電網(wǎng)GIS設(shè)備電動(dòng)搬運(yùn)裝置的研制與應(yīng)用

文/陳耀標(biāo) 趙建永 徐維力

近年來(lái)，GIS組合電器現(xiàn)已被廣泛地應(yīng)用于各個(gè)電壓等級(jí)的骨干電網(wǎng)中。為解決GIS設(shè)備在多層建筑狹小室內(nèi)空間的搬運(yùn)與精確對(duì)接難題，研制了一種輕便、實(shí)用的GIS設(shè)備電動(dòng)搬運(yùn)裝置，此裝置具有夾持裝卸、液壓升降、電動(dòng)行走等功能，應(yīng)用后能顯著減輕GIS設(shè)備室內(nèi)搬運(yùn)的勞動(dòng)強(qiáng)度、提升作業(yè)效率。

1.引言。

GIS設(shè)備指由高壓斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、互感器、母線等設(shè)備封裝組成的氣體絕緣組合電器，由于其具有顯著的結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小、運(yùn)行可靠性高、維護(hù)工作量少、配置靈活等優(yōu)點(diǎn)，而被廣泛應(yīng)用在各電壓等級(jí)的電網(wǎng)中。近年來(lái)，為節(jié)約占地，多層室內(nèi)布置的GIS設(shè)置方案被越來(lái)越多采用，而隨著電壓等級(jí)與輸送容量的提升，相應(yīng)電網(wǎng)GIS設(shè)備尺寸重量也不斷攀升，一臺(tái)大型GIS設(shè)備外觀尺寸可達(dá)8.0×2.0×3.0m,重量可達(dá)12T，而一個(gè)變電所通常有數(shù)十臺(tái)GIS設(shè)備。在GIS設(shè)備建設(shè)安裝施工或設(shè)備檢修時(shí)，受多層建筑樓面承重與狹小作業(yè)空間限制，大型的吊裝與搬運(yùn)機(jī)械通常無(wú)法使用，GIS設(shè)備室內(nèi)搬運(yùn)普遍存在較大難度。目前的電網(wǎng)GIS設(shè)備通常被分段封裝在一個(gè)H15至H20型鋼制成矩形框架內(nèi)，為縮小設(shè)備整體尺寸、方便緊湊拼接，GIS設(shè)備通常都沒(méi)有設(shè)計(jì)專用頂升點(diǎn)，矩形型鋼框架均為直接落地形式。在大型GIS設(shè)備室內(nèi)搬運(yùn)時(shí)，通常先需在設(shè)備框架底梁與基礎(chǔ)間找到一處稍大的間隙，將撬棒伸入間隙處，依靠人力多次撬動(dòng)，將間隙擴(kuò)大到約50mm；然后放入爪式液壓千斤頂托爪，通過(guò)搖桿操作將設(shè)備底梁頂升到離地100mm，再在底梁下放入排架滾杠或搬運(yùn)坦克車，通過(guò)人力推拉或卷?yè)P(yáng)機(jī)牽引方式移位到指定安裝位置；最后通過(guò)使用爪式液壓千斤頂、撬棒方式使設(shè)備降落在基礎(chǔ)平臺(tái)上。這種傳統(tǒng)的搬運(yùn)方式勞動(dòng)強(qiáng)度大、效率低、在作業(yè)安全與現(xiàn)場(chǎng)文明施工方面都有待改進(jìn)。為此，我們研發(fā)了一種輕便、實(shí)用的，具有夾持裝卸、液壓升降、電動(dòng)行走等一體化功能的GIS專用搬運(yùn)裝置。

2.GIS設(shè)備電動(dòng)搬運(yùn)裝置結(jié)構(gòu)。

GIS設(shè)備電動(dòng)搬運(yùn)裝置主要包括兩只夾持式重載萬(wàn)向輪、兩只夾持式電動(dòng)驅(qū)動(dòng)輪、一套姿態(tài)及移動(dòng)控制系統(tǒng)組成。

