一种万向高空绑扎绝缘装置的研究

温带银，谭炯润，黄耀升，孙天成，黄 昊

（广东电网有限责任公司江门供电局，广东江门 529000）

1 课题背景

目前大部分的输电线路建立在山区，若输电线路保护区内生长有超高树木，树木对导线的安全距离不足，不及时处理，将致使导线对树木放电，导致输电线路发生跳闸，影响电网可靠运行。在线路运维过程中，要经常对输电线路导线距离不足的超高树木进行修剪或砍伐。其中大部分需要处理的超高树木的高度都在10～20 m，且对导线距离不足，在超过树木砍伐过程中需要控制树木的倒向，防止树木向带电导线侧倾倒。常用的方法是利用绳索绑扎于树木重心以上位置来控制倒树方向[1]，通过控制拉绳方向来实现树木倾倒，但如果树木较高，将绑扎绳索于树木重心以上位置则十分困难。

在高山大岭中，运维人员会通过梯子攀爬树木来将绳结固定于重心的位置风险极大。大部分超高树木没有着力点，存在人员高空坠落的风险，并且携带工具、设备上山，无形中浪费了作业人员的体力，带来额外的负担。

近年来，电力生产出现多起在高空作业期间人员坠落的事故。随着南网与国网对高空作业风险和管控要求不断提高，按照安全规定，凡在坠落高度基准面2 m 以上（含2 m）有可能坠落的高处进行作业，都称为高处作业。按公司最新颁发的高空作业指引要求，在生产中需要进行高处作业的工作为低风险作业管控，且要求录入视频监控。

为解决上述问题，本文设计了一种万向高空绑扎绝缘装置，无需进行高处作业，可以在地面位置保证作业安全距离和人身风险的前提下，简便、快速地对树木重心以上位置进行绑扎，且该装置运维人员可轻松地携带上山，提高作业现场的便利性和安全性。

2 树障清理流程及风险分析

2.1 树障清理流程

在输电线路运维工作中，树障清理是最常见和普通的工作。输电线路跨越高山大岭，高大的树木茂密成林，若不及时处理，当树木与导线的距离小于最小安全距离时[2]，高压电会击穿空气（表1），对树木发生放电，导致树木周边人员触电及线路跳闸。

表1 树木与导线的最小安全距离

由于输电线路经过的林带一般为山区，常规灌木或较小的树木可采用镰刀、柴刀、斧头等清理砍伐，但直径较大的树木人工砍伐不易，所以一般采用油锯进行砍伐。发现及砍伐树障的流程如下：

（1）运维人员通过目测、无人机测量、激光雷达测量、测距仪等仪器进行初步测量[3]，记录需要处理的树障位置及数量，收集数据后回到单位进行系统录入并派工。

（2）作业人员需要与树主进行沟通协调，告知树主树障隐患风险，同树主确认需要砍伐的树木品种及数量后进行树木砍伐。

（3）砍伐过程中需要作业人员观察树木倒树方向，谨防砍伐后树木倒向导线一侧，引发输电线路跳闸及作业人员触电风险。砍伐过程中需作业人员通过绳索控制倒树方向，而由于树木高大，绳索绑扎需要在树木重心位置以上，这就需要运维人员通过绝缘梯爬树的方式进行绑绳，而人工绑扎树木效果不稳定，不同运维人员的绑扎方式不同，若绑扎不够稳定，会导致拉绳过程中脱绳，引发电网风险。

（4）作业人员通过绳索将树木拉至与导线反方向后即可开始砍树[3]，砍伐结束后清理现场及收拾工器具，回单位系统进行树障缺陷处理闭环。

2.2 清理过程中的风险分析

清理过程中存在的风险有：①树木倒向导线一侧引发线路跳闸及砍树人员触电的风险；②树木需绑扎绳索至重心以上，人工爬树作业会有高处坠落的风险；③树木倒下过程中存在砸伤作业人员的风险。

3 技术方案

对于电网运行来说，不论是输电还是配电，超高树木都是影响线路稳定运行的重要原因，传统的处理方法有：①运维人员通过吊车将吊篮提至树木重心的位置进行绑扎，但是此方法的缺点是使用地方具有局限性，仅能在平坦的地方使用，荒山野岭中吊车不能到达，且大面积处理树木时吊车使用不方便，树木倒下过程中容易砸到车辆；②运维人员携带梯子攀爬至合适的绑扎位置，而此方法的缺点是需要足够梯子摆放的位置，且需要两个人辅助作业，一人梯子上绑扎，一人扶梯，工具设备重量和体积相对较大，不便于携带。如果运维人员徒手攀爬树木绑扎，存在极大的高空坠落风险，而且大部分树木没有脚踩着力点，攀爬非常困难，此方法不符合安全作业要求。

