输电线路施工机械(1、概述及基础施工机械)

《输电线路施工机械》课程教学大纲
课程编号:
课程名称：输电线路施工机械
英文名称：Construction Machinery for Transmission Line
总学时：24
学分：
适用对象: 输电线路工程
先修课程：液压传动、架空输电线路设计、杆塔结构设计、钢筋混凝土
一、课程性质、目的和任务
本课程是输电电路工程专业学生的专业选修课，具有较强的实践性和实用性。

本课程主要讲述输电线路工程施工的主要机械设备的原理和使用安全规程，培养学生对主要线路施工机械设备的认知能力、实际使用基本知识和设计能力。

二、教学内容、方法及基本要求
1．输电线路基础施工机械及工器具
熟悉混凝土基础施工机械及设备、土石方基础工程施工机具、灌注桩基础施工用机械及设备、打桩机械、抽水设备的作用、工作原理、结构，熟悉输电线路杆塔基础的施工工艺。

2．杆塔组立常用设备及配套用工器具
掌握杆塔组立用抱杆、起重滑车、绳索、U形环、牵引绞磨、双钩紧线器、起重葫芦、锚桩的作用、工作原理和结构，熟悉杆塔组立施工工艺。

3．牵引机
掌握牵引机类型及组成、传动方式，掌握牵引机动力装置和制动装置的工作原理、结构，熟悉牵引机引卷筒及钢丝绳卷绕机的结构。

4．张力机
掌握张力机的分类及组成、制动方式，掌握张力机的放线机构、增速装置的作用、工作原理和结构，熟悉张力架线施工工艺。

5．牵引机和张力机液压系统
熟悉牵引机和张力机的液压系统的基本工作原理。

6．架线施工常用辅助机械及设备
熟悉放线滑车、放线架的作用、工作原理和结构，了解导线、避雷线压接工具的工作原理和结构，了解防捻器、牵引板及架线附件安装机具的作用、工作原理和结构，熟悉现代放线施工技术用机器具。

三、实践环节的内容、方法及基本要求
在课程综合实验集中开设。

四、各教学环节学时分配（黑体，小4号字）
五、考核方式
平时成绩占20％，期末考试成绩占80%。

六、对学生能力培养的体现
通过输电线路工程施工主要机械设备原理和使用安全规程的学习，使学生具备对主要线路施工机械设备的认知能力、实际使用基本知识和设计能力。

七、推荐教材和参考文献
教材：《输电线路施工机械及设备》，李光辉等编著，中国电力出版社，2009参考文献：
《张力架线机械设备和应用》，蒋平海编著，中国电力出版社，2004。

《高压架空输电线路架线施工计算原理》，李博之著，中国电力出版社，2008。

《建筑施工机械》, 曹善华编,同济大学出版社, 1996。

《输配电线路施工技术》，黄宵宁编，中国电力出版社，2007。

《电力线路设计安装施工图集》，王文清主编，天马出版有限公司，2004。

《10kV及以下电力电缆线路施工图集》，阎士琦，阎石编，中国电力出版社，2003。

《高压架空输电线路架线施工》，王运祥著，水利电力出版社，1990.
《高压送电线路杆塔施工》，潘雪荣编，水利电力出版社，1984.
《高压架空输电线路张力架线》，蔡生泉编，水利电力出版社，1991
第一章概述
一、关于输电线路的几个名词
电力系统包括发电厂、电力网和用电设备。

电力网包括变电所和各种不同电压等级的输电线路。

输电线路：顾名思义，传送（输送）电能的通道。

所谓输电就是用变压器将发电机发出的电能升压后，再经断路器等控制设备接入输电线路来实现。

按结构形式，输电线路分为架空输电线路和电缆线路。

架空输电线路：用绝缘子将输电导线固定在直立于地面的杆塔上，以传输电能的输电线路。

架空线路由导线、架空地线、绝缘子串、杆塔、接地装置等部分组成。

二、输配电线路分类
1.输电线路按输电电压分类，可分为低压配电线路、高压配电线路、高压输电线路、超高压输电线路和特高压输电线路。

电压等级高低的划分并没有绝对的标准。

通常电压等级在1kV以下的是低压线路，1kV及以上的是高压线路，330kV及以上的是超高压线路，交流750kV、直流±800kV及以上的是特高压线路。

一般地，输送电能容量越大，线路采用的电压等级就越高。

目前我国配电线路(交流)的电压等级有10、35、110kV；输电线路(交流)的电压等级有35、(60)、110、(154)、220、330、500、750、1000kV，其中60kV和154kV在新建线路中不再使用。

