舟山500 kV 西堠门大跨越直升机牵放导引绳施工技术研究与应用

程隽瀚，汪国林，石 涛，丁鹏杰，黄超胜，王 霖

（浙江省送变电工程有限公司，杭州 310016）

0 引言

架空输电线路初级导引绳展放施工是张力放线的重要环节，创新采用不落地的空中飞行展放引绳方式，是当今输电线路架线施工技术方向的重要趋势。常用的导引绳采用空中展放的飞行器主要有多旋翼无人机、动力伞、飞艇、直升机等[1-3]，动力伞运输方便，操作简单，但要求起降场地较大[4]；无人机承载能力较低；遥控飞艇结构简单，造价低廉，缺点是体积庞大，抗风能力差[5-6]。目前采用无人机展放导引绳为常规线路展放初级导引绳的主要方法。

以往舟山跨海架线工程施工中，受海岛地形限制及海峡特殊自然气候影响，大跨越段采用人工渡轮展放导引绳作业的效率低且需长时间封航，对航道通航有一定影响[7-8]，而应用无人机、动力伞、飞艇等进行大跨越导引绳展放作业困难，不具备作业条件。经综合论证研究，本次舟山500 kV 联网输变电工程项目中，采用大型直升机展放大跨越钢导引绳施工技术，并开发了配合直升机架线作业的高速张力机、导入式放线滑车、重锤等专用机具，实现了海峡大跨越不封航直升机放线作业以及海岛地域连续、多档距直升机快速放线的工程应用。优化了架放线施工流程，大幅度提升了输电线路机械化施工的水平，为直升机展放技术的规模化应用起到良好的示范效应。

1 工程概况

舟山500 kV 西堠门大跨越耐张段长4 193 m，新建跨越塔2 基、锚塔3 基，采用“耐-直-直-耐”跨越方式，跨越档距分别为1 016 m，2 656 m，521 m。两基跨越塔分别位于舟山的金塘岛、册子岛，全高均为380 m，跨越西堠门航道，设计为500 kV 与220 kV 的同塔四回路。西堠门大跨越路径如图1 所示。

图1 西堠门大跨越路径

西堠门航道位于册子岛和金塘岛之间，是目前船舶往来于上海和宁波-舟山港的重要航道。该航道水深11～90 m，最大跨度2 656 m，附近海域有岛屿、暗礁、浅滩等碍航物，航线交错，大小航船混杂，过往航只频繁，海底地质情况复杂。受岛屿地形制约，建设工程水域基本为往复流，主流向与水道走向基本一致。西堠门流急，流速一般为6 节，最大可达7 节，南口有漩涡。平潮时段仅仅有40 min，可用时间短。潮流一般以不正规半日潮流为主，潮流运动形式多为往返复流。该水道流速大，且有强烈旋涡。

2 直升机展放导引绳方式选择

直升机具备其他飞行器无法实现的垂直起降、空中悬停和低速机动能力，能够在地形复杂的环境起降和低空飞行。用直升机放线速度快、工作可靠，可免除或减少砍伐放线通道、封江断航等代价高昂的作业，大幅度缩短准备时间，经济效益和社会效益都比较好[9]。此处及后文所述“直升机放线”内容，本文中意同“直升机展放导引绳”施工。应用直升机，可选择“铺放”或“牵放”两种方式进行初级导引绳的展放[10]。所谓“铺放”，是指直升机通过专用挂架挂载初导绳绳盘，沿放线段飞行，连续将初导绳从绳盘上放出，逐塔放入滑车中或横担顶部，以完成区段初导绳展放的施工；所谓“牵放”是指直升机通过机身下方挂置的张力平衡锤，来牵引着导引绳绳头，沿放线段飞行，将导引绳逐基导滑进入塔上悬挂的导入式滑车中，以完成放线段初导绳的展放。“铺放”方式将直升机承受的初导绳区段张力变成一个档距内的张力，适合于应用中、小型直升机进行迪尼玛绳的展放[11-13]。“牵放”方式后续绕牵层级少，经导入式滑车使初导绳自行导滑入槽无需人工辅助，可大幅度提高效率，适用于较大挂载能力的直升机牵引跨度大、张力大、初导绳为钢丝绳的大跨越引绳展放施工。

参照六方型13 防扭钢丝绳的参数要求[14]，以及沿海地区特有的复杂气象条件，特别是11 月份作业期间内大风频繁出现带来的影响，以及本工程技术特性（如大档距、大高差等），考虑各类工况复杂的客观条件下，确定用大型直升机牵放六方型13 防扭钢丝绳的方案更具合理性，该方案具备不封航架线施工的技术条件。其中，六方型13 防扭钢丝绳外径13 mm，破断力为121 kN，单位长度重量0.5 kg/m，且钢丝绳为通长5 000 m，中间无接头。

