鄧華 房旺 周建平

摘要：文章介紹了一種變電設(shè)備在不停主變跨線情況下的裝拆方案，通過現(xiàn)場組合、液壓伺服控制系統(tǒng)實現(xiàn)4個油缸的同步升降，通過伺服馬達與齒輪齒條機構(gòu)實現(xiàn)水平移動，并進行了現(xiàn)場測試，達到了預(yù)期設(shè)計目標。

關(guān)鍵詞：變電設(shè)備;專用液壓裝拆裝置;液壓伺服系統(tǒng);多級油缸;導(dǎo)軌滑塊 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM571 文章編號：1009-2374（2016）04-0003-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.04.002

1 概述

戶外運行的變電一次設(shè)備經(jīng)過長時間運行會出現(xiàn)缺陷，某些情況下需對其進行更換，更換過程中難免涉及電力設(shè)備的起重工作。但電力設(shè)備的起重作業(yè)不同于常規(guī)起重作業(yè)，有其自身的特殊性，被吊電力設(shè)備周圍往往存在帶電設(shè)備，在起重作業(yè)中需保證與帶電體之間有《電力安全工作規(guī)程》所規(guī)定的安全距離。傳統(tǒng)的汽車起重設(shè)備、扒桿起重設(shè)備、塔式起重設(shè)備等方法由于所需安全距離比較大，變電站現(xiàn)場難以滿足要求。例如：500kV天一變1號主變3號電容器串抗更換工作，因設(shè)備上方為1號主變壓器220kV跨線，串抗的頂部與1號主變220kV跨線的凈空距離7080mm，如圖1所示。考慮吊車吊鉤1500mm，吊裝時吊臂最高點與220kV跨線距離約5580mm，不滿足吊機作業(yè)安全距離220kV≥6m要求，如果使用傳統(tǒng)吊車作業(yè)方式，需要1號主變陪停。因此如使用傳統(tǒng)起重方式，為了起重工作能夠安全實施必須擴大停電范圍，而現(xiàn)實中存在停電難的問題，這與保證供電持續(xù)性產(chǎn)生矛盾。同時，擴大停電范圍增加了電力設(shè)備運行人員和檢修人員工作量，從而加大了檢修工作的安全隱患。研發(fā)一種能在不停主變的情況下滿足安全作業(yè)距離≥6m的專用裝拆設(shè)備就很有必要。

2 專用液壓裝拆裝置方案

該液壓裝拆裝置對應(yīng)的主要目標物之一為電抗器，重量為4000～8000kg，直徑范圍為2.4～2.6m，外形為圓柱形，考慮到通用性，該裝拆裝置在3m高度的載重量設(shè)計為10000kg，在9m高度的設(shè)計載重量為1000kg。在實際作業(yè)現(xiàn)場，電抗器頂部上端的主變跨線不能停電作業(yè)，裝拆裝置實際操作面最高點不超過電抗器的頂端，將電抗器圓柱形底面作為固定和頂升的作業(yè)面。

考慮到裝拆的目標物為大噸位重型設(shè)備，作業(yè)空間比較狹窄，所有機構(gòu)的重量及體積都不能太大，整體移動到現(xiàn)場必須動用吊機作業(yè)，實際工作現(xiàn)場不滿足吊機作業(yè)條件（除非停電作業(yè)），因此該液壓裝拆裝置的頂升系統(tǒng)采用液壓伺服系統(tǒng)來實現(xiàn)，單位面積出力大，結(jié)構(gòu)簡單，容易實現(xiàn)直線運動。為了將目標物下降到比較低的位置，便于更換，裝置下降后的最低高度不超過0.5m，頂升高度9m，因此采用多級油缸實現(xiàn)大幅度的頂升高度，裝置的整體結(jié)構(gòu)組成如圖2所示：

