周彪，劉新，黃曉峰，林峰，王翊之，陳昱豪

(國網(wǎng)浙江省電力有限公司金華供電公司，浙江 金華 321000)

斗臂車是電力戶外帶電作業(yè)不可或缺的工具。隨著斗臂車性能的日趨完善，電力施工與事故搶修的效率也日益提高，很多故障通過風幕斗臂車可直接帶電快速處理，有效提升了電網(wǎng)的運行可靠性[1-3]。

但現(xiàn)有的風幕斗臂車存在一個較明顯的不足，就是無法勝任雨天作業(yè)。隨著用戶對供電可靠性要求的提升，很多計劃電力檢修與搶修都面臨特殊天氣下的作業(yè)需求。

對于變電站雨天戶外作業(yè)，有時不得不通過搭建臨時遮雨棚來維持施工，費時費力，如果遇到大風，還可能對運行設備產(chǎn)生威脅。對于主變壓器、氣體絕緣金屬封閉開關(GIS)等施工面積較大的設備則更是不便[4-6]，為此本文在現(xiàn)有斗臂車的基礎上開發(fā)一個能夠具備擋雨功能的防雨風幕系統(tǒng)，以提升戶外雨季施工的便利性，提高特殊天氣戶外檢修的效率與質(zhì)量。

1 防雨風幕系統(tǒng)設計方案

1.1 防雨風幕設計思路

借鑒流體力學技術，通過機電一體化設計，在斗臂車工作斗上方設置橫向的帶狀防雨氣流風幕，吹散下落的雨滴，實現(xiàn)戶外作業(yè)的防雨功能。通過對氣流作用距離與面積的優(yōu)化，進一步增大風幕氣流，實現(xiàn)約30 m2的擋雨保護范圍，實現(xiàn)主變壓器等大面積施工區(qū)域的擋雨保護。防雨風幕在高速軸流風機的基礎上，設計了高速異形射流噴口、旋轉(zhuǎn)型導風板等先進氣流控制技術，實現(xiàn)吹風氣流的集中，而吹風氣流接近航空發(fā)動機的尾部排氣氣流，風速降落緩慢，進而形成風幕[7-9]。

1.2 防雨風幕氣流動力學設計

設計的防雨風幕氣流擴散角要盡可能小，這樣才能給雨滴施加最大的橫向速度，使雨滴垂落于航空渦扇發(fā)動機的涵道結(jié)構(gòu)。依托射流流體力學原理設計，在高速軸流風機的基礎上，利用高速異形射流噴口、機翼曲線無紋流聚風結(jié)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)型導風板等先進氣流控制技術，實現(xiàn)吹風氣流的集中，其風口氣流擴散角僅有15°，氣流擴散模型與樣機模型如圖1所示。由圖1可見，吹風氣流接近航空發(fā)動機的尾部排氣氣流，風速隨距離降落緩慢，從而可實現(xiàn)遠距離的大面積水平送風，形成隔離雨滴的風幕。

圖1 防雨風幕氣流擴散模型

射流型噴口： 噴嘴尺寸2 m×0.3 m，噴口設計風速15 m/s，針對雨滴粒徑2～3 mm(接近中雨)的模擬條件下，可實現(xiàn)噴口下方2 m×2 m的干燥區(qū)域。射流型噴口的擋雨效果仿真如圖2所示。

圖2 射流型噴口的擋雨效果仿真

環(huán)繞型風口(見圖3)：為了提高風口的適應性及防雨區(qū)域的實用性，后期又開發(fā)了環(huán)繞型風口。環(huán)繞型風口的風口直徑為0.56 m，在設計風速15 m/s的條件下，防雨面積可達直徑2.5 m范圍。

圖3 環(huán)境型風口結(jié)構(gòu)