3 直升机选型

根据确定的直升机“牵放”导引绳工艺要求，地面张力控制采用意大利TESMEC 公司生产的目前国际最先进的高速张力机，设计最大放线速度25 km/h，最大张力30 kN，最大容绳为六方型13 防扭钢丝绳5 000 m。参照文献[3]，经计算六方型钢导引绳的牵引力最大控制在25 kN 以上，配重锤重量在50 kN 以上，对直升机外载荷能力要求在65 kN 以上。直升机在上述外载荷飞行条件下的飞行速度必须与张力机的放线速度相匹配，即不大于25 km/h，否则会导致张力机大幅过载。因此，所需直升机应具备以下3 项基本技术条件：①直升机外载荷能力需在65 kN 以上；②直升机飞行性能、操作性能需要具备精准对接能力；③直升机牵引载荷较大情况下能够以25 km/h 以下速度安全平稳飞行。

经调研，国内外工程用直升机能够满足第①项技术条件的机型有卡-32、S-64F、波音234（支奴干）直升机；但卡-32、波音234 直升机由于自身结构原因在牵引负荷超过60 kN 后的飞行速度不能小于25 km/h，只有S-64F 直升机可以在满负荷条件下以8～15 km/h 的慢速稳定飞行，是能够完全满足西堠门大跨越钢导引绳展放作业要求的合适机型。

4 专用设备及工器具研究

4.1 高速张力机研制

为了配合直升机牵放六方型13 防扭钢丝绳，本次专门研制了高速张力机，配置高速尾车。设计最大持续放线速度25 km/h，最大张力30 kN，最大容绳为5 000 m。

高速张力机满足如下技术要求：

（1）高速张力机须在制动器上设置蓄能装置等防护措施，确保制动器处于工作状态。

（2）配置遥控装置，遥控线不小于15 m。

（3）需设置电气系统故障、遥控系统故障、发动机系统故障、液压系统故障等不同级别的相应应急措施，且需有相关故障级别的允许直升飞机处理时间。

（4）高速张力机部分、放线尾车部分皆须设置可靠的防钢丝绳跳槽、防钢丝绳卡、防钢丝绳夹措施，且高速张力机出口须设置可靠的导向装置，确保张力机展放全过程不跳槽、不卡线、不卡绳。

（5）设计时须充分考虑高速张力机与放线尾车的同步，特别是在直升飞机从高速突然降速时，需确保因高速张力机的惯性导致钢丝绳松出距离尽量短，及确保放线尾车与高速张力机同步，不可出现放线尾车与高速张力机之间钢丝绳出现松弛的情况，以确保放线过程的安全。

（6）在高速张力机运行过程中，如外部张力低于调定张力30%之内，高速张力机可直接进入反牵工况。

（7）高速张力机的出线对地夹角范围为0°～40°，需充分考虑锚固点设置。

（8）高速张力机的速度标定须考虑不同规格钢丝绳的要求。

（9）线盘带钢丝绳后需满足动平衡要求。

（10）考虑前支腿防止设备上翘和设备侧偏的锚固措施。

4.2 导入式放线滑车研制

直升机放线专用滑车与普通放线滑车在外形结构上有所不同。主要是它有一个进线的“活门”和一支导向杆。其原理是当直升机张力牵引导引绳穿越该滑车的导向杆引入滑车的“活门”，靠绳索的自重和张力的联合作用压开活门自动进入滑轮槽内。直升机专用放线滑轮的轮槽结构和材料与普通放线滑轮大体相同[15-17]。本次采用直升机牵放六方型13 防扭钢丝绳，选用Ф822 单轮导入式放线滑车，额定载荷60 kN，匹配放线速度25 km/h。导入式放线滑车示意如图2 所示。

图2 导入式放线滑车示意

4.3 重锤研制

重锤需满足如下技术要求：

（1）配重的主要作用是减少或消除直升机在承受水平外载时的下俯角度，以保持直升机的平衡。另一作用是使导引绳与机身保持一定的安全距离，有利于飞行安全。

（2）配重大小与直升机牵放张力有关，张力越大则配重应越重。张力的大小还与导引绳的规格、对海面的净空距离、跨越档距大小都有关系。

（3）配重大小与直升机飞行姿态有关。采用直飞时（即直升机飞行方向与机身轴线方向一致），直升机直接牵引主吊索，主吊索再牵引导引绳，配重相对于侧飞（即飞行方向与机身轴线垂直）方式时可小些。

