新型高空压接导轨桥压接方法设计

丘 丹，黄炎辉，古立胜，杨龙辉，曾 志，黄 福，王明新

(广东电网能源发展有限公司，广东 广州 510000)

0 引言

近年来,随着我国经济的高速发展,各种经济活动用电需求日益增加,对电力系统的运行提出了更高的要求。输电线路是电力系统中较为关键的组成部分,其稳定运行直接关系到电力生产的安全性。

输电线路检修施工是一项技术要求非常高的工作,具有劳动强度大、时效性高、风险性高等特点。高压输电线路中的导地线压接技术直接关系着输电线路的运行质量,是整个输电线路施工安全和质量的重要保障。

随着运维检修及液压压接等施工技术的不断成熟,高压输电线路的施工工艺也发生了巨大改变。施工中,最常用的导线连接压接方法为液压压接,液压压接已从以往的地面压接施工,到如今根据施工特点及环境情况逐步改为高空压接方法,需结合现场情况综合评估和选择适合的导线压接方法。

1 传统高空压接方式

高空压接是通过高空平台和液压机具组合成套,用平台在高空进行压接。此法在割线时不用计算直接划印,具有提高紧线质量、保证施工安全、减少青赔、加快施工进度等优点。

高空吊笼压接方式已在110～500 kV输电线路耐张线夹高空压接的施工中普遍采用,传统的输电线路高空吊笼压接施工方式具有以下特点：

(1) 作业人员需进入传统吊笼施工作业,与吊笼形成一个整体,存在人机（笼）同时坠落的风险。

(2) 作业过程中导线卡线器及葫芦链条呈受力状态,液压主机在吊笼内,作业时机器产生较大震动,存在跑夹断链的风险。

(3) 传统高空吊笼作业空间受吊笼空间限制,作业空间狭小,作业人员劳动强度因此增加。

(4) 传统吊笼多为整体结构,存放及运输时需占用较大空间,且在山地不易搬运。

因此,如何避免人机(笼)坠落的风险,同时又能安全、高效地完成导线压接作业,是当前运维检修施工中高空导线压接面临的难题。

2 新型高空压接导轨桥技术

针对现场实际操作中可能面临的高空压接安全风险,研制设计一种新型高效高空压接方式,对于提高现场施工的安全系数、施工效率、工艺质量、经济效益等都具有深远意义。为此,提出采用由可拆卸、可滑动式的压接轨槽模块配套组装成压接导轨桥的方法来代替传统的高空吊笼压接作业方法,从而有效解决了上述问题。

2.1 技术优点

新型高空压接导轨桥压接技术的突出优势主要包括：

(1) 能避免传统施工中人机(笼)同时坠落的风险,实现作业人员与压接工器具有效分离,这是区别于传统高空吊笼压接方式的最大特点。

(2) 导轨桥利用304不锈钢板锻压而成,为可拆卸结构,可有效减少运输成本和搬运压力,具有组装方便、运输轻便、外型美观、安全实用等特点,能显著提高高空压接工效和压接质量。

(3) 导轨桥在施工中不受地形及青赔限制,能有效减轻卡线器和葫芦链条的受力,液压主机不在导线端,无机器震动,从而减少跑夹断链的风险。

(4) 导轨桥不受作业空间限制,压顶可以360°旋转,可有效减轻作业人员的劳动强度。

2.2 设计选型

高空压接导轨桥适用范围为：35～110 kV架空输电线路耐张杆塔压接。高空压接导轨桥所用材料及规格型号要求见表1。高空压接导轨桥组装工具采用规格型号250 mm×28.8 mm的活动扳手。

表1 导轨桥材料配置要求

2.3 受力分析

已知200 t液压压接机重m1=100 kg,吊桥按2人同时出线操作,设m2=150 kg,吊桥采用对称2×15套6.8级M12×30/5螺栓连接组合成形；吊桥左端采用2条6.3×900槽钢(可调),取[σ]=230 N/mm2,[τ]=184 N/mm2,每 条 槽 钢 下端采用2套4.8级M12×40/10螺栓与吊桥平台连接,取[τ]=110 N/mm2,槽钢上端采用内、外包角钢与塔身横担连接；右端采用φ13×1800绳套通3 t卸扣与吊桥平台n型环连接,n型环Q235直径φ12,[σ]=160 N/mm2,[τ]=90 N/mm2,与吊桥平台侧面板焊接长度40 mm,吊桥自重约m3=100 kg。