采用超高压输电，可有效地减少线路电能损耗，降低线路单位造价，少占耕地，使线路走廊得到充分利用．低压配电线路是指线对地电压在1kV以下的线路；1-10kV输电线路称高压配电线路； 110kV到220kV线路称为高压输电线路；一般将330kv 和 500kV线路称为超高压输电线路；而将750kV以上线路称为特高压输电线路。

将35kV及35kV 以上的电压线路称为送电线路。

电压等级（voltage class）电力系统及电力设备的额定电压级别系列。

额定电压是电力系统及电力设备规定的正常电压，即与电力系统及电力设备某些运行
特性有关的标称电压。

电力系统各点的实际运行电压允许在一定程度上偏离其额定电压，在这一允许偏离范围内，各种电力设备及电力系统本身仍能能正常运行。

我国最高交流电压等级是1000KV（长治---荆门线），于2008年12月30日投入运行。

在建输电线路（向家坝-上海，锦屏-苏南特高压直流800kV），其下有500、330、220、110、（60）、35、10KV，380/220V；
我国最高直流电压等级为正负500KV（葛洲坝---上海南桥线、天生桥---广州线、贵州---广东线、三峡---广东线），另有正负50KV（上海---嵊泗群岛线），100KV（宁波---舟山线），南方电网公司将建设正负800KV特高压直流输电线。

目前我国常用的电压等级：220V、380V、6kV、10kV、35kV、110kV、220kV、330kV、500kV，1000KV。

10kV及其以下的电压线路称为配电线路。

将额定1kV以上电压称为“高电压”，额定电压在1kV以下电压称为“低电压”。

我国规定安全电压为36V、24V、12V三种。

不同电压合适的输送电距离和功率：
电压等级送电距离KM 送电功率KW
以下 100以下
4~15 100~1200
10KV 6~20 200~2000
35KV 20~70 1000~10000
66KV 30~100 3500~30000
110KV 50~150 10~50MW
220KV 100~300 100~ 500MW
330kV 200~600 200~800MW （西北）
500KV 150~850 1000~1500MW
750KV 500以上 2000~2500MW
1100KV 1000~1500 3000MW以上
2.按线路架设方法可分为架空输电线路和电缆线路。

