輕型智能落地抱桿在特高壓線路工程組塔中的應(yīng)用

張衛(wèi)東 ，單 軍 ，慕德凱 ，周傳濤 ，楊啟發(fā)

（1.國(guó)網(wǎng)山東省電力公司，山東 濟(jì)南 250001；2.山東送變電工程公司，山東 濟(jì)南 250118；3.國(guó)網(wǎng)山東省電力公司日照供電公司，山東 日照 276826；4.國(guó)網(wǎng)山東省電力公司泰安供電公司，山東 泰安 271000）

0 引言

特高壓輸電線路雙回路鐵塔組立具有施工難度大、精度要求高等特點(diǎn)。鐵塔平均高度在100 m以上，單根主材構(gòu)件達(dá)到5 t，現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)一般采用內(nèi)懸浮外拉線加人字抱桿、搖臂抱桿、起重塔機(jī)、雙平臂抱桿等起重吊裝設(shè)備。大截面內(nèi)懸浮外拉線抱桿雖然轉(zhuǎn)運(yùn)速度快、技術(shù)成熟，但抱桿的提升與起吊危險(xiǎn)性較高，起吊重量??；傳統(tǒng)搖臂抱桿、起重塔機(jī)、雙平臂抱桿等大型起重吊裝設(shè)備機(jī)械化程度高、安全可靠，但在山地、河網(wǎng)等地形復(fù)雜、條件惡劣的環(huán)境時(shí)，往往面臨山地運(yùn)輸困難、搬運(yùn)成本高、拆裝作業(yè)效率低等問(wèn)題。設(shè)備向小型化、自動(dòng)化、集成化方向發(fā)展已成為特高壓鐵塔組立提高施工效率的有效手段，也是工程建設(shè)全過(guò)程施工機(jī)械化的緊迫需要。

針對(duì)特高壓工程鐵塔結(jié)構(gòu)尺寸特點(diǎn)，結(jié)合建筑行業(yè)和組立大跨越鐵塔的塔式起重機(jī)成熟設(shè)備及施工技術(shù)特點(diǎn)，重點(diǎn)在小型化、高強(qiáng)材料、智能集成和提高工效等方面進(jìn)行深入研究，研制一種適合于特高壓工程80～150 m鐵塔組立安全、快速、高效的輕型智能塔機(jī)，并應(yīng)用于榆橫—濰坊1 000 kV特高壓交流輸電線路工程中，進(jìn)一步完善和提高組塔施工裝備水平和工藝水平。

1 榆橫—濰坊特高壓線路工程概況

榆橫—濰坊特高壓線路工程起于陜西省境內(nèi)的榆橫1 000 kV變電站，途經(jīng)陜西、山西、河北、山東4省，止于山東省濰坊市境內(nèi)的濰坊1 000 kV變電站。

線路全長(zhǎng)2×1 059.3 km，工程在平丘及走廊受限的山地采用同塔雙回路架設(shè)，長(zhǎng)度2×644 km，采用鋼管塔。其余山地采用兩個(gè)單回路架設(shè)，長(zhǎng)度2×406 km，采用角鋼塔。沿線地形平地約38.13%，河網(wǎng)泥沼約4.65%，丘陵約3.80%，一般山地約41.44%，高山大嶺約11.98%。

由山東送變電工程公司施工的23標(biāo)包線路起自1000kV濟(jì)南站龍門架，止于鄒平縣明集鎮(zhèn)12S071號(hào)塔，線路路徑長(zhǎng)度36.646 km（包含3.417 km的黃河大跨越），共包含鐵塔72基，其中一般段雙回路鐵塔65基，黃河大跨越段雙回路直線塔3基，單回路耐張塔4基。線路途經(jīng)濟(jì)南市濟(jì)陽(yáng)縣、章丘市，濱州市鄒平縣，沿線海拔0～100 m。地形比例：59.4%為平地，40.6%為河網(wǎng)泥沼。

2 組塔情況分析

本標(biāo)段鐵塔為雙回路傘形鋼管塔，共包含17種塔型，鐵塔總重15 960 t，其中一般段共14種塔型，塔總重10 632 t，黃河跨越段共3種塔型，塔總重5 328 t。本標(biāo)一般段平均塔高超過(guò)108 m，平均塔重約163.57 t，單件重量最大達(dá)5.5 t，直徑約 0.965 m，長(zhǎng)度達(dá)11.307 m；采用6.8級(jí)和8.8級(jí)螺栓。

