綁扎位置的下方樹干上；②支撐架，固定托繩器及二次固定樹干；③托繩器，將繩索托起，確保待綁扎位置繩索不滑落；④操作桿，伸縮長度最長可達到15 m。使用方法為打開操作桿，使用卡樹和支撐架卡住樹干位置，托繩器拖住繩索完成綁扎固定。

4 應用成效及總結

2020—2021 年，該裝置于廣東電網江門供電局輸電管理一所廣泛應用，對110 kV 及以上保護區內的超高樹木進行處理。經試驗應用，該裝置操作簡單方便，質量僅為5 kg，可綁扎超過20 m 高樹木重心以上位置，而傳統的10 m 絕緣梯質量超過20 kg。該裝置在使用中有很大優勢，砍樹過程中免去運維人員爬樹作業，降低作業風險，提高作業效率，適用于電網企業的樹障運維工作。