（4）重锤按照直升机牵引导引绳作业时主吊索最大允许偏角20°进行配重设计，配重总重量4 100 kg。重锤采用金属材质，重量以100 kg 为单位进行调节，成圆盘形设计，高度1.2 m，砝码重量系列为1 000 kg，1 000 kg，1 000 kg，500 kg，200 kg，200 kg，100 kg，100 kg。每个砝码上配置4个吊环。重锤结构示意如图3 所示。

图3 重锤结构示意

5 实施前准备

5.1 张力场布置

直升机展放导引绳的张力场设置在册子岛侧4 号锚塔，高速张力机布置在张力场。受现场地形条件限制，高速张力机设置在4 号锚塔小号方向靠近1 号腿，张力机出口朝向册子岛高塔中心方向，高速尾车设置在张力机后面约15 m 位置。张力机和高速尾车地锚均采用4 点锚固方式。张力场布置如图4 所示。

图4 张力场布置

5.2 锚线场设置

锚线场的设置要满足锚线操作方便，直升机接近地面悬停时四周无任何障碍。根据本工程锚塔所处的地形情况，决定将锚线场设置在金塘岛侧1 号锚塔附近，尽量为直升机悬停、脱钩提供方便。

5.3 放线滑车的挂设

跨越塔放线滑车采用专用钢丝套挂设。在两基380 m 跨越塔左、右两侧地线支架上分别悬挂直升机放线专用导入式放线滑车，每侧挂设1 只滑车。滑车钢丝套选用2 根Ф22 m×2.5 m 镀锌压制钢丝套，与铁塔挂点处前后主管下的施工板V型连接，下方的单滑车通过二联板以卸扣单点连接方式与V 型钢丝套连接。放线滑车挂设示意如图5 所示。

图5 放线滑车挂设示意

6 实施过程

2018 年11 月9 日09:14，直升机第一次升空进行右相钢导引绳的架设，飞机下降悬停，导引绳连接，导引绳入册子岛滑车、入金塘岛滑车、飞至锚线场，至09:42 重锤落地，第一根导引绳展放完毕，首次实现了国内直升机跨海架线作业。牵引飞行作业过程如下：

（1）在直升机主吊索下方悬挂重锤。直升机在起飞场携带重锤起飞。直升机携带重锤起飞示意见图6。

（2）直升机飞至册子岛4 锚塔张力场，在高速张力机前悬停，将导引绳与直升机下悬挂的配重系统连接，直升机带张力牵引着钢丝绳，沿预定的线绳展放通道上空飞行。

（3）操作张力机按规定的张力数值对导引绳施加控制张力，使导引绳在牵放过程中始终能保持与海面的净空安全距离不小于60 m。直升机牵放导引绳示意见图7。

图6 直升机携带重锤起飞示意

图7 直升机牵放导引绳示意

（4）直升机以15 km/h 的速度稳态前进，先后飞至册子岛侧3 号塔、金塘岛侧2 号塔两基380 m 跨越塔上空，使挂于重锤上的导引绳，沿放线滑车导杆滑入到放线滑车绳槽内。导引绳进滑车示意见图8。

图8 导引绳进滑车示意

（5）直升机飞至放线段末端的金塘岛1 号塔锚线场，缓缓下降、悬停，将导引绳锚于地面。然后摘开导引绳与重锤的连接，直升机吊挂重锤飞离。

（6）如此反复，进行下一根导引绳的展放，共飞行两次，合计展放左、右两根初级导引绳。当天全部完成直升机跨海飞行牵引导引绳作业。直升机牵放导引绳展放时间记录见表1。

表1 直升机牵放导引绳施工时间记录

7 优势及成效

（1）实现不封航施工。采用直升机牵引钢导引绳跨海施工，配合高速张力机带张力控制，能有效控制钢导引绳牵放过程中对海面的净空高度，减少通航安全影响，缩短施工时间，提高施工效率。

（2）解决传统方式遇到的难题。采用直升机不封航牵引初级导引绳成功实施，是一个新的工艺，非常高端、方便。采用直升机牵引法，就意味着不需要封闭航道，此方法在国内乃至国际上，都是一个创新。直升机载重量比较大，能够直接展放钢导引绳，其抗风稳定性也远高于迪尼玛绳，可以在风力较大时使用。其抗干扰性、稳定性也明显优于动力伞。

（3）直升机施工效率高。比其他飞行器而言，直升机巡航速度快，效率高，能够在空中悬停，放线稳定性也高。

8 结语

工程实践证明，直升机用于大跨越导引绳牵放施工是成功的，施工效率显著提升，应用大型直升机牵放初级导引绳是非常必要的。从长远考虑，国内必须拥有自已的大型直升机，我国输电线路采用直升机施工才会有一个飞跃发展。