2.3.1 导轨桥平台弯矩计算

导轨桥平台结构设计框架如图1所示,导轨桥弯矩及支梁受力情况如图2所示。

图1 导轨桥平台结构设计框架

图2 导轨桥弯矩及支梁受力分析

结合图1,2可知,当200 t液压压接机和操作人员位于吊桥1/2处时,该处产生的弯矩最大。

吊桥最大弯矩：

组合式吊桥截面形状近似H型钢,惯性矩：

常规不锈钢的抗拉应力取σ0.2=205 N/mm2。

截面系数：

2.3.2 导轨桥平台连接螺栓受力计算

从实际使用情况可知,m1重量及m2/2产生的下压力对2套4.8级M12×30/5螺栓所受的剪切力最大。

取不平衡系数n1=1.2、振动系数n2=1.2,[σ4.8]=110 N/mm2,则有：

M12螺栓有效直径约10.36 mm,A=84 mm2；

单剪：

由此可知,集中下压力处2套4.8级M12螺栓满足受力要求。

2.3.3 导轨桥平台槽钢连接螺栓受力计算

由吊桥左端采用2条[8×900槽钢(可调节),每条槽钢下端采用2套4.8级M12×40/10螺栓与吊桥平台连接,[8槽钢上端采用内、外包角钢与塔身横担连接。

根据实际使用情况,设m1,m2,m3重量在吊桥平台距左端支点400 mm处产生的下压力使螺栓所受的剪切力最大,通过受力弯矩图可推知A,B点的支反力及剪力。

(1) 槽钢下端连接螺栓受力计算。槽钢下端连接螺栓受力情况如图3所示。

图3 槽钢下端链接螺栓受力分析

M12螺栓有效直径约10.36 mm,A=84 mm2；

单剪：

吊桥左端采用2条槽钢,且每条槽钢下端均采用2套4.8级M12×40/10螺栓与吊桥平台连接,左端共有4套4.8级M12螺栓受剪力,满足受力要求。

(2) [8槽钢强度计算。最恶劣工况为吊桥右端失去保护,只靠右端槽钢与塔身横担主材连接时,取连接槽钢截面特性与横担主材(∠80×6)相当。

查热轧普通槽钢截面特性表,槽钢：

由此可知,[8槽钢强度满足要求。

2.3.4 导轨桥平台n型环、焊缝、绳套受力计算

(1) n型环受力计算：

由此可知,n型环满足受力要求。

(2) 焊缝受力计算。焊缝破坏时,沿焊缝最宽度的纵截面被剪断,焊缝的横截面可示为等腰直角三角形,故焊缝剪切面积：

焊缝的抗剪力：

n型环焊缝抗剪力：F剪=2×31.67=63.34 kN＞FQ,满足要求。

(3) 绳套受力计算。根据《GB 8918—2006重要用途钢丝绳》要求,6×37S+FC型,公称直径φ13,公称抗拉强度177 MPa,钢丝绳的最小破断拉力F=98.7 kN＞FQ,因此,采用公称直径φ13的钢丝绳绳套满足要求。

2.3.5 试验结果

按照设计图纸加工并组装新型高空压接导轨桥,成套设备已通过具有专业检测资质的检测单位开展的拉力试验,试验检测数据均满足高空压接的使用要求。

3 现场操作流程

经现场实际操作,证明这种新型高空压接导轨桥应用效果良好。

(1) 搬运运输。根据施工现场实际情况,确定组装好整体搬运至施工现场,或拆开分片装卸搬运至现场组装,搬运运输方便。

(2) 本体组装。根据安装图纸,组装导轨桥本体,先把压钳滑盘放入导轨桥内,压顶放入滑盘并用插销固定,防止滑动,再把2条等长钢丝绳分别安装在导轨桥侧面固定环上,其中一侧麻绳控制起吊过程中的碰撞,完成起吊前面的准备。

(3) 本体吊装。把φ13的钢丝绳(磨绳)带至塔顶,设置转向滑车,磨绳头拉至地面,用卸扣锁在两条等长钢丝绳的中部(用圆宝螺栓夹紧,不让吊点摆动)。启动机动绞磨,麻绳控制导轨桥本体,不碰塔身或其他附件,起吊到位,停止牵引。控制绳摆定好导轨桥的位置,先安装横担侧的固定夹,再悬挂导线端,用一条适中长度的钢丝绳搭在葫芦链条上,两头用卸扣锁在桥体两侧的固定环上。放松磨绳,让桥体两端各自受力,解开吊点,把吊点拉至地面,起吊液压主机,放置横担上。先不解吊点绳,待压接工作完成,再把液压主机放置需要压接的地方。

(4) 压接操作。把高压管拉至压顶并联接,完成压接前的所有安装。压顶可以360°旋转,方便导线头的压接,一名操作人员站在或蹲在桥体上,一名操作人员在葫芦链条上递线头至压顶处,两人配合压顶及线头,另一名操作人员在横担处控制液压主机,共同完成压接工作。

(5) 导轨桥拆卸。压接完成后,先把液压主机放置待压处,把磨绳锁在吊点上,压顶退回原位,并把插销穿好。启动绞磨机把导轨桥放置待压处或松至地面(完成一相或所有压接工作)。把磨绳及转向滑车松至地面,最后根据现场实际情况,确定拆除还是整体上车。

4 维保注意事项

(1) 高空压接导轨桥采用的是304不锈钢材质,较硬较厚,一般用户难以维修,定期需返厂维修。

(2) 高空压接导轨桥闲置时需放在阴凉通风处,避免风吹雨淋,压钳滑盘底部的万向轮需定期清理内部尘土,并涂上润滑油,保障其滑动灵活。

(3) 组装用的螺栓等级不低于4.8级,扭紧力度要适中。

(4) 定期检查起吊绳及固定环的磨损情况。

(5) 在空中使用导轨桥压接时,不得两人同时站、蹲在桥体上。

(6) 不得在桥面上行走,以防滑倒；不得在桥体上放置与压接无关的工器具及材料,以免超负荷。

(7) 压顶不工作时,必须把压顶退回原位,并用插销固定,严禁未固定直接起吊,或放松桥体,以免压顶滑出槽沟造成坠落。

(8) 上下桥体时,一定要使用控制绳控制导轨桥,防止摆动,不碰伤附件或其他设备。

(9) 运输过程中严禁重物碰压,以防变形。

(10) 严禁使用不配套的附件及滑盘。

5 结束语

压接导轨桥作业是一种新型的高效高空压接方法,区别于传统的吊笼压接方式,具有组装方便、运输轻便、外型美观、安全实用等特点,在实际的施工现场中均能够达到预期的安全、质量及进度等目标,施工人员现场反映导轨桥实际操作方便,安全可靠性高,压接质量有保障,减少了人力成本,经济效益显著,具有较高应用推广价值。

此外,这种新型高效高空压接导轨桥压接设计理念还有望进一步推广到其他不同电压等级、不同施工环境下的高空压接作业中,如进一步添加若干电气智能化、自动化功能元素,将更具实用价值,更具灵活性。