架空电是将输电导线用绝缘子和金具架设在杆塔上，使导线对地面和建筑物保持一定距离，架空输电具有投资少、维护检修方便等优点，因而得到广泛应用。

其缺点是易遭受风雪、雷击等自然灾害的影响，因而发生事故的机会多。

优点：与地下输电线路相比较，架空线路建设成本低，施工周期短，易于检修维护。

因此，架空线路输电是电力工业发展以来所采用的主要输电方式。

通常所称的输电线路就是指架空输电线路。

通过架空线路将不同地区的发电站、变电站、负荷点连接起来,输送或交换电能,构成各种电压等级的电力网络或配电网。

缺点：架空线路暴露在大气环境中，会直接受到气象条件的作用，必须有一定的机械强度以适应当地气温变化、强风暴侵袭、结冰荷载以及跨越江河时可能遇到的洪水等影响。

同时，雷闪袭击、雨淋、湿雾以及自然和工业污秽等也都会破坏或降低架空线路的绝缘强度甚至造成停电事故。

架空线路还存在电磁环境干扰问题。

这些因素都必须在架空线路的设计、运行和维护中加以考虑。

电缆送电就是利用埋在地下或敷设在电缆沟中的电力电缆来输送电力。

电缆是包有绝缘层和内外护层的导线。

这种送电线路优点是占地少，不受外界干扰，因而比较安全可靠，不影响地面绿化和整洁。

缺点是工程造价高，而且事故检查和处理比较因难。

电缆线路主要用于—些城市配电线路，以及跨江过海的输电线路。

3.按输送电流的种类分，可分为交流输电线路和直流输电线路两种。

发电厂发出的交流电电压不可能很高，必须升压后再输送，面用户用电设备一放都是低压的，所以输电线路必须经过数次降压才能使用，因此日前国内外广泛采用交流输电。

直流输电是将交流电整流为直流电，输送到受电地区后再将直流电逆变为交流电的一种输电方式，直流输电只需要两根导线，且其一根可利用大地，所以金属和绝缘材料消耗、功率损失均相应减少，它具由线路造价低，运行费用少．以及运行行稳定性好等优点。

但是直流输电线路两端的换流设备比较复杂，造价高，同时目前尚无适用的直流高压断路器，直流线路上无法引出分支线，因此使用范围受到限制。

目前直流输电主要运用于远距离．大功率的输电，
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海底电缆输电、以及不同频率的电力系统之间联络。

我国1987已建成的从葛洲坝到上海的500kv直流输电线，全长1080km，输送功率120万kw。

三、架空输电线路的组成
架空输配电线路主要有基础、杆塔、导线、避雷线、绝缘子、金具及接地装置等部件组成，如图1-1所示。

图1-1 输配电线路的主要部件示意图
1 避雷针
2 防震锤
3 线夹
4 导线
5 绝缘子
6 杆塔
7 基础
导线的作用是传送电能。

为保持导线对地面或其它建筑物的安全距离。

必须将到线架设在支撑的杆塔上。

杆塔和导线之间用绝缘子串连接，使导线与杆塔绝缘。

杆塔要稳定耸立于地面之上，必须借助基础。

为了避免直接雷击导线，在杆
塔顶部设有避雷线(架空地线)以作保护，同时在杆塔处之地下设有接地装置，用接地引下线或杆塔本身将雷电流导入大地。

导线承担传导电流的功能，必须具有足够的截面以保持合理的通流密度。

导线都是处在高电位，为了减小电晕放电引起的电能损耗和电磁干扰，导线还应具有较大的曲率半径。

超高压输电线路，由于输送容量大，工作电压高，多采用分裂导线（即用多根导线组成一相导线。

2分裂、3分裂或 4分裂导线使用最多。

特高压输电线路则采用6、8、10或12分裂导线）。

架空地线（又称避雷线）主要用于防止架空线路遭受雷闪袭击所引起的事故，它与接地装置共同起防雷作用。

绝缘子串是由单个悬式绝缘子串接而成，需满足绝缘强度和机械强度的要求。

主要根据不同的电压等级来确定每串绝缘子的个数，也可以用棒式绝缘子串接。

对于特殊地段的架空线路，如污秽地区，还需采用特别型号的绝缘子串。

杆塔是架空线路的主要支撑结构，多由钢筋混凝土或钢材构成，根据机械强度和电绝缘强度的要求进行结构设计。

四、线路施工流程
1、线路施工测量
输电线杆塔基础位置是设计部门精心测定的杆塔中心桩确定的一般不会有不允许的误差。

但从勘测设计结束到开始施工这段时间里（几个月到几年），常常受到外界影响发生杆塔桩位移或丢桩情况，所以开工伊始，要会同设计部门对线路各杆塔及杆塔间档距进行全面复测，发现和原数据不符、杆塔偏移或丢桩，应与设计单位研究校正档距、桩位、补桩，然后才能开始施工。

复测的内容主要：直线塔桩位横向偏移应不大于50mm;顺线路方向相邻两杆塔中心桩距离误差应小于设计档距的1%；测量转角塔的转角角度与设计角度值误差应小于1′30″；对地形变化较大和杆塔桩位之间有跨越物是应重点对杆塔位中心桩处、地形凸起点及被跨物标高进行复核。

2、杆塔基础施工
包括控坑和埋放底盘、拉盘或现场浇制混凝土基础等。

它属于隐蔽工程，若有偏差或不符合要求，将影响杆塔质量，甚至发生倒杆事故。

基础施工常遇到地
质情况和设计不一致或流沙等意外情况要会同设计部门紧急处理，所以如何落实责任制十分重要
3、杆塔组立
4、架线施工
5、接地装置施工
6线路检修与运行
五、线路施工机械及设备
广泛的很多，包括运输、金具加工机械、绳索等大道汽车火车飞机小到扳手螺钉
第二章输电线路基础施工机械及工器具第一节概述
一、输电线路杆塔基础
输电线路杆塔地下部分的总体统称为基础。