2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計

變電設(shè)備專用液壓裝拆設(shè)備的機械結(jié)構(gòu)由水平移動機構(gòu)、頂升機構(gòu)、頂端平臺三部分組成。

2.1.1 水平移動機構(gòu)。水平移動機構(gòu)采用4滾輪支撐，連接滾輪的結(jié)構(gòu)件中孔成U形，這樣方便吊裝目標物最大限度降低高度，機構(gòu)如圖3所示。水平移動軌道采用起重機的專用軌道，根據(jù)施工現(xiàn)場情況臨時搭設(shè)，底部采用枕木進行連接，移動機構(gòu)水平移動距離為2m。水平移動采用液壓低速馬達帶動頂升機構(gòu)和頂端平臺在水平面鋪設(shè)的軌道上水平移動，動力采用低速大扭矩馬達，既能提供大的水平移動力，又能保證水平移動整體的穩(wěn)定性。水平的滾輪采用高強度耐磨的球墨鑄鐵實現(xiàn)。

2.1.2 頂升機構(gòu)。為了實現(xiàn)戶外現(xiàn)場組裝作業(yè)，機構(gòu)重量要盡量輕，在保證強度的情況下盡量選擇高強度的輕質(zhì)材料，同時考慮成本即戶外抗腐蝕的因素，選擇7075鋁合金作為主要結(jié)構(gòu)的材料。為了達到預(yù)定的頂升高度，設(shè)計多級液壓缸來實現(xiàn)9m的頂升，考慮到每級液壓缸的形成不超過2m，9m的高度采用5級液壓缸來實現(xiàn)。頂升機構(gòu)采用4組多級液壓缸均布的形式，并將液壓缸之間通過固定桿進行連接，同時配合液壓多級缸行程同步控制系統(tǒng)來實現(xiàn)4臺液壓缸的升降同步動作。4個液壓缸分別采用統(tǒng)一的液壓泵站，統(tǒng)一對4個液壓缸進行供油，在安裝時只需通過快速接頭將液壓油管連接即可，結(jié)構(gòu)如圖4所示。液壓缸之間的同步通過位置信號檢測統(tǒng)一傳送給主控制器（也可采取4個單獨的液壓系統(tǒng)及單獨油箱，但成本高，集中控制不易實現(xiàn)）。主控制器根據(jù)測試的位置信號，進行運算、比較，輸出控制信號到各液壓缸的伺服閥放大器，實現(xiàn)4個油缸頂升、下降的位置同步動作。為了避免在停電的情況下出現(xiàn)異常，同時并聯(lián)一套手動閥控系統(tǒng)，在停電情況下將頂升機構(gòu)下降到最低點，防止出現(xiàn)安全事故。

2.1.3 頂端平臺。頂端平臺通過安裝各種工裝來實現(xiàn)對不同吊裝物的固定功能，具體結(jié)構(gòu)要根據(jù)實際吊裝物進行分類設(shè)計，平臺的基礎(chǔ)架構(gòu)如圖5所示。采用U形凹槽結(jié)構(gòu)，將目標物包裹在結(jié)構(gòu)內(nèi)部，提升目標物在頂升下降過程中的穩(wěn)定性?？紤]到不同目標物的形狀大小及重心點不一致，頂端平臺的支撐U型機構(gòu)在水平面內(nèi)位置可以調(diào)節(jié)，并通過連桿將兩個U型支撐架固定在一起，共同組成頂端的平臺，用于固定吊裝的目標物。

2.2 控制系統(tǒng)設(shè)計

2.2.1 液控單元。裝置的頂升、駐留、下降的動力采用液壓系統(tǒng)來實現(xiàn)，為了保證對每個液壓缸的行程進行可靠控制，對每個液壓缸的速度和位置控制采用伺服閥來實現(xiàn)。根據(jù)位置檢測信號來實時控制輸入到指定油缸的流量和壓力，保證各液壓缸的上升下降同步?？紤]到液壓缸的高位駐留，采用液控單向閥來實現(xiàn)液壓缸負載停留。專用頂升裝置屬于現(xiàn)場組裝，因此每個液壓油缸的液壓油管都是現(xiàn)場通過快速接頭來實現(xiàn)。液壓系統(tǒng)原理如圖6所示。由于整個頂升機構(gòu)加上吊裝物重量很大，要實現(xiàn)在水平方向移動，采用低速液壓馬達實現(xiàn)頂升機構(gòu)和吊裝物的水平移動。為了避免水平移動的控制影響頂升系統(tǒng)的穩(wěn)定性，水平移動的液壓動力采用單獨液壓泵實現(xiàn)。頂升油缸工作時需要高壓的液壓油，因此采用額定壓力為31.5MPa的柱塞泵來實現(xiàn)。為了避免出現(xiàn)壓力波動，液壓系統(tǒng)壓力設(shè)置了儲能器，有效平衡上升下降過程中的流量和壓力波動，保證系統(tǒng)平穩(wěn)運行。