鐵塔塔身主、斜材和橫擔(dān)主材采用的型材結(jié)構(gòu)為鋼管，塔身水平間隔面、橫擔(dān)斜材和鐵塔輔材采用的型材結(jié)構(gòu)為角鋼。構(gòu)件連接主要采用法蘭連接、插板連接。部分安裝時(shí)連接部位集中、空間狹小，尺寸誤差稍大或安裝錯(cuò)誤就會(huì)出現(xiàn)構(gòu)件的碰撞問(wèn)題，施工難度較大。該鐵塔橫擔(dān)長(zhǎng)、重量大，水平就位較為困難，常規(guī)內(nèi)懸浮外拉線組塔施工具有較大的難度。

結(jié)合近幾年特高壓鋼管塔施工的經(jīng)驗(yàn)，決定采用在原有雙平臂抱桿基礎(chǔ)上研制的 “輕型智能落地抱桿”進(jìn)行組塔。

3 塔式起重機(jī)參數(shù)

3.1 主要特點(diǎn)

以原有可折疊雙平衡臂塔式起重機(jī)為技術(shù)參考，進(jìn)行輕型智能落地抱桿的研制，摒棄了雙平臂起吊的結(jié)構(gòu)，采用“單側(cè)起吊，對(duì)側(cè)平衡”的優(yōu)化構(gòu)造，同時(shí)對(duì)重要受力部件采用高強(qiáng)鋼材料，在原有80 t重量的基礎(chǔ)上優(yōu)化設(shè)計(jì)使重量降至29 t；所有機(jī)構(gòu)采用變頻調(diào)速控制，配重采用智能平衡系統(tǒng)，上下位機(jī)采用PLC通信控制系統(tǒng)，改善了作業(yè)條件，提高了施工效率。

采用拆卸式基礎(chǔ)，施工簡(jiǎn)單，適用范圍廣。該抱桿的基礎(chǔ)采用拆卸式，安裝時(shí)只需簡(jiǎn)單平整地面，基礎(chǔ)塊可以拆卸重復(fù)使用，節(jié)省成本，適用于各種不同的施工場(chǎng)合。

系統(tǒng)使用全變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，工作效率高，調(diào)速性能好，工作平穩(wěn)可靠。 為了充分提高效率及加強(qiáng)吊裝時(shí)候的穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性，起升、回轉(zhuǎn)、變幅均采用變頻調(diào)速功能，使得起升機(jī)構(gòu)獲得理想的起升速度及荷重的慢就位，實(shí)現(xiàn)空鉤高速升降 （可實(shí)現(xiàn)增速60%，電機(jī)運(yùn)行頻率由50 Hz提高到80 Hz）。

采用活配重動(dòng)態(tài)平衡系統(tǒng)，可根據(jù)起吊負(fù)荷動(dòng)態(tài)調(diào)整配重位置。采用此系統(tǒng)后，可明顯降低抱桿不平衡力矩，使運(yùn)行更加安全。

抱桿采用雙油缸液壓一步式下頂升系統(tǒng)，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)頂升一步到位，加節(jié)在地面進(jìn)行，安全性更好，效率更高。

采用可收式水平臂。起重臂及平衡臂均采用可收式，起重機(jī)拆卸時(shí)候可以收起來(lái)，減少外部尺寸，可以隨著桿身的降低穿過(guò)鐵塔的中間部分，提高拆卸效率［1］。

采用上下位機(jī)PLC通信控制系統(tǒng)。上方的電氣柜與地面上的操作控制柜兩者之間采用主從 PLC控制，上下之間采用現(xiàn)場(chǎng)總線（線纜）連接，控制系統(tǒng)簡(jiǎn)潔明了，減少電線電纜的數(shù)量和敷設(shè)布置，減輕安裝和維護(hù)的工作量。

國(guó)產(chǎn)化的重量限制器、力矩限制器、高度限位器、幅度限位器、回轉(zhuǎn)限位器、回轉(zhuǎn)、牽引機(jī)構(gòu)的制動(dòng)器具等先進(jìn)安全裝置，以及小車防斷繩、防斷軸裝置，使抱桿安全性能更加可靠。

采用回轉(zhuǎn)限位器，取消中央集電環(huán)，有效避免因雨水侵蝕、短路漏電等引起的缺陷和故障，方便作業(yè)人員在抱桿中間上下通行。

控制室采用先進(jìn)的聯(lián)動(dòng)臺(tái)，各機(jī)構(gòu)動(dòng)作的操作更為容易，維修更為簡(jiǎn)單。

3.2 主要參數(shù)