它的作用是用来稳定输电线路杆塔，承受杆塔、导线和地线的重量。

保证杆塔在运行中不发生下沉或在外力作用时不发生倾倒和变形。

架空送电线路杆塔地面以下部分的设施，统称为杆塔基础。

基础的作用是稳定杆塔，防止杆塔因承受导地线、风、覆冰、断线张力等垂直荷载、水平荷载和其他外力作用而产生的上拔、下压或倾覆。

它是送电线路重要组成部分，一般基础投资占本体投资的15%~30%，工期占施工总工期的30%--50% .
杆塔基础由于塔型种类较多，底面积较大，必须根据施工地形、地质条件和设计基础方案进行施工。

目前常用的杆塔基础有现浇混凝土基础、装配式基础、桩式基础、锚杆基础等。

(1)现浇混凝土基础。

该基础根据情况可决定是否配筋。

塔腿下段主材可直接插入混凝土，或在混凝土内预埋地脚螺栓，以便与塔座连接。

无筋混凝土基础多用于铁塔的上拔腿。

(2)装配式铁塔基础。

该基础多用于山区土质较好，无地下水的直线塔。

通常采用镀锌角铁组成格构形基础，铁塔主材下段是基础的一部分。

施工时，基坑底层浇制混凝土垫层，装配格构形基础置于其上，回填土夯实即成。

(3)桩式基础。

该基础主要采用钢筋混凝土灌注桩，多用于河滩、淤泥地带等地基为弱土层的塔基以及跨越中心桩及转角塔位，桩位置、档距和断面高程，进行全面复核测量。

(4)锚杆基础。

该基础适用于山区岩石地带，利用岩石的整体性和坚固性做成，所以称为岩石基础。

杆塔基础的分类
杆塔基础应根据杆塔形式、地形、地质、水文及施工、运输综合考虑，按其承载力特性可分为：
(1)大开挖基础类。

指埋置于预先挖好基坑内，并将回填土夯实的基础。

(2)掏挖扩底基础类。

这类基础是指用混凝土及钢筋骨架灌注于机械或人工掏挖成土胎内的基础。

(3)爆扩桩基础。

以混凝土和钢筋骨架等灌注于爆扩成型的土胚内的扩大端的短桩基础。

(4)岩石锚桩基础。

指以水泥砂浆或细石混凝土和锚筋，灌注于钻凿成型的岩孔内的锚桩或墩基础。

(5)钻孔灌注基础。

用机具钻成较深的孔，以水头压力或水头压力和泥浆扩壁，放入钢筋骨架和水泥浇注混凝土桩基。

(6)倾覆基础。

这类基础指埋于经夯实的回填土内，承受较大倾覆力矩的电杆基础、窄基铁塔的单独基础和宽基铁塔的联合基础。

装配式基础包括那些类型
(1)直柱单盘类，分为直柱固接类和直柱绞接类。

(2)塔腿埋人类，分底脚直埋型和主材直插型。

(3)角锥支架类，分金属支架型和混凝土构件支架型。

(4)人字型类。

(5)花窗式金属基础。

灌注式基础可分为等径灌注桩和扩底短桩两种。

等径灌注式基础采用专门的钻孔工具钻孔，然后插入预制的钢筋，就地灌注混凝土，若地下水位高或为流沙河床，不易钻孔可将事前制好的钢筋混凝土桩，用汽锤打压到土地中，这类基础适用于跨越河流。

扩底短桩基础可采用钻孔工具或采用爆炸扩孔成型，然后插入钢筋管架，灌注混凝土而成，这种基础节约材料，施工方便，可减少压缩变形和增加抗拔能力
钢筋混凝土杆基础通常由地下部分电杆和三盘(底盘、卡盘和拉线盘)组成。