2.1 夾持式重載萬(wàn)向輪機(jī)構(gòu)由一支夾持式金屬臂、一個(gè)液壓千斤頂，一只重載萬(wàn)向腳輪，動(dòng)力電池，遙控接收裝置，定位鎖銷等組成，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。夾持式金屬臂由7075航空鋁合金制成，其中部有下懸的水平卡槽，通過(guò)卡槽夾持在H鋼翼板上。金屬臂前端有兩個(gè)直徑16mm的圓孔，圓孔中裝有按壓式快卸銷，當(dāng)快卸銷往下伸出時(shí)能使金屬臂與H鋼的上翼板鎖緊、快卸銷往上退回圓孔中時(shí)，解除鎖緊便于金屬臂卸下。集成式液壓千斤頂額載10T，工作行程120mm，工作壓力16Mpa，電壓 48V,功率600W。千斤頂缸體為鋁合金材質(zhì)、不銹鋼材質(zhì)的頂桿有中空結(jié)構(gòu)，小型高壓油泵、皮囊式儲(chǔ)油箱、電池及遙控接收器封裝在一鋁制盒子中，倒置液壓千斤頂穿過(guò)夾持式金屬臂后端的螺孔并與之螺紋連接，液壓千斤頂頂桿下端有方形法蘭板。重載萬(wàn)向輪通過(guò)方形法蘭板與液壓千斤頂下端的方形板螺栓連接，萬(wàn)向輪單只承重為5T、高度215mm。萬(wàn)向輪輪架及上部矩形法蘭板都由7075航空鋁合金制成，其中法蘭板厚20mm，輪側(cè)側(cè)板厚16mm，法蘭板與輪架間裝有51116平面軸承，可靈活轉(zhuǎn)動(dòng)，輪子由MC耐磨尼龍制成，直徑150mm,輪寬75mm，輪軸上有4只6205軸承，萬(wàn)向輪與豎向負(fù)載中心間有55mm的偏心距，因此下輪架與輪子能根據(jù)GIS設(shè)備的運(yùn)動(dòng)方向而隨動(dòng)轉(zhuǎn)向。

圖1 夾持式重載萬(wàn)向輪機(jī)構(gòu)

2.2 夾持式電動(dòng)驅(qū)動(dòng)輪主要由一支夾持式金屬臂，一個(gè)穿心液壓千斤頂，一只電動(dòng)驅(qū)輪，轉(zhuǎn)向手柄，動(dòng)力電池、遙控接收裝置、定位鎖銷等組成，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。夾持式金屬臂結(jié)構(gòu)與前述的夾持式重載萬(wàn)向輪機(jī)構(gòu)的金屬臂基本一致，金屬臂上部裝有動(dòng)力電池及驅(qū)動(dòng)控制器、信號(hào)接收器等設(shè)備；電動(dòng)驅(qū)動(dòng)輪的輪徑為160mm，輪寬為70mm，動(dòng)力電機(jī)選用1200W無(wú)刷直流電機(jī)，電機(jī)軸動(dòng)力輸出后通過(guò)位于輪架一側(cè)的減速齒輪箱傳遞到驅(qū)動(dòng)輪，齒輪組減速比為48:1。夾持式電動(dòng)驅(qū)動(dòng)輪的集成式液壓千斤頂具有豎向中空貫穿結(jié)構(gòu)，中空孔直徑為60mm，轉(zhuǎn)向手柄通過(guò)千斤頂中空孔洞穿過(guò)液壓千斤頂，轉(zhuǎn)向手柄下端與電動(dòng)驅(qū)動(dòng)輪箱體的法蘭板相連固定，上端有轉(zhuǎn)向把手，上下端與液壓千斤頂接觸部位都有平面軸承，轉(zhuǎn)向手柄能在千斤頂中空孔中自由轉(zhuǎn)動(dòng)，把手上有動(dòng)力電池電量顯示器、前進(jìn)后退切換開(kāi)關(guān)、調(diào)速旋鈕、龜速開(kāi)關(guān)等按鈕；夾持式金屬臂前端也設(shè)有兩個(gè)圓孔，圓孔中裝有按壓式快卸銷，能將夾持式電動(dòng)驅(qū)動(dòng)輪機(jī)構(gòu)可靠地鎖緊在GIS設(shè)備H鋼底梁上。

