摘要：介绍了防坠脚钉研究、构成以及防坠功能的实现，与当前其他防坠措施的比较、应用及经济、社会效益，证明这是一种安装成本低、适用性广、易推广学习、高效率的简易防坠装置。
关键词：脚钉；高坠；保护
0 引言
现阶段，输电线路的巡检主要还是以人工登塔巡检为主，人工登塔巡检的作业量日益繁重。安规（输电线路）中有明确规定“9.2.3作业人员攀登杆塔，杆塔上转位及杆塔上作业时，手扶的构件应牢固，不准失去安全保护”[1]。目前在运铁塔上保障高处作业人员登塔安全的防坠设施有防坠落刚性导轨。而老旧线路和330kV及以下电压等级的线路并未安装防坠落刚性导轨，以检修公司为例，目前检修公司运维的超/特高压交/直流输电线路杆塔总数5345基，其中未安装防坠落刚性导轨的铁塔1861基。现阶段针对未安装防坠轨道的铁塔，为保障人员上下塔过程安全，主要依赖双钩与人员穿戴的安全带配合使用，采用这种方法虽然可以保证人员不失保护，但由于超/特高压输电线路铁塔间距大、塔材宽，导致双钩使用过程人员需要不断上下塔拆、装双钩，人员体力消耗极大，虚脱中暑等风险大，效率极其底下。针对以上问题，行业内目前没有有效的解决办法，因此，作业人员上下塔过程中的安全问题是当前困扰整个电力行业的难题。为此，输电心组织精干力量对防坠落系统进行研究，经过2年的努力，最终提出防坠脚钉的设计方案并研制出了防坠落脚钉，目前防坠落脚钉已经经过安全试验合格并通过项目专家组验收，并获得了基层员工的一致好评。
1 研制思路和存在问题
1.1研制有防坠功能的脚钉
1）不改变现有脚钉螺栓部分的尺寸；2）脚钉安全性满足需求；3）防坠系统结构简单、便于使用；4）防滑；5）防止安全绳脱落；6）有经济性和可推广性。
1.2目前主要存在的问题
1）为实现防坠功能需要的配合设备；2）选择合适的安装位置；3）人员发生中暑等症状是时可以由防坠器配合将病员放下。
2 脚钉的设计
2.1 脚钉的防坠
坠脚钉与传统脚钉相比头部多了一个弯节，弯节与安全绳配合使用。第一位作业人员在登塔时携带安全绳，将安全绳饶进防坠脚钉的弯节内，安全绳另一端和塔底具有速差自锁功能的“I’D”装置相连接，弯节特殊螺旋结构使坠落不管是发生在脚钉上方还是脚钉下方，安全绳都能可靠的落在弯节之内，确保作业人员安全。
2.2 脚钉的防滑
为降低使用人员使用防坠脚钉上下塔过程中人脚与脚钉接触部位出现打滑等现象，在脚钉的承力部位雕刻纹路，增加使用时的摩擦系数。
2.3 脚钉的防断
脚钉只需考虑对爬塔人员的支撑功能，目前选择人体重量90kg进行计算，安全系数选择2.5[1]，计算得2250N。进行试验时脚钉拉断力为2900N，脚钉满足正常攀登时的承力。发生坠落时，由于脚钉间距400-450mm，发生坠落时根部受力点剪应力为件必须满足100kg重量从1m高的冲击要求，即根据力矩公式在脚钉根部受力点产生的剪应力=5880×100÷16=36750N，这个力是普通脚钉的正常剪应力14700N的2.5倍，超出了脚钉的正常承受力。通过分析和根据动量定理F=mv/t，可知在挂点产生的作用力跟作用时间有关，因此通过延长对脚钉的作用时间和对脚钉受力薄弱点转移的方法，保护脚钉受力最弱点，使脚钉能作为牢固构件使用。
3 装置介绍
3.1 防坠系统组成
现场使用过程中，防坠脚钉应用系统还需要和安全绳、具有自锁功能的“I’D”装置以及安全带配合使用。
（1）防坠脚钉作为防坠落系统的主要构成部分，人员上下塔过程中需要将安全绳绕进/出防坠落脚钉的弯曲螺旋结构，弯曲螺旋结构为安全绳提供导向作用，防止安全绳摆动，当高坠发生时，弯曲结构就成为塔上保护作业人员的支撑点，保护人员安全。
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（2）安全绳是实现将人员所穿安全带、防坠脚钉和具有速差自锁功能的“I’D”装置连接的部分，选择安全绳需要考虑长度、直径、承力范围等多个因素。
