输电线路高空作业防坠落装置现状研究

孙慧颖，景　莉，许永刚

（1.国网山东省电力公司青岛供电公司，山东　青岛　266000；2.国网山东省电力公司泰安供电公司，山东　泰安　271000；3.国网山东省电力公司，济南　250000）

输电线路高空作业防坠落装置现状研究

孙慧颖1，景莉2，许永刚3

（1.国网山东省电力公司青岛供电公司，山东青岛266000；2.国网山东省电力公司泰安供电公司，山东泰安271000；3.国网山东省电力公司，济南250000）

防坠落装置是确保高空作业人身安全的重要工具。论述导向型、收放型和其他型式防坠落装置的结构和技术原理，并分析使用防坠落装置的效益，提出防坠落装置的发展方向。

输电线路；高空作业；防坠落

0　引言

随着国家电网公司加快建设特高压、超高压电网，杆塔的高度和数量明显增加。220 kV及以上输电线路的杆塔高度一般在20 m以上，有些跨越杆塔可达100 m以上。作业人员需要频繁上下杆塔进行线路安装、运行、检修等工作，因此防止高空坠落事故就成为线路安全作业的首要问题。输电线路高空作业主要依靠传统的安全带进行个体防坠落保护。但是，高空作业人员在攀登、移动和作业过程中，单纯依靠一根安全带［1］无法做到100%全过程保护。因此需要采用高空作业防坠落装置［2］保证安全。目前使用的输电线路高空作业防坠落装置按照型式可分为导向型、收放型和其他型式［3］。

1　导向型防坠落装置

1.1导向型防坠落装置结构

导向型防坠落装置一般用于杆塔高空作业人员上下攀登、横向移动和作业过程中的防坠落保护，由导轨、自锁器、安全带、安全绳、系带、缓冲器（可选）、连接器等组成。

导轨根据使用材料的不同大致分为刚性导轨和柔性导轨两种，刚性导轨使用硬质型材、张紧的钢丝绳、钢绞线等材料，作为铁塔附件永久安装，通过夹具与杆塔相连，不需要对杆塔原结构进行改造；柔性导轨使用合成纤维绳、链条等柔性材料。自锁器是防坠落装置的核心部件，自锁器具有自锁功能和导向设施，可随攀登者上下左右在轨道上移动。一旦人体发生坠落，自锁器会自动锁定在导轨上，阻止人体进一步坠落。自锁器的锁止原理大致可分为：杠杆式、偏心凸轮制动式、棘爪制动式、曲柄连杆夹紧制动式、速差式和组合式等。

1.2导向型防坠落装置技术原理

1.2.1杠杆式

主要应用杠杆式制动原理，轨道采用特制圆钢，防坠器为开口的弯钩形合金钢、一体制成无连接配件，上下杆塔时随作业人员右手上下移动，发生坠落时，防坠器因杠杆原理立即锁止［4］，起到防坠落保护的作用。如图1所示。

图1　杠杆原理防坠器　

1.2.2偏心凸轮制动式

偏心凸轮制动式防坠落技术［4］根据使用的轨道不同可分为T型轨道和钢索式轨道两种。

T型轨道偏心凸轮制动式防坠落装置由导轨与防坠器两部分组成。导轨选用T型钢，防坠器采用制动板偏心凸轮设计原理，主要由楔型体、偏心制动凸轮、铰轴、回位弹簧、导向轮5部分构成，在攀登与正常下行时，防坠器处于作业人员胸部或腰部位置，通过连接绳的带动，偏心制动凸轮外端向上抬起，内端与导轨表面平行，可随人体自如地上行或下移；发生意外坠落时，偏心制动凸轮外端迅速向下，其内端紧顶在导轨上，完成制动锁止，制止人体的坠落。当需要恢复正常工作状态时，作业人员只需轻提连接绳，使制动凸轮外端抬起，内端与导轨分离，恢复正常工作。如图2所示。

图2　T型轨道式防坠落装置

钢索式偏心凸轮制动式防坠落装置采用张紧固定在杆塔上的钢丝绳作为轨道，自锁器应用偏心凸轮原理，扣在轨道上，关闭保险盖，保险销自动锁定保险盖。自锁器随工作人员沿轨道自由滑动。发生坠落时，自锁器由于偏心凸轮机构作用瞬间锁止在轨道上，保护使用者不致坠落。如图3所示。

图3　钢索式防坠落装置

1.2.3棘爪制动式

装置主要由导轨、防坠器、连接件3部分组成。防坠器内部有一个可伸缩的棘爪，导轨上置有凸台，作业人员正常上下移动时，在防坠器自重与人员提升力共同作用下压缩控制弹簧，使棘爪收缩进防坠器内沿轨道自由滑动。当人体不慎发生坠落时，平衡力消失，控制弹簧瞬间释放，使防坠器内的棘爪快速伸出卡住导轨上的凸台，防坠器被锁止在轨道上。如图4所示。