圖2 夾持式電動(dòng)驅(qū)動(dòng)輪機(jī)構(gòu)

2.3 姿態(tài)及移動(dòng)控制系統(tǒng)作用是在GIS設(shè)備的頂升或下降作業(yè)時(shí)，確保GIS設(shè)備能始終處于良好的水平狀態(tài)，另一方面它還能控制電動(dòng)驅(qū)動(dòng)輪前進(jìn)、后退與調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)輪滾動(dòng)速度。姿態(tài)控制部分由兩個(gè)傾角傳感器、信號(hào)發(fā)射器與4個(gè)遙控接收開(kāi)關(guān)組成。兩個(gè)傾角傳感器分別設(shè)于GIS設(shè)備底座縱橫兩個(gè)方向的H鋼橫梁中部，傾角傳感器與液壓千斤頂遙控接收與操作裝置間有無(wú)線通信連接。姿態(tài)控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)GIS設(shè)備底座傾斜角度的檢測(cè)和反饋，當(dāng)傾角傳感器的傾角數(shù)據(jù)超出設(shè)定的極限角度時(shí)，它就能發(fā)出無(wú)線信號(hào)暫時(shí)中斷對(duì)應(yīng)一側(cè)的液壓千斤頂?shù)纳祫?dòng)作，避免出現(xiàn)GIS設(shè)備發(fā)生過(guò)度傾斜現(xiàn)象、保障設(shè)備安全；當(dāng)GIS設(shè)備恢復(fù)到大致水平狀態(tài)后，對(duì)應(yīng)側(cè)的液壓千斤頂會(huì)接收到無(wú)線信號(hào)而再次接通，兩側(cè)液壓千斤頂繼續(xù)進(jìn)行同步升降。移動(dòng)控制器能切換電動(dòng)驅(qū)動(dòng)輪的行進(jìn)或倒退狀態(tài)，調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)輪滾動(dòng)速度、短時(shí)增大電機(jī)輸出扭矩等。

3.GIS設(shè)備電動(dòng)搬運(yùn)裝置使用。

使用GIS設(shè)備電動(dòng)搬運(yùn)裝置可實(shí)現(xiàn)GIS設(shè)備夾持頂升、縱橫方向水平移動(dòng)、整體斜行、原地轉(zhuǎn)向、卸載就位等全流程操作。其具體作業(yè)步驟如下：（圖3）

3.1 按要求完成場(chǎng)地整改，將GIS設(shè)備搬運(yùn)通道上的電纜溝渠以道木填平或以鐵蓋板鋪蓋，室內(nèi)高出地面的接地扁鐵、穿線鋼管接口等設(shè)施的兩側(cè)以薄板或鐵片設(shè)置接坡過(guò)渡。使用吊機(jī)將GIS設(shè)備從運(yùn)輸車輛上卸下并吊運(yùn)到對(duì)應(yīng)安裝樓層的專用接貨平臺(tái)上，調(diào)整GIS設(shè)備位置，使它與大門(mén)中線在縱向居中對(duì)齊，拆除吊索具，完成搬運(yùn)前準(zhǔn)備工作。

3.2 將兩套重載萬(wàn)向輪機(jī)構(gòu)與兩套電動(dòng)驅(qū)動(dòng)輪機(jī)構(gòu)通過(guò)其金屬臂的夾持卡口配合快卸銷，使之固定在GIS設(shè)備的H鋼底梁上，重載萬(wàn)向輪機(jī)構(gòu)與電動(dòng)驅(qū)動(dòng)輪機(jī)構(gòu)都分別呈對(duì)角分布，將兩只傾角傳感器分別磁吸在GIS設(shè)備的縱橫向H鋼底梁上面用于監(jiān)測(cè)設(shè)備傾斜程度，各部件的具體布置如圖3所示。經(jīng)檢查，確保各部件都得到可靠固定后，通過(guò)遙控手柄操作萬(wàn)向輪機(jī)構(gòu)上的集成式液壓千斤頂和驅(qū)動(dòng)輪機(jī)構(gòu)上集成式穿心液壓千斤頂進(jìn)行同步頂升，使GIS設(shè)備底座整體抬升，使之離地50～100mm。