起重臂長(zhǎng)度20 m，最大工作幅度為20 m（塔機(jī)中心線至吊鉤中心距離）；

最大起重量及倍率5 000 kg（任意幅度），4倍率；

額定起重力矩100 t·m，允許最大不平衡力矩50 t·m，（最大不平衡力矩為不考慮超載、沖擊和風(fēng)力等情況下），平衡臂長(zhǎng)度12～13 m；

塔身尺寸：不大于 1.2 m×1.2 m×4 m（長(zhǎng)×寬×高）；

最大獨(dú)立使用高度：25 m；

附著使用最大塔身高度：150 m；

使用柔性附著且附著間距不小于25 m；

附著狀態(tài)塔身最大懸高：20 m；

起重臂、平衡臂折起后最大水平方向外形尺寸不大于2 m×3 m；

底架支承點(diǎn)間距：5 m×5 m；

安裝完成后底架最大外緣尺寸：7 m×7 m；

起重臂水平旋轉(zhuǎn)角度：360°；

回轉(zhuǎn)速度：0～0.63 r/min；

水平臂小車變幅速度：0～5 m/min；

起升速度：0～40 m/min （四倍率），0～80 m/min（兩倍率）；

設(shè)計(jì)最大工作風(fēng)速：20 m/s。

該抱桿頭部采用雙水平臂（起重臂、平衡臂）結(jié)構(gòu)，水平臂與桿頂間采用鋼絲繩連接，其中平衡臂配置可自動(dòng)移動(dòng)實(shí)現(xiàn)力矩平衡的配重系統(tǒng)。抱桿桿身提升采用液壓雙缸下頂升方式。起吊系統(tǒng)采用滑輪組及吊鉤，通過(guò)鋼絲繩經(jīng)轉(zhuǎn)向滑車引至卷?yè)P(yáng)機(jī)，卷?yè)P(yáng)機(jī)不再放置在地面而置于抱桿頭部中節(jié)，有效減少鋼絲繩用量。配重和起重小車采用可拆卸式，在拆卸抱桿時(shí)可獨(dú)立拆除降至地面，提高拆卸效率［2］。

3.3 主要組成部分

采用的輕型智能落地抱桿由金屬結(jié)構(gòu)、工作機(jī)構(gòu)、液壓系統(tǒng)、電氣控制以及安全保護(hù)裝置等組成，結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 輕型智能落地抱桿結(jié)構(gòu)

1）金屬結(jié)構(gòu)主要包括：基礎(chǔ)節(jié)、上下支座、爬升架、塔身標(biāo)準(zhǔn)節(jié)、回轉(zhuǎn)節(jié)、過(guò)渡節(jié)、塔頂、平衡臂、起重臂以及附著等。

2）工作機(jī)構(gòu)包括起升機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、變幅機(jī)構(gòu)及頂升機(jī)構(gòu)、升節(jié)機(jī)構(gòu)、起重行走小車、平衡臂行走小車等裝置。

3）液壓系統(tǒng)。液壓系統(tǒng)的使用，首先旋開(kāi)油箱蓋板上的空氣濾清器蓋，注入液壓油，啟動(dòng)油泵電機(jī)。系統(tǒng)正常啟動(dòng)后，通過(guò)電磁換向閥來(lái)控制油缸的伸出和收回。電磁換向閥的出油量大小，可以調(diào)節(jié)疊加式雙路單向節(jié)流閥。

4）電氣及控制系統(tǒng)。

控制系統(tǒng)。通過(guò)集中操作臺(tái)統(tǒng)一控制起升、回轉(zhuǎn)及變幅、配重，回轉(zhuǎn)、起升及變幅采用PLC+變頻控制，具有限位開(kāi)關(guān)、緩沖器，重量、力矩及力矩差顯示限制器等安全裝置。采用智能系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)力矩平衡。

安全監(jiān)控系統(tǒng)。抱桿帶有起重量限制器、起升高度限位器、水平變幅限位器、起重力矩限制器、回轉(zhuǎn)限位器。另外還有鋼絲繩防脫裝置、變幅小車斷繩保護(hù)裝置、變幅小車斷軸保護(hù)裝置、制動(dòng)裝置、報(bào)警裝置等。

雷電放電地線要求。在標(biāo)準(zhǔn)節(jié)之間及每段吊臂之間設(shè)置連接線作為雷電專門通道，避免雷電從塔身各桿件的連接結(jié)構(gòu)處入地，減小電阻，保護(hù)塔機(jī)上的電氣設(shè)備。

