WXRedian | CES电气 | 国网山东省电力公司崔浩、陈育淦等：输电线路杆塔脚钉专用防坠器的研制

防坠落装置是保障输电专业登塔作业人员人身安全的重要手段，研制更安全、更可靠的防坠落装置对避免发生人身伤亡事故至关重要。国网山东省电力公司超高压公司、山东网源电力工程有限公司的崔浩、陈育淦、宋凯歌、杜泉龙、吴善船在2024年第9期《电气技术》上撰文，对现有防高坠措施的优缺点进行分析，针对现有防坠落措施存在的问题，研制出一种输电线路杆塔脚钉专用防坠器。该防坠器由悬挂部件和连接部件组成，以脚钉为悬挂点，交替摘挂两个悬挂部件在杆塔脚钉上，为高空作业人员提供安全防护。

高空坠落是线路工作中最易出现、后果最严重的危险之一，已成为导致输电行业人身伤亡事故的首要因素。作业人员攀登杆塔、转位及作业时，一旦失去安全保护，就极有可能发生高空坠落，导致人身伤亡事故。目前，输电线路高空作业主要依赖防坠自锁器等防坠落设备，但现有防坠落措施在安全性或便捷性方面存在不足。因此，本文对现有防坠落措施的优、劣势进行分析，并针对当前防坠落措施存在的问题，结合输电线路登高作业工作实际，研制一种更加安全、便捷的防坠落装置。

1 现有防坠措施分析

目前，常用的输电运检登塔作业防高空坠落措施有防坠导轨+防坠自锁器、无人机搭挂后备绳、塔材双钩安全绳及脚钉安全绳等，依据防坠原理的不同，主要分为固定式导轨防坠措施、临时柔性导轨防坠措施和双钩安全绳措施。

1）固定式防坠导轨

依据材质不同，固定式防坠导轨主要分为刚性导轨和柔性导轨，配合防坠自锁器使用可为高空作业人员提供防坠安全防护。此类防坠措施安全性高、使用方便，但目前仅在特高压等部分线路杆塔装设，若在全部线路杆塔配置防坠导轨，则投资成本巨大。

此外，由于长期暴露在野外环境下，受覆冰、风振、雨雪等天气因素的影响，刚性导轨极有可能产生卡涩、锈蚀、变形等缺陷，导致防坠自锁器无法顺利通行，防坠导轨失去安全防护作用。柔性导轨需依附杆塔结构分段装设，无法形成贯通作业路径，作业人员登塔过程中需重扣防坠器，存在高空坠落风险。

2）临时柔性导轨

传统临时柔性导轨需首位登塔作业人员采用双钩安全绳等其他防坠措施携带后备安全绳登至塔顶，固定在横担后供其余登塔作业人员使用，对首位登塔人员体力存在严峻考验，存在较大高空坠落风险。

随着无人机技术在输电领域的应用，相关技术团队研制出利用无人机搭挂后备安全绳的专用防坠装置，可为登塔作业人员提供临时柔性导轨。但是，该方法使用工器具多、作业流程相对复杂，适用于带电作业或停电换绝缘子等复杂作业，少数人员登塔作业时的效率极低，而且受地形、天气影响较大。山区作业时，运输工器具耗费作业人员大量体力。出现阵风时，传递绳风荷载施加给无人机的作用力较大，使无人机稳定性骤降、操控困难。

3）双钩安全绳

双钩安全绳根据悬挂点的不同分为塔材双钩安全绳和脚钉双钩安全绳。塔材双钩安全绳以塔材为挂点，不需要追加额外投资，通过交替使用达到防坠目的。然而，在悬挂更高位置的挂钩时，另一挂钩悬挂点可能位于登塔者下方，存在“低挂高用”的问题。在交替挂摘挂钩的过程中，作业人员需反复上下移动，严重消耗作业人员体能。另外，在铁塔大斜材位置处无合适悬挂点，挂钩摘挂操作困难，且单根牛尾绳长1.5m，登塔过程中易发生绊腿绊脚情况。

