高級工程師論文變電設備專用液壓裝拆裝置研制

　　戶外運行的變電一次設備經過長時間運行會出現缺陷，某些情況下需對其進行更換，更換過程中難免涉及電力設備的起重工作。本文是一篇高級工程師論文范文，主要論述了變電設備專用液壓裝拆裝置研制。

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

　　關鍵詞：變電設備,專用液壓裝拆裝置,液壓伺服系統,多級油缸,導軌滑塊

　　1 概述

　　電力設備的起重作業不同于常規起重作業，有其自身的特殊性，被吊電力設備周圍往往存在帶電設備，在起重作業中需保證與帶電體之間有《電力安全工作規程》所規定的安全距離。傳統的汽車起重設備、扒桿起重設備、塔式起重設備等方法由于所需安全距離比較大，變電站現場難以滿足要求。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，不滿足吊機作業安全距離220kV≥6m要求，如果使用傳統吊車作業方式，需要1號主變陪停。因此如使用傳統起重方式，為了起重工作能夠安全實施必須擴大停電范圍，而現實中存在停電難的問題，這與保證供電持續性產生矛盾。同時，擴大停電范圍增加了電力設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。研發一種能在不停主變的情況下滿足安全作業距離≥6m的專用裝拆設備就很有必要。

　　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高度的載重量設計為10000kg，在9m高度的設計載重量為1000kg。在實際作業現場，電抗器頂部上端的主變跨線不能停電作業，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面。

　　考慮到裝拆的目標物為大噸位重型設備，作業空間比較狹窄，所有機構的重量及體積都不能太大，整體移動到現場必須動用吊機作業，實際工作現場不滿足吊機作業條件(除非停電作業)，因此該液壓裝拆裝置的頂升系統采用液壓伺服系統來實現，單位面積出力大，結構簡單，容易實現直線運動。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大幅度的頂升高度，裝置的整體結構組成如圖2所示：

　　2.1 結構設計

　　變電設備專用液壓裝拆設備的機械結構由水平移動機構、頂升機構、頂端平臺三部分組成。

　　2.1.1 水平移動機構。水平移動機構采用4滾輪支撐，連接滾輪的結構件中孔成U形，這樣方便吊裝目標物最大限度降低高度，機構如圖3所示。水平移動軌道采用起重機的專用軌道，根據施工現場情況臨時搭設，底部采用枕木進行連接，移動機構水平移動距離為2m。水平移動采用液壓低速馬達帶動頂升機構和頂端平臺在水平面鋪設的軌道上水平移動，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定性。水平的滾輪采用高強度耐磨的球墨鑄鐵實現。

　　2.1.2 頂升機構。為了實現戶外現場組裝作業，機構重量要盡量輕，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鋁合金作為主要結構的材料。為了達到預定的頂升高度，設計多級液壓缸來實現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。頂升機構采用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來實現4臺液壓缸的升降同步動作。4個液壓缸分別采用統一的液壓泵站，統一對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，結構如圖4所示。液壓缸之間的同步通過位置信號檢測統一傳送給主控制器(也可采取4個單獨的液壓系統及單獨油箱，但成本高，集中控制不易實現)。主控制器根據測試的位置信號，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異常，同時并聯一套手動閥控系統，在停電情況下將頂升機構下降到最低點，防止出現安全事故。

　　2.1.3 頂端平臺。頂端平臺通過安裝各種工裝來實現對不同吊裝物的固定功能，具體結構要根據實際吊裝物進行分類設計，平臺的基礎架構如圖5所示。采用U形凹槽結構，將目標物包裹在結構內部，提升目標物在頂升下降過程中的穩定性。考慮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型機構在水平面內位置可以調節，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 控制系統設計

　　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來實現，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。根據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。考慮到液壓缸的高位駐留，采用液控單向閥來實現液壓缸負載停留。專用頂升裝置屬于現場組裝，因此每個液壓油缸的液壓油管都是現場通過快速接頭來實現。液壓系統原理如圖6所示。由于整個頂升機構加上吊裝物重量很大，要實現在水平方向移動，采用低速液壓馬達實現頂升機構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的穩定性，水平移動的液壓動力采用單獨液壓泵實現。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。為了避免出現壓力波動，液壓系統壓力設置了儲能器，有效平衡上升下降過程中的流量和壓力波動，保證系統平穩運行。

　　2.2.2 電控單元。該液壓裝拆裝置的目標物是變電設備，起重重量大，頂升高度高，同時是在高壓的環境下進行操作，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。主控制器采用可靠性高、抗干擾強的工控機來實現，配以數據采集卡來實現液壓油缸的行程和壓力數據采集，并通過A/D轉換給主控制器，主控制器根據采集到行程和壓力信號，經過換算然后通過信號轉換板發送控制信號到液壓系統，控制伺服閥和相應的電磁閥，以控制液壓缸的升降及速度。為了保證控制的精度，數據采集卡采用高精度的數據采集卡，同時加裝濾波電路，保證數據采集的可靠及高精度。控制方式采用比較成熟的PID控制算法，可靠實現頂升液壓缸的同步上升、駐留、下降動作。

　　2.3 受力分析

　　根據設計要求將第一級的液壓缸直徑設計為125mm，液壓系統最高工作壓力為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，考慮到機構的重量，設計為12T，水平移動是在鋼軌上滾動進行，摩擦系數選為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，DMQ-500/40型，轉速范圍為3～150r/min，滿足系統的要求。

　　3 結語

　　在2015年10月試制一臺樣機，并到試驗基地進行了負重測試。根據現場試驗情況，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，控制系統采用PID方式進行控制，在低速情況下運行比較平穩，基本達到設計目標。該裝置的研制為變電設備采用底部頂升進行裝拆提供了新的作業手段，增加了在不停主變的情況進行作業的可能，為電網平穩運行提供保障，有非常現實的意義。

　　參考文獻

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　　高級工程師論文發表期刊推薦《陜西電力》（月刊）創刊于1973年，由陜西省電力公司主辦。是國內外公開發行的全國性科技刊物，包括火力發電、水力發電、供電與配電、電網、電站設計與生產、建設、科研開發等多項領域。作為西北五省（區）電力行業科技信息交流主渠道和帶頭期刊，受到各級領導的重視和廣大科技工作者的歡迎，充分體現西北電力生產建設的技術水平，是外部了解西北電網的窗口，是廣大電力行業工作人員進行學術、科技成果和經驗交流的舞臺。