三盘一般由钢筋混凝土预制而成．也有用天然石材做成。

如图2-1所示。

铁塔基础根据铁塔类型、地形地质及施工条件的不同，采用不同类型。

图2-2是常用的铁塔基础类型图。

图2-1 常用三盘外形图
（a）底盘（b）卡盘（c）拉线盘
图2-2 常用铁塔基础图
（a）大块混凝土基础 (b)钢筋混凝土基础 (c)主角钢插入式基础 (d)掏挖式基础 (e)岩石基础 (f)金属基础 (g)机扩基础 (h)灌注桩基础 (i)爆扩桩基础 (j)联合桩基础 (k)圆柱固结式基础 (l)人字型基础 (m)联合基础
二、基础施工用侧量仪器设备
输电线杆塔基础位置是设计部门精心测定的杆塔中心桩确定的一般不会有不允许的误差。

但从勘测设计结束到开始施工这段时间里（几个月到几年），常常受到外界影响发生杆塔桩位移或丢桩情况，所以开工伊始，要会同设计部门对线路各直线桩、杆塔位中心桩及转角塔位桩位置、档距和断面高程，进行的全面复核测量。

发现和原数据不符、杆塔偏移或丢桩，应与设计单位研究校正档距、桩位、补桩，然后才能开始施工。

复测的内容主要：直线塔桩位横向偏移应不大于50mm;顺线路方向相邻两杆塔中心桩距离误差应小于设计档距的1%；测量转角塔的转角角度与设计角度值误差应小于1′30″；对地形变化较大和杆塔桩位之间有跨越物是应重点对杆塔位中心桩处、地形凸起点及被跨物标高进行复核。

常用的检测设备主要是经纬仪、水准仪及相配套的塔尺等。

随着科技的发展，有的单位已使用电子全站仪及卫星定位系统等先进的测量技术。

1、水准仪
建立水平视线测定地面两点间高差的仪器。

水准仪用途是测量地形、高程。

线路测量中常用水准仪测量扦塔施工基面标高及基础标高。

主要部件有望远镜、管水准器（或补偿器）、垂直轴、基座、脚螺旋。

按结构分为微倾水准仪、自动安平水准仪、激光水准仪和数字水准仪（又称电子水准仪）。

按精度分为精密水准仪和普通水准仪。

水准仪
水准器是测量仪器上操平设备。

水准器分管水准器和圆水准器两种。

管水准管是内装酒精或乙醚，留有汽泡两端封闭的玻璃管。

其纵向内壁成弧形、圆弧中点上切线称为水准管轴．切线处于水平位置时，汽泡居中。

圆水准器，是一个封闭的圆形玻璃容器，顶盖的内表面为一球面，容器内盛乙醚类液体，留有一小气泡。

容器顶盖中央刻有一小圈，小圈的中心是圆水准器的零点。

通过零点的球面法线是圆水准器的轴，当圆水准器的气泡居中时，圆水准器的轴位于铅锤位置。

图2-1
2、经纬仪
经纬仪是线路主要测量仪器。

应用最广，它可以测量水平角度、垂直角度、距离、高程、确定方向等。

是根据测角原理设计的。

经纬仪是测量任务中用于测量角度的精密测量仪器，可以用于测量角度、工程放样以及粗略的距离测取。

整套仪器。

由望远镜、水平度盘、竖直度盘、水准器、基座等组成。

测量时，将经纬仪安置在三脚架上，用垂球或光学对点器将仪器中心对准地面测站点上，用水准器将仪器定平，用望远镜瞄准测量目标，用水平度盘和竖直度盘测定水平角和竖直角。

经纬仪根据度盘刻度和读数方式的不同，分为游标经纬仪，光学经纬仪和电子经纬仪。

目前我国主要使用光学经纬仪和电子经纬仪，游标经纬仪早已淘汰。

经纬仪
按精度分为精密经纬仪和普通经纬仪；按读数设备可分为光学经纬仪和游标经纬仪；按轴系构造分为复测经纬仪和方向经纬仪。

此外，有可自动按编码穿孔记录度盘读数的编码度盘经纬仪；可连续自动瞄准空中目标的自动跟踪经纬仪；利用陀螺定向原理迅速独立测定地面点方位的陀螺经纬仪和激光经纬仪；具有经纬仪、子午仪和天顶仪三种作用的供天文观测的全能经纬仪；将摄影机与经纬仪结合一起供地面摄影测量用的摄影经纬仪等。