脚钉双钩安全绳以脚钉为悬挂点，不需要额外投资。目前，常用的脚钉双钩安全绳多采用绳套或挂钩为悬挂部件。登塔时，作业人员随手将绳套或挂钩挂在脚钉上，悬挂方便且不受塔材影响。交替摘挂时无需反复上下移动，可节省人员体力。但是，脚钉尾端为开口设计，使用时绳套或挂钩悬挂部件易从脚钉脱出，安全性较差。

2 脚钉专用防坠器设计

针对现有防坠落措施存在的问题，本文提出一种以杆塔脚钉为悬挂点的脚钉专用防坠器，该防坠器由悬挂部件和连接部件构成，悬挂部件“抓握”在杆塔脚钉上，经过连接部件与安全带连接，为作业人员提供安全防护。

2.1 结构设计

悬挂部件示意图如图1所示。悬挂部件包括主柄、副柄、回弹装置和保险装置，保险装置可防止悬挂部件从脚钉上脱出。连接部件由两套牛尾绳和卡扣组成，分别将两套悬挂部件与安全带相连接。

图1 悬挂部件示意图

1）主柄、副柄

主、副柄下部为手持部分，主柄底部圆孔用于与连接部件连接。主柄顶部为主环口，可挂于脚钉上，为主要受力部件。副柄顶部为副环口。主、副柄通过连接轴连接，主、副环口闭合后形成闭合的挂环，其管壁内径比脚钉外径略大，可紧扣在脚钉上。针对脚钉尾部上翘或装有螺母的特点，挂环设计为长筒状，闭合后在保险装置闭锁状态下无法开启。当挂环受力向脚钉外侧滑动时，脚钉尾部上翘部分或螺母将施加给挂环向内的作用力，阻挡挂环向外滑动，从而防止防坠器从脚钉尾部抽出。

2）回弹装置

回弹装置由弹簧组成，在弹簧弹力作用下，主、副柄组成的挂环处于常闭状态。手捏副柄时，弹簧压缩，挂环打开，可将主柄悬挂于脚钉上，松手后副柄被弹簧弹起，与主柄组成挂环牢固“抓握”在脚钉上。悬挂部件“抓握”脚钉示意图如图2所示。

3）保险装置

保险装置示意图如图3所示，由保险卡扣和弹簧组成。保险卡扣为“凸”字型弯条，底部由连接轴固定在副柄上，顶部穿过主柄上倒“凸”型缺口。在回弹装置弹开时，保险卡扣顶部凸起部分在弹簧的带动下自动落入主柄缺口的凹槽中，将保险装置闭锁，主、副柄组成的挂环无法打开，牢牢锁在脚钉上；向上推动保险卡扣使顶部凸起部分脱落凹槽，保险打开，手捏副柄便可从脚钉上取下。

图2 悬挂部件“抓握”脚钉示意图

图3 保险装置示意图

4）连接部件

连接部件由两套牛尾绳和安全扣组成，将两套悬挂部件与作业人员佩戴的安全带相连接。牛尾绳单根长度为0.8m，可减少坠落高度，减轻下坠冲击对人员的伤害，同时牛尾绳在登塔时始终位于作业人员腰部以上，不会妨碍登塔作业。

脚钉专用防坠器示意图如图4所示。

图4 脚钉专用防坠器示意图

2.2 受力分析

当脚钉专用防坠器受到竖直向下的拉力FL时，脚钉对防坠器产生大小相等、方向相反的支持力FN。此时，人对防坠器的拉力通过连接装置作用在主柄上，脚钉对防坠器的支持力作用在主柄的主环口上，故主柄为主要承力部件。拉力竖直向下时的受力分析示意图如图5所示。

图5 拉力竖直向下时受力分析示意图

当脚钉专用防坠器受到斜向下的拉力FL时，若挂环与脚钉之间未产生位移，脚钉对挂环向上的支持力FN和向内侧的摩擦力Ff的合力与防坠器受到的拉力FL平衡。

若挂环沿脚钉向外侧滑动至脚钉尾部，脚钉上翘部分或螺母对挂环施加向脚钉内侧的弹力FT，阻止悬挂部件向外滑动，防止其从脚钉脱出。此时，防坠器受到弹力FT、摩擦力Ff和支持力FN的合力与拉力FL平衡。拉力斜向下时的受力分析示意图如图6所示。