2.2.2 電控單元。該液壓裝拆裝置的目標物是變電設(shè)備，起重重量大，頂升高度高，同時是在高壓的環(huán)境下進行操作，不易采用遙控或自動方式，因此該裝置采用手動控制來實現(xiàn)。主控制器采用可靠性高、抗干擾強的工控機來實現(xiàn)，配以數(shù)據(jù)采集卡來實現(xiàn)液壓油缸的行程和壓力數(shù)據(jù)采集，并通過A/D轉(zhuǎn)換給主控制器，主控制器根據(jù)采集到行程和壓力信號，經(jīng)過換算然后通過信號轉(zhuǎn)換板發(fā)送控制信號到液壓系統(tǒng)，控制伺服閥和相應(yīng)的電磁閥，以控制液壓缸的升降及速度。為了保證控制的精度，數(shù)據(jù)采集卡采用高精度的數(shù)據(jù)采集卡，同時加裝濾波電路，保證數(shù)據(jù)采集的可靠及高精度?？刂品绞讲捎帽容^成熟的PID控制算法，可靠實現(xiàn)頂升液壓缸的同步上升、駐留、下降動作。

2.3 受力分析

根據(jù)設(shè)計要求將第一級的液壓缸直徑設(shè)計為125mm，液壓系統(tǒng)最高工作壓力為21MPa。

2.3.1 頂升高度為3m的情況下，承壓油缸主要是第一級油缸，單個油缸頂升能力為：

大于實際需求的10T頂升力，4個油缸在理想工作情況下均分10T壓力，單獨油缸頂升力在2.5T左右，因此該系統(tǒng)3m頂升力滿足要求。

2.3.2 頂升9m高度的情況下，承壓油缸主要是第五級油缸，油缸直徑為40mm，該油缸頂升力為：

大于實際需求的1T頂升力，4個油缸在理想工作情況下均分1T壓力，單獨油缸頂升力在0.25T左右，因此該系統(tǒng)9m頂升力滿足要求。

2.3.3 目標吊裝物重量為10000kg情況下，考慮到機構(gòu)的重量，設(shè)計為12T，水平移動是在鋼軌上滾動進行，摩擦系數(shù)選為0.07，滾動輪的直徑為150mm。

水平移動克服摩擦力=12000×9.8×0.078232N

單個馬達輸出的扭矩為=

該輸出扭矩屬于大扭矩馬達，因此采用徑向柱塞馬達來實現(xiàn)，DMQ-500/40型，轉(zhuǎn)速范圍為3～150r/min，滿足系統(tǒng)的要求。

3 結(jié)語

在2015年10月試制一臺樣機，并到試驗基地進行了負重測試。根據(jù)現(xiàn)場試驗情況，由于目標物重量大，在頂升過程中由于各油缸特性不一致，不可能完全一致地伸出和縮回，控制系統(tǒng)采用PID方式進行控制，在低速情況下運行比較平穩(wěn)，基本達到設(shè)計目標。該裝置的研制為變電設(shè)備采用底部頂升進行裝拆提供了新的作業(yè)手段，增加了在不停主變的情況進行作業(yè)的可能，為電網(wǎng)平穩(wěn)運行提供保障，有非常現(xiàn)實的意義。

參考文獻

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作者簡介：鄧華，男，供職于國網(wǎng)浙江省電力公司檢修分公司，研究方向：變電設(shè)備帶電檢修;房旺，男，供職于浙江大學(xué)機械工程學(xué)系，高級工程師，研究方向：自動化設(shè)備、智能檢測儀器;周建平，男，供職于國網(wǎng)浙江省電力公司檢修分公司，研究方向：變電設(shè)備帶電檢修。

（責(zé)任編輯：周 瓊）