图4　基于棘爪制动式　防坠落装置

1.2.4曲柄连杆夹紧制动式

此类防坠落装置主要由槽形轨道、自锁器两部分组成。自锁器的上侧制动板（或带棘齿的制动杆）和底板（或底轮）有一定间隙，作业人员正常上下攀爬时，在人体上拉力和自锁器重力的共同作业下间隙扩大，自锁器能够沿轨道自由滑动。当人体发生坠落时，自锁器的制动器由于上拉力消失，制动部件间隙瞬间缩小，夹紧锁定在轨道上，阻止坠落事件的发生。如图5所示。

图5　曲柄连杆式防坠落装置　

1.2.5速差式

图6　速差技术防坠落装置

装置主要由T形轨道、自锁器两部分组成。依靠自锁器壳体和机芯的相对速度差实现锁止功能。自锁器的主要结构有壳体和可滑动的机芯，机芯内有与轨道啮合的十字轮、阻尼机构及限速弹簧。上行时，十字轮在轨道上空转，阻尼机构不起作用，减少上行阻力；下行时，阻尼机构发挥作用，使自锁器在轨道上匀速下行，下行速度与人体向下移动的速度接近。发生坠落时，人体呈自由落体状态，当下落速度超过自锁器的下滑速度时，机芯和壳体之间产生相对运动，十字轮被卡住，完成锁止。自锁器机芯阻尼作用类似钟表摆的原理，其下落速度从原理上近乎恒定，可以保证自锁器和人体之间在人体坠落时能够可靠地产生速度差，从而保证实现锁止和很小的下落距离。如图6所示。

1.2.6组合式

组合式防坠落装置根据垂直方向使用轨道的不同可分为工字型（或T型）轨道和钢索式轨道，横向防坠落保护均使用钢绞线。

组合式防坠落装置型式一由垂直轨道防坠落装置和横向钢绞线防坠落装置组成。垂直轨道防坠落装置原理：轨道采用工字型（或T型）钢，防坠器与轨道配合使用，采用杠杆原理，正常上下攀登时，防坠器在自重和滑车的作用下沿轨道随人体上下滑动，当人体突然坠落，防坠器失去上拉力，在扭簧的作用下制动块发生杠杆制动，锁止在轨道上。横向钢绞线工作原理：横向移动时，作业人员将安全带的安全钩挂到钢绞线上自由拖动，在弯点和支点处设计了齿轮式过钩器，通过时不需摘钩即可顺畅通过，操作简单可靠。

组合式防坠落装置型式二由垂直钢绞线偏心凸轮制动式防坠落装置和横向钢绞线防坠落装置组成。上下轨道采用张紧固定在杆塔上的钢绞线，自锁器采用偏心凸轮原理，可单手扣在轨道上，关闭上下两侧保险开关，保险开关自动锁定保险盖。自锁器随工作人员沿轨道自由移动。发生坠落时，自锁器由于偏心凸轮机构作用瞬间锁止在轨道上。横向防坠落的原理同型式一。

2　收放型防坠落装置

收放型防坠落装置（速差自控器）用于杆塔短距离垂直攀登或安装附件时为作业人员提供全过程安全防护［3］。由系带、速差式自控器、连接器、缓冲器（可选）、安全绳等组成，如图7所示。

该装置与安全带配合使用，高挂低用，利用人体坠落时产生的速度差，通过棘齿制动等器内锁止系统瞬间锁止钢丝绳（或绳带），阻止人体继续坠落。钢丝绳放松后，鼓轮随即解锁，钢丝绳又可以自由拉出、收回；工作完毕钢丝绳自动收回到防坠器内。该装置适用于杆塔短距离垂直攀登和安装附件，调线时为作业人员提供的全过程安全防护。

图7　差速自控器　

3　其他型式防坠落装置

3.1双保险绳全方位安全带

双保险绳全方位安全带是将坠落人员安全悬挂在空中的防护用品，一般由系带、连接器、缓冲器（可选）、安全绳等组成。输电线路推广使用的是双保险全方位缓冲型安全带，该安全带对人体保护更为全面，使用时两根安全绳同时工作，起到双保险作用，保证了人体坠落后身体不会从安全带中脱出，缓冲器和全身系带能减小人体坠落时受到的冲击力，减少二次伤害。如图8所示。

图8　双保险绳全方位安全带

3.2水平安全绳

水平安全绳适用于在铁塔水平移动距离较大时的安全防护，作业人员将安全带挂在水平安全绳上进行水平移动。如图9所示。水平安全绳有多种材质，如锦纶绳、塑套钢丝绳、钢绞线、钢筋等。