電氣連接件要求。重要電氣設(shè)備之間使用航空快接插頭（具備防錯(cuò)裝功能）連接，避免接線錯(cuò)誤，杜絕設(shè)備安全隱患。

視頻采集系統(tǒng)及可視化對(duì)講要求。在抱桿帽、起重臂、回轉(zhuǎn)臺(tái)等關(guān)鍵部位設(shè)置槍機(jī)、高速球等視頻采集系統(tǒng)，全過(guò)程、全方位立體空間動(dòng)態(tài)監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)危險(xiǎn)點(diǎn)及時(shí)消除。記錄數(shù)據(jù)、便于經(jīng)驗(yàn)總結(jié)。

設(shè)置可視化對(duì)講系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)塔上、塔下能可視對(duì)話。

4 塔式起重機(jī)施工技術(shù)應(yīng)用

鐵塔最下段采用25 t汽車吊吊裝，25 t汽車同時(shí)負(fù)責(zé)安裝智能平衡力矩起重機(jī)設(shè)備。接腿段以上采用輕型智能落地抱桿吊裝。施工工藝流程如圖2所示。

圖2 施工工藝流程

4.1 施工準(zhǔn)備

組塔前要做好充分施工準(zhǔn)備，預(yù)先在安裝基礎(chǔ)塊的位置平整地面，基礎(chǔ)塊深入地面高度為100 mm，平整土地時(shí)尺寸需比基礎(chǔ)塊的尺寸大100 mm左右，以便基礎(chǔ)塊安裝時(shí)位置可以調(diào)整；進(jìn)場(chǎng)道路要進(jìn)行修整加固，滿足吊車等大型設(shè)備進(jìn)場(chǎng)作業(yè)。配備通信設(shè)備進(jìn)行指揮聯(lián)絡(luò)，確保通信暢通；加強(qiáng)對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，施工現(xiàn)場(chǎng)將采用遠(yuǎn)程無(wú)線監(jiān)控系統(tǒng)；接入穩(wěn)定的臨時(shí)施工電源，并準(zhǔn)備應(yīng)急電源。

4.2 基礎(chǔ)節(jié)的安裝

以塔位中心為基準(zhǔn)，抱桿中心與塔位中心重合，根據(jù)塔位中心樁位置確定基礎(chǔ)塊的放置位置，設(shè)置輔助安裝線，放置基礎(chǔ)塊，采用水準(zhǔn)儀檢測(cè)四個(gè)基礎(chǔ)塊安裝的水平度，誤差不大于1/1 000。利用十字撐桿和斜撐桿與基礎(chǔ)螺栓連接固定，再安裝橫梁組成基礎(chǔ)節(jié)。

4.3 抱桿的安裝

用吊車將爬升架與十字撐桿連接安裝固定，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)利用抱桿爬升架上的一步式頂升系統(tǒng)進(jìn)行頂升安裝［3］。 將支座、起升機(jī)構(gòu)、平臺(tái)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)支承、回轉(zhuǎn)節(jié)等組裝為一體，用銷軸連接。然后進(jìn)行以上結(jié)構(gòu)的整體吊裝。再在地面上將抱桿頂部組裝完成，用吊車將桿頂?shù)跗鸢惭b在過(guò)渡節(jié)上。

在平地上拼裝好平衡臂及起重臂，短軟拉索一端安裝在臂上。然后將工作臂（平衡臂、起重臂）吊起，安裝在過(guò)渡節(jié)對(duì)應(yīng)接頭上固定。利用吊車抬起平衡臂或起重臂成水平角度，利用起升機(jī)構(gòu)把臂端短軟拉索拉起，與塔頂連接。安裝好臂端短軟拉索后，調(diào)至水平狀態(tài)，將吊車卸載。穿繞其上鋼絲繩后，經(jīng)試運(yùn)轉(zhuǎn)各項(xiàng)操作正常后抱桿安裝正式完畢。

4.4 抱桿的頂升

將標(biāo)準(zhǔn)節(jié)地面組裝完成后，將桿身上下部頂升框架內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)間鎖定銷軸解開(kāi)，利用頂升系統(tǒng)將整個(gè)抱桿頂升，頂升高度超過(guò)一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)高度，推入標(biāo)準(zhǔn)節(jié)到爬升架內(nèi)，調(diào)整好位置，收縮節(jié)油缸活塞桿，將標(biāo)準(zhǔn)節(jié)連接固定，完成一次標(biāo)準(zhǔn)節(jié)的頂升安裝，重復(fù)以上步驟，可繼續(xù)加高抱桿至所需高度。