图6 拉力斜向下时受力分析示意图

3 脚钉专用防坠器试验

为确保脚钉专用防坠器的安全性，依据《国家电网公司电力安全工作规程》对登高工器具试验标准中防坠器试验项目的要求，进行脚钉专用防坠器静负荷试验和冲击试验。将脚钉专用防坠器挂置在杆塔脚钉上，分别进行垂直、斜45°和水平方向的静负荷试验，以及脱钩冲击试验，试验结果如下。

1）垂直方向静负荷试验

拉力机牵引牛尾绳在垂直向下方向施加25kN静负荷拉力，耐受时间为5min，试验后脚钉专用防坠器无变形，挂环部分转动灵活、未脱钩、无卡涩现象。

2）斜45°方向静负荷试验

拉力机牵引牛尾绳在与竖直方向成45°方向施加6kN静负荷拉力，耐受时间为5min，试验后脚钉专用防坠器无变形，挂环部分转动灵活、未脱钩、无卡涩现象。

3）水平方向静负荷试验

拉力机牵引牛尾绳在水平方向施加3kN静负荷拉力，耐受时间为5min，试验后脚钉专用防坠器无变形，挂环部分转动灵活、未脱钩、无卡涩现象。

4）脱钩冲击试验

在斜45°方向以200N/s的速度施加拉力，模拟作业人员发生高空坠落冲击。经试验，该防坠器在承受冲击力达到9.31kN时，仍未出现脱钩、变形情况。

4 脚钉专用防坠器应用场景及优势分析

4.1 应用场景

脚钉专用防坠器主要用于作业人员攀登角钢塔和钢管塔。在使用脚钉专用防坠器攀爬铁塔时，首先应对脚钉专用防坠器进行检查，检查无缺陷后，将防坠器与作业人员穿戴的安全带相连接。然后，将防坠器的一个悬挂部件a挂于脚钉上，准备开始登塔。随后，将防坠器的另一悬挂部件b挂在更高的脚钉上，作业人员上升一个脚钉间隔后，取下悬挂于胸前脚钉上的悬挂部件a并悬挂于更高位置的脚钉上。在攀登过程中，不断交替挂摘两个悬挂部件，保持悬挂点始终位于作业人员重心以上。

脚钉专用防坠器实际应用示意图如图7所示。

4.2 优势分析

脚钉专用防坠器以脚钉为悬挂点，使用时不受塔材影响，适用于角钢塔和钢管塔。在交替使用时，悬挂点始终高于人体重心，避免了“低挂高用”的问题，同时无需反复上下挂摘，缩减登塔时间，节省了作业人员体能。

图7 脚钉专用防坠器实际应用示意图

牛尾绳单根长0.8m，登塔时位于作业人员腰部以上，对攀爬作业无影响。此外，脚钉专用防坠器操作简单、不需多人配合、作业效率高、可靠性高、成本低、便携，适用于单人作业。

5 结论

本文针对输电运检工作中防坠落措施存在的问题，研制了一种脚钉专用防坠器，该防坠器以脚钉为悬挂点，作业人员登塔时随手摘挂，不受塔材影响且悬挂点始终高于人体重心，使用便捷、安全性高。经过静负荷、脱钩冲击试验验证了该防坠器的安全性，可为作业人员提供安全防护。

本工作成果发表在2024年第9期《电气技术》，论文标题为“输电线路杆塔脚钉专用防坠器的研制”，作者为崔浩、陈育淦、宋凯歌、杜泉龙、吴善船。

CES电气

国网山东省电力公司崔浩、陈育淦等：输电线路杆塔脚钉专用防坠器的研制

本工作成果发表在2024年第9期《电气技术》，论文标题为“输电线路杆塔脚钉专用防坠器的研制”，作者为崔浩、陈育淦、宋凯歌、杜泉龙、吴善船 。

本工作成果发表在2024年第9期《电气技术》，论文标题为“输电线路杆塔脚钉专用防坠器的研制”，作者为崔浩、陈育淦、宋凯歌、杜泉龙、吴善船。