1.3 防雨風幕系統(tǒng)管道絕緣安全性

防雨風幕系統(tǒng)管道安全性是其最重要、最基本的技術性能。防雨風幕系統(tǒng)必須有一路可伸縮的波紋氣壓管道，連接車體下部的風機。該氣壓管道采用無內(nèi)襯尼龍結(jié)構(gòu)，本體電場分布均勻，又具有波紋伸縮特性，因此表面爬距很長，材料本體擊穿電壓達10 kV/mm以上。連接工作斗與金屬伸縮臂之間的最短距離也達到1 m以上，因此35 kV以下電壓等級的系統(tǒng)電壓絕不會對系統(tǒng)的安全性產(chǎn)生任何影響。空壓機采用無油旋轉(zhuǎn)壓縮機，壓縮壓力達0.8 MPa以上，空氣中大部分的水汽均被凝華排除，實測的壓縮空氣濕度在15%以下，這種高清潔、高壓力、低濕度空氣的交流擊穿電壓可達6 kV/mm以上。由于濕度極低，也不會在管道內(nèi)形成水汽凝結(jié)，可見35 kV以下電壓等級的系統(tǒng)電壓絕不會對系統(tǒng)的安全性產(chǎn)生任何影響。防雨風幕系統(tǒng)的性能可得到非常充分的保障。

2 防雨風幕系統(tǒng)與斗臂車一體化設計方案

防雨風幕系統(tǒng)與斗臂車一體化設計方案如圖4所示。在圖4中，1為增速箱，2為離心風機，3為尾氣收集管，4為尾氣凈化器，5為折疊風管，6為噴管支架，7為扇形噴氣口，8為溫濕度表，9為管道發(fā)電機，10為照明燈，11為干燥器，12為高壓風管，13為高壓風管接口。借助現(xiàn)有斗臂車平臺，利用發(fā)動機取力器取得動力，帶動風機產(chǎn)生氣流，實現(xiàn)工作斗上方的防雨效果，同時借助車輛尾氣的高溫，進一步提升氣流的干燥效果，也利用氣流帶動發(fā)電設備，實現(xiàn)工作斗內(nèi)部的供電。

圖4 防雨風幕系統(tǒng)與斗臂車一體化設計

防雨風幕系統(tǒng)與斗臂車一體化設計的原理，是通過增速箱將發(fā)動機取力器的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)化為較高的轉(zhuǎn)速，然后推動離心風機運轉(zhuǎn)，離心風機產(chǎn)生的高壓力氣流通過折疊風管，從扇形噴氣口噴出，形成一個扇形的水平帶狀風幕；利用該風幕，就能在工作斗的上方形成數(shù)十平方米的風簾保護區(qū)域，雨水掉落下來后將被風幕吹散，不會掉落到風簾保護區(qū)域，實現(xiàn)了遮雨擋雨效果，由于風幕的絕緣作用，就可以安心地用于高壓帶電設備區(qū)域，解決了人工搭建防雨棚離高壓設備太近的觸點危險。

防雨風幕實現(xiàn)了戶外大面積的無雨區(qū)域，此外還充分利用汽車尾氣，化害為利，將尾氣的高溫氣體一起加入到風幕的折疊風管中。利用汽車發(fā)動機尾氣的溫度高，就可以起到工作區(qū)域空氣干燥的效果，十分有利于對濕度敏感的電力設備戶外作業(yè)。通過風幕氣流的作用，設置頂部的氣流發(fā)電機實現(xiàn)工作斗的照明，克服了現(xiàn)有技術工作斗無法接電纜照明的弊端，同時維持了斗臂車的絕緣能力，不影響帶電作業(yè)，從而有助于大幅提升戶外作業(yè)效率，使得戶外作業(yè)不再受雨天的影響。其次利用汽車剎車高壓儲氣筒，一物多用，利用其高壓氣體，通過絕緣的高壓風管，實現(xiàn)了工作斗內(nèi)部的氣源動力，使得風動工具的使用成為可能。

3 現(xiàn)場試驗

為進一步驗證本文防雨風幕系統(tǒng)的防雨保護范圍，通過不同風速和降雨量條件下的試驗，驗證風幕效果。試驗結(jié)果如表1所示。

表1 防雨風幕的保護距離

由試驗結(jié)果可知，本文提出的防雨風幕系統(tǒng)，在4級中風與7 mm/h的中雨條件下，可實現(xiàn)5 m距離的防雨保護距離，形成半徑約80 m2的無雨保護范圍，對于現(xiàn)場戶外設備的施工搶修無疑能帶來較大的便利。

4 結(jié)語

本文提出的斗臂車防雨風幕方案，能夠?qū)崿F(xiàn)雨天戶外作業(yè)的需要，在對電力系統(tǒng)運行可靠性日益重視的今天，有著極好的社會效益與經(jīng)濟價值，可以大幅提升戶外作業(yè)的效率。