4.5 塔腳板及塔腿段吊裝

鐵塔塔腿段采用25 t汽車吊分解吊裝，先吊裝四腿主材，再吊裝水平桿，最后吊裝斜桿。每個(gè)塔腿分段進(jìn)行吊裝。塔腿主材吊裝完畢后，再吊裝水平橫桿，最后吊裝斜桿。

4.6 塔身段吊裝

吊裝主材時(shí)，使用吊裝專用的高強(qiáng)螺栓。吊裝就位過(guò)程中，根據(jù)法蘭盤上就位對(duì)齊標(biāo)記，調(diào)整吊裝主材就位位置，吊裝示意如圖3所示。

圖3 主材吊裝立體示意

在塔腿段，由于水平橫桿根開(kāi)尺寸較大，采用單根主材起吊，起吊前采用吊帶綁扎。

在主材與水平材的連接處設(shè)置起重滑車，在塔腿處設(shè)置轉(zhuǎn)向滑車，利用Φ13 mm鋼絲繩穿過(guò)滑車與斜材底部綁扎連接，用作斜材的輔助吊繩，便于輔助斜材下部的安裝就位。

當(dāng)鐵塔接腿段上部跟開(kāi)不是很大、可以組成穩(wěn)固結(jié)構(gòu)的橫斜材，可以將橫斜桿組片后同時(shí)起吊。鐵塔組片吊裝起升時(shí)，應(yīng)保持吊件與塔身距離不小于3 m。起吊斜材應(yīng)在稍高于就位點(diǎn)時(shí)停止提升，利用1 t倒鏈調(diào)整斜材就位插板分別位于主材就位板的正上方，然后慢松起吊繩使斜材慢慢落下，使用尖扳手等工具將斜材的就位插板和主材對(duì)應(yīng)的就位板對(duì)齊安裝固定。

4.7 鐵塔橫擔(dān)、地線支架吊裝

本標(biāo)段耐張塔橫擔(dān)的重量最重為11.3 t；橫擔(dān)重量大于10 t的，將每側(cè)的導(dǎo)線橫擔(dān)分別組裝成前后兩片，分片吊裝；橫擔(dān)重量小于10 t的，兩側(cè)橫擔(dān)各自整體組裝后分別吊裝。為減少吊裝工況，提高工作效率，全部采用活配重方式吊裝。吊裝順序：從下往上依次吊裝，先下橫擔(dān)、中橫擔(dān)，再上橫擔(dān)、地線支架。

橫擔(dān)吊裝采用四點(diǎn)起吊方式，分別用2條10 t吊帶綁扎在橫擔(dān)主材節(jié)點(diǎn)合理位置上。起吊時(shí)先沿順線路方向提升，接近就位點(diǎn)時(shí)，再旋轉(zhuǎn)至就位方向就位固定。工程鐵塔橫擔(dān)與塔身聯(lián)接處使用十字插板和U型插板，安裝間隙極小，安裝時(shí)務(wù)必保持橫擔(dān)水平就位姿態(tài)，便于橫擔(dān)就位［4］。橫擔(dān)吊裝示意如圖4所示。

圖4 橫擔(dān)吊裝示意

4.8 抱桿拆除

鐵塔組立完畢，抱桿降至初始高度后，吊臂的拆除過(guò)程為上述的逆程序。首先拆除連接電纜；再拆除吊鉤和幅度限位；將載重小車開(kāi)至起重臂最外端，并緩緩落至地面；然后把起升鋼絲繩穿過(guò)桿頂部滑輪組，經(jīng)由起重臂最外端滑輪，最后固定到塔頂。收緊雙側(cè)起升鋼絲繩，讓雙側(cè)吊臂圍繞根部鉸點(diǎn)同步緩慢地?fù)u起，將雙側(cè)吊臂固定在塔頂上。利用鋼管塔將抱桿整體下降到最低高度，然后依次將吊臂、桿頂、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)及支座、桿身、起升機(jī)構(gòu)等部分拆除，最后拆除底架基座和基礎(chǔ)底板。

5 結(jié)語(yǔ)

輕型智能落地抱桿整體結(jié)構(gòu)重量?jī)?yōu)化設(shè)計(jì)合理，運(yùn)輸安裝較雙平臂抱桿方便，自動(dòng)化程度高，多處采用高效設(shè)計(jì)，通信控制系統(tǒng)先進(jìn)，安全性能優(yōu)良，操作簡(jiǎn)便實(shí)用，極大提高了榆橫—濰坊1 000 kV特高壓交流輸電線路工程鋼管塔組立的施工效率。