3、全站仪
全站仪是全站型电子速测仪(ElectronicTotalStation)的简称。

是由电子测角、电子测距、电子计算和数据存储单元等组成的三维坐标测量系统，测量结果能自动显示，并能与外围设备交换信息。

由于全站型电子速测仪较完善地实现了测量和处理过程的电子化和一体化，所以人们也通常简称为全站仪。

全站仪几乎可以用在所有的测量领域。

电子全站仪由电源部分、测角系统、测距系统、数据处理部分、通讯接口、及显示屏、键盘等组成。

全站仪是一种集光、机、电为一体的新型测角仪器，与光学经纬仪比较电子经纬仪将光学度盘换为光电扫描度盘，将人工光学测读数代之以自动记录和显示读数，使测角操作简单化，且可避免读数误差的产生。

电子经纬仪的自动记录、储存、计算功能，以及数据通讯功能，进一步提高了测量作业的自动化程度。

全站仪的发展经历了从组合式即光电测距仪与光学经纬仪组合，或光电测距仪与电子经纬仪组合，到整体式即将光电测距仪的光波发射接收系统的光轴和经纬仪的视准轴组合为同轴的整体式全站仪等几个阶段。

全站仪
图2—3全站仪(部分)实物图
20世纪八十年代末，人们根据电子测角系统和电子测距系统的发展不平衡，将全站仪分成两大类，即积木式和整体式。

20世纪九十年代以来，基本上都发展为整体式全站仪。

分类
全站仪采用了光电扫描测角系统，其类型主要有：编码盘测角系统、光栅盘测角系统及动态（光栅盘）测角系统等三种。

全站仪按其外观结构可分为两类：
（1）积木型（Modular，又称组合型）
早期的全站仪，大都是积木型结构，即电子速测仪、电子经纬仪、电子记录器各是一个整体，可以分离使用，也可以通过电缆或接口把它们组合起来，形成完整的全站仪。

（2）整体性（Integral）
随着电子测距仪进一步的轻巧化，现代的全站仪大都把测距，测角和记录单元在光学、机械等方面设计成一个不可分割的整体,其中测距仪的发射轴、接收轴和望远镜的视准轴为同轴结构。

这对保证较大垂直角条件下的距离测量精度非常有利。

全站仪按测量功能分类，可分成四类：
（1）经典型全站仪（Classical total station）
TCRP全站仪
经典型全站仪也称为常规全站仪，它具备全站仪电子测角、电子测距和数据自动记录等基本功能，有的还可以运行厂家或用户自主开发的机载测量程序。

其经典代表为徕卡公司的TC系列全站仪。

（2）机动型全站仪（Motorized total station）
在经典全站仪的基础上安装轴系步进电机，可自动驱动全站仪照准部和望远镜的旋转。

在计算机的在线控制下，机动型系列全站仪可按计算机给定的方向值自动照准目标，并可实现自动正、倒镜测量。

徕卡TCM系列全站仪就是典型的机动型全站仪。

（3）无合作目标性全站仪（Reflectorless total station）
无合作目标型全站仪是指在无反射棱镜的条件下，可对一般的目标直接测距的全站仪。

因此，对不便安置反射棱镜的目标进行测量，无合作目标型全站仪具有明显优势。

如徕卡TCR系列全站仪，无合作目标距离测程可达200m，可广泛用于地籍测量，房产测量和施工测量等。

（4）智能型全站仪（Robotic total station）
在机动化全站仪的基础上，仪器安装自动目标识别与照准的新功能，因此在自动化的进程中，全站仪进一步克服了需要人工照准目标的重大缺陷，实现了全站仪的智能化。

在相关软件的控制下，智能型全站仪在无人干预的条件下可自动完成多个目标的识别、照准与测量，因此，智能型全站仪又称为“测量机器人”典型的代表有徕卡的TCA型全站仪等。

全世界精度最高的全站仪TCA2003。