（3）具有速差自锁功能的“I’D”装置可以实现坠落发生时通过速差自锁功能实现对作业人员的保护，将坠落的人员可靠的悬挂在防坠脚钉下方。
3.2防坠功能的实现
（1）作业人员先将“I’D”在登塔处塔脚可靠锚固，并确保安装正确。作业人员将安全绳与安全带的 O 型环连结，安全绳正确穿过“I’D”或“防坠自锁器”。第一位登塔作业人员将安全绳穿过“防坠脚钉”，作为人员坠落受力锚点；照此动作持续向上攀爬直至安全绳上端固定位置处，固定好安全绳。
（2） 后续作业人员利用防坠自锁器沿安全绳进行攀登（防坠自锁器装在安全绳上），遇到“防坠脚钉”时将安全绳从“防坠脚钉”绕出即可。下塔时，作业人员利用安全绳下塔。最后一人利用安全绳单向下塔时：采用逐个绕出“防坠脚钉”的方式，同时地面配合人员应随时收紧并回收安全，可利用安全绳双向设置方法下塔，将安全绳与安全带可靠连接后下至地面再撤去安全绳。
3.3利用防坠脚钉设置水平“安全绳”
在横担上作业转位距离较长的多人作业，可在横担上设置水平“安全绳”，或利用防坠脚钉设置水平“安全绳”。设置安全绳时，作业人员不得失去保护，设置的“安全绳”应保持一定的张力，确保连接可靠。
4 与其他安装措施相比较
目前系统内主要的防坠技术是导轨式防坠装置，但是由于防坠导轨长期暴露在恶劣的自然环境中，长期风吹雨淋后容易出现变形、锈蚀等问题，导致配合使用的防坠自锁器无法通过；同时防坠导轨采购、运输成本高，安装周期长。大面积推广导轨式防坠装置需要耗费大量投资和时间，而后期使用中还面临防坠轨道变形等问题。以防坠脚钉为核心的防坠装置作为一种创新型防坠装置，具有多方面的优势。1）结构简单：防坠脚钉仅在传统脚钉的端部增加一个螺旋结构的弯节，便于安装和使用；2）适用性广：受到各方面因素影响，目前防坠导轨仅安装在公司所辖超/特高压线路杆塔上，适用性有限，而防坠脚钉则可以安装在任何电压等级的铁塔上，选择防坠脚钉不会受到电压等级、铁塔高度、运输条件等因素影响，真正做到“铁塔建到哪里，安全措施跟到哪里”；3）推广费用低：由于本防坠装置主要依赖脚钉，推广中仅需更换部分脚钉（对750kV铁塔，每基杆塔更换脚钉成本约为2300元），对新建线路仅需在选择脚钉时做出新选择，使用中也没有给登塔人员增加负担；4）效率优势：防坠脚钉保留原有脚钉功能，并未改变人员登塔习惯，通过简单的装置配合保障人员上下塔过程的安全。对未安装防坠导轨铁塔而言，使用防坠脚钉上下塔的时间仅为使用双钩保护的1/4至1/5，效率提高4-5倍，同时减少登塔人员在高空中停留时间，减少人员体力损耗。
5 安装试验
2019年3月，在经过安全试验合格并通过项目专家组验收后，项目组在公司培训基地750kV候培线组织进行脚钉更换和现场测试，模拟坠落测试过程完全达到设计目标，获得参与实验职工的一致好评。
6 效益分析
6.1经济效益
对约80米高的750kV输电杆塔，安装刚性导轨时，安装每基铁塔成本2.4万元；防坠脚钉每根报价20元，以每基铁塔安装115根算，每基安装成本2300元，因此，对未安装防坠导轨的铁塔，将脚钉更换为防坠脚钉可以节约2.17万元，以检修公司为例，目前尚未安装刚性导轨的铁塔共计1861基，如果以防坠脚钉取代，共计节省成本约4038.37万元。
6.2 社会效益
作业人员上下塔过程中使用本防坠方法相比使用传统双钩上塔效率得到显著提高，在抢修等工作中减少停电时间，达到提高供电可靠性的目的，同时减小人员在高空停留时间可以减小高坠风险，切实保障企业安全生产顺利进行。
参考文献：
[1] Q/GDW 1799.2-2013国家电网公司电力安全工作规程（电力线路部分）[M].北京:中国电力出版社,2013.
论文作者:吴建宁,杨佳睿,马玉慧,贺志华,汪希增,莫如军,
论文发表刊物:《基层建设》2019年第14期
论文发表时间:2019/7/30
标签：脚钉论文; 人员论文; 作业论文; 导轨论文; 铁塔论文; 杆塔论文; 装置论文; 《基层建设》2019年第14期论文;