圖3 GIS設(shè)備搬運(yùn)作業(yè)示意圖

3.3 通過(guò)手柄上的遙控開(kāi)關(guān)控制電動(dòng)驅(qū)動(dòng)輪機(jī)構(gòu)開(kāi)始行走移動(dòng)，首先使GIS設(shè)備縱向通過(guò)大門(mén)移到室內(nèi)，然后根據(jù)每臺(tái)GIS設(shè)備的擬定行進(jìn)路線，使用轉(zhuǎn)向手柄調(diào)整驅(qū)動(dòng)輪與金屬臂間夾角，實(shí)現(xiàn)GIS設(shè)備在縱橫方向上的前進(jìn)、后退，斜向移動(dòng)與原地回轉(zhuǎn)動(dòng)作，從而靈活、快速地將待安裝設(shè)備搬移到室內(nèi)指定的安裝位置。

3.4 通過(guò)遙控手柄操作重載萬(wàn)向輪機(jī)構(gòu)上的集成式液壓千斤頂和電動(dòng)驅(qū)動(dòng)輪機(jī)構(gòu)上集成式穿心液壓千斤頂進(jìn)行同步降落，使GIS設(shè)備緩慢、穩(wěn)妥地落在安裝基礎(chǔ)上，然后撥出夾持臂上的快卸銷，拆除夾持萬(wàn)向輪與驅(qū)動(dòng)輪機(jī)構(gòu)，完成一臺(tái)GIS設(shè)備搬運(yùn)工作。

3.5 重復(fù)上述作業(yè)步驟，直至完成變電所全部GIS設(shè)備的室內(nèi)搬運(yùn)工作。

4.總結(jié)。

本文介紹新研制的GIS設(shè)備電動(dòng)搬運(yùn)裝置，通過(guò)夾持方式將重載萬(wàn)向輪與電動(dòng)驅(qū)動(dòng)輪可靠地固定在GIS設(shè)備型鋼底梁四周，不但能有效地降低搬運(yùn)時(shí)GIS設(shè)備重心高度，而且采用較大的輪徑也提升了對(duì)不平地面的通過(guò)性。GIS設(shè)備電動(dòng)搬運(yùn)裝置的主要構(gòu)件采用7075航空鋁合金、MC耐磨尼龍等新型材料制造，結(jié)構(gòu)輕巧、堅(jiān)固耐用；本裝置綜合了動(dòng)力電池驅(qū)動(dòng)、液壓同步頂升、姿態(tài)反饋控制、遙控操作等先進(jìn)技術(shù)，作業(yè)方便、快捷。GIS設(shè)備電動(dòng)搬運(yùn)裝置具有夾持裝卸、液壓升降、電動(dòng)行走等功能，滿足GIS設(shè)備室內(nèi)搬運(yùn)全過(guò)程的作業(yè)需求，本裝置已在多個(gè)變電站建設(shè)工程中使用，實(shí)踐證明應(yīng)用后能顯著減輕GIS設(shè)備室內(nèi)搬運(yùn)的勞動(dòng)強(qiáng)度、提升作業(yè)效率，具有良好的工程應(yīng)用價(jià)值。

引用出處

[1]國(guó)家電網(wǎng)公司電力安全工作規(guī)程(電網(wǎng)建設(shè)部分),中國(guó)電力出版社,2016.03

[2]李潤(rùn)春等，GIS組合電器的安裝工藝和關(guān)鍵控制要點(diǎn)，電力建設(shè)，2010.01期

[3]馬坦等,變電站懸浮氣墊搬運(yùn)系統(tǒng)典型工藝應(yīng)用,國(guó)網(wǎng)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào),2018.03期

[4]鄒穎梅,戶內(nèi)GIS變電站設(shè)計(jì)探討,機(jī)電信息,2019.21期