目前市场上缺少一种实用、轻便，且具有绝缘能力的树木绑扎装置，存在的问题和困难有：①梯子体积大、重量重，不便于进山，在未开展砍树工作前已经消耗大量体力；②吊车适用范围有限，不满足输电线路修剪或砍伐树木需求；③大部分树木树干上没有着力点，市场上现有的绑扎装置绑扎困难；④目前市场上的绑扎装置长度不能满足需求，且没有绝缘功能。

针对使用吊车、梯子和市场上现有的绑扎装置的弊端，分析作业现场环境和树木的特征，设计万向高空绑扎绝缘装置，实现对树木的绑扎，提高修剪砍树作业效率，降低运维人员劳动量和人身安全风险。

万向高空绑扎绝缘装置组成如图1 所示，主要部件有：①支撑架，形状为弧形，航空铝材料，设计匹配合适的树木直径长度；②防脱钩，与支撑架成一体设计，航空铝材料；③活动板，被防脱钩勾住，由承托架给予支撑，被绑扎树木从此处进入，实现绑绳工作；④承托架，利用杠杆原理，凹槽形设计，支撑活动板的横梁，从防脱钩的一端向支撑架旋转；⑤绑绳孔，将绑扎树木的绳索在此位置进行绑扎固定；⑥定绳孔，防止绳索缠绕、打结；⑦连接片，通过此位置将操作杆同万向转头及支撑架连接在一起，材料为航空铝；⑧固定螺栓，通过螺栓配合万向卡尺，确保操作头可以适应不同作业环境，即便操作人员站在树根位置也可轻松地绑扎、固定绳索；⑨操作杆，由3 段组成，设计长度为10 m，可适用于输电线路保护区内大部分高杆树木，材料为玻璃钢环氧树脂，具有张性大、强度大、重量轻的特性，便于携带；⑩万向转头，设计齿形结构，两部分齿形结构相互咬合，紧密连接，每部分设计15 齿，通过收紧固定螺栓实现固定牢固通风孔，此孔可有效减少支撑架的重量，降低支撑架风阻绑扎绳。

图1 绑扎装置构成

万向转向扣由3 部分组成，分别是2 个齿形卡扣及1 个固定螺栓，2 个齿形卡扣相互咬合，调整好合适的角度α 后，通过收紧固定螺栓，实现咬和紧闭，确保操作杆与支撑架的连接稳固和作业正常。作业人员通过操作杆将绑扎装置举起，根据作业环境选择合适的作业位置，通过调节万向转头改变支撑架与操作杆的作业夹角α，以适用于不同作业位置。若作业位置宽敞，且树木高度不高，可将夹角α控制在170°～180°，尽量保持在同一作业面上进行操作。若作业位置狭窄，且树木高度相对较高，可将夹角α调整至90°～135°，便于作业人员进行绑树工作。

绑扎的主要方法是：使用白棕绳或其他绳索在绑绳口系好，然后通过定绳孔的定绳扣固定，以防作业时绳索缠绕、打结。树干在活动板前方，通过承托架支撑防脱扣位置，活动板向支撑架内部旋转，将树干置于支撑架内。后防脱扣勾住活动板的开口处，支撑架于活动板连接位置分开，向反方向拉动操作杆，让树干从承托架位置离开支撑架内，绑绳孔带着白棕绳从树干上穿过，即可完成绑绳工作。

在广东省境内，输电运维工作需要管控的树木有桉树、松树、竹子、榕树等。其中，桉树高大且树干光滑，绑绳至树木穿绳位置后难以固定，本设计搭配使用了固定绳索装置来实现对树木的固定（图2）。

图2 固定绳索装置构成

固定绳索装置包括：①卡树，将该装置固定在待绑扎位置的下方树干上；②支撑架，固定托绳器及二次固定树干；③托绳器，将绳索托起，确保待绑扎位置绳索不滑落；④操作杆，伸缩长度最长可达到15 m。使用方法为打开操作杆，使用卡树和支撑架卡住树干位置，托绳器拖住绳索完成绑扎固定。

4 应用成效及总结

2020—2021 年，该装置于广东电网江门供电局输电管理一所广泛应用，对110 kV 及以上保护区内的超高树木进行处理。经试验应用，该装置操作简单方便，质量仅为5 kg，可绑扎超过20 m 高树木重心以上位置，而传统的10 m 绝缘梯质量超过20 kg。该装置在使用中有很大优势，砍树过程中免去运维人员爬树作业，降低作业风险，提高作业效率，适用于电网企业的树障运维工作。