图9　使用中的水平安全绳　

3.3高空作业平台

高空作业平台为作业人员提供高空工作位置，适用于平衡挂线、耐张塔导线空中画印、断线、压接等高空作业。如图10所示。

图10　使用中的高空作业平台

3.4下线爬梯

下线挂梯是作业人员由横担上下绝缘子或导线上工作所用的梯子，分软梯、直梯等，一般与速差自控器配套使用。如图11所示。

3.5攀登自锁器（含配套垂直安全绳）

攀登自锁器（含配套垂直安全绳）属于临时性柔性导轨的导向型防坠落装置。攀登自锁器和垂直安全绳配合使用，使用时，打开保险装置将自锁器安装在垂直安全绳上，合上保险装置。作业人员垂直攀登过程中，自锁器沿安全绳随人体上滑动，人体坠落时，自锁器利用偏心凸轮制动原理，快速锁止在垂直安全绳上，从而避免人体继续坠落，如图12所示。该装置适用于输电线路施工过程中上下杆塔使用。

图11　使用中的下线爬梯　

图12　攀登自锁器

4　发展方向

防坠落装置的使用可有效消除登高作业人员的恐惧心理，提高输电线路安装、检修作业的安全性，避免高空坠落事故发生，保证人身安全和家庭完整，提高作业人员的工作积极性和工作效率；同时，能缩短故障线路的抢修时间，减少客户的停电时间，提高供电可靠性，提升电网企业的社会形象和经济效益。

防坠落装置的大量应用有利于推动安全防护科技研究工作，并且可以带动上下游企业发展，拓宽就业渠道。

目前使用的各类防坠落装置，在安全性、灵敏性、舒适性方面存在较大的提升空间。导向型的防坠落装置不能实现高挂低用，作业人员在向上攀爬时自锁器位于人体重心以下，一旦发生高空坠落将产生较大的下落距离，对作业人员身体造成冲击；导向型防坠落装置和收放型防坠落装置属于被动保护，在作业人员正常攀爬过程中闭锁装置处于开放状态，发生坠落后才进行锁止，反应滞后，安全性有待加强；另外，攀爬过程中舒适度低致易使作业人员疲劳也会造成安全隐患。

综上，防坠落装置研制应注重以下几个方向：研制高挂低用型的防坠落装置，提高其灵敏度，最大限度减小高空坠落时人体的下落距离，减小对人体的冲击力；保护策略由目前的被动保护向主动保护转变，降低防坠落装置反应滞后导致缓冲行程过长的风险；防坠落装置设计应符合人体工程学的要求，提高作业人员穿戴或使用过程中的舒适度；防坠落装置的结构应趋于简单，并提高其通用性，便于生产和推广应用。

5　结语

目前使用的防坠落装置在保证输电线路高空作业人员人身安全方面发挥着重要作用，在安全性、通用性等方面还存在可提升空间。应加强在220 kV及以上输电线路杆塔和终端塔、转角塔以及重要交叉跨越杆塔等攀登使用频率高的杆塔上的推广使用［5］。建议今后的新建输电线路中，将杆塔防坠落装置纳入典型设计，与杆塔的设计、施工、验收做到三同时。建议规范和减少防坠落装置型式，增加通用性，便于大规模推广使用。

［1］GB 6095—2009安全带［S］.

［2］GB 26865—2011电力安全工作规程 电力线路部分［S］.

［3］DL/T 1147—2009电力高处作业防坠器［S］.

［4］Q/GDW 162—2007杆塔作业防坠落装置 ［S］.

［5］Q/GDW 1977.2—2013国家电网公司电力安全工作规程线路部分［S］.

Fall Prevention Equipment Current Situation of Transmission Lines Aloft Work

SUN Huiying1，JING Li2，XU Yonggang3
（1.State Grid Qingdao Power Supply Company，Qingdao 266000，China；2.State Grid Taian Power Supply Company，Taian 271000，China；3.State Grid Shandong Electric Power Company，Jinan 250000，China）

Falling prevention device is one of important tools to ensure the the personnel safety of aloft work.We introduce constructions and technical principles of oriented，contraction&release and other types of fall prevention devices.We also analyze benefits and development directions of fall prevention devices.

transmission lines；aerial work；falling prevention devices

TM757

B

1007-9904（2015）11-0043-04

2015-07-24

孙慧颖（1985），女，经济师，从事营销安全与安全监察质量工作；

景莉（1990），女，主要从事继电保护工作；

许永刚（1972），男，工程师，主要从事安全技术、安全管理、应急管理等工作。