變電站構架攀登組合式絕緣硬梯的設計

國網(wǎng)湖南省電力有限公司輸電檢修分公司 彭金剛 李智慧 李 鵬 羅昌宏

變且在攀爬構架的過程中無法對作業(yè)人員采取有效后備保護，存在高空墜落安全風險。

由于歷史原因及設計問題，省內(nèi)外部分變電站內(nèi)存在構架上端未安裝爬梯的情況，要想在指定作業(yè)點完成相關帶電作業(yè)任務，過去工作人員通過使用踩板等工具才能攀登至作業(yè)點。作業(yè)人員采用踩板登高的方式進行登高作業(yè)，不僅勞動強度大，而且在攀爬構架的過程中無法采取對個人采取有效后備保護，存在高空墜落安全風險[1-2]。

目前常見的變電站母線支架常為門形結構，其構架高度可高達6米以上，一般采用直徑為355mm的原型鋼材構成。同時對于此類未安裝爬梯的變電站，一般來說其基礎設施都較為陳舊，較少考慮大型車輛、機械裝備進入現(xiàn)場作業(yè)的承載力，因此常規(guī)的升降作業(yè)車難以進入作業(yè)現(xiàn)場[3]。為解決一些變電站部分構架未安裝爬梯存在的作業(yè)風險[4-5]，亟需研發(fā)一種變電站構架攀登組合式絕緣硬梯替代傳統(tǒng)作業(yè)工具，達到全程管控安全風險，減輕作業(yè)人員的勞動強度，縮短作業(yè)時間，同時該工具也需要便于運輸及組裝。

1 設計總體思路及機械模塊設計

根據(jù)功能需求，本文對組合式絕緣硬梯的各個功能模塊進行設計，分為機械模塊設計、自動控制模塊進行設計，在進行仿真分析，分析所設計的組合式絕緣硬梯是否滿足設計要求，后期將在條件允許情況下將進行現(xiàn)場試驗，進一步檢驗工具使用性能，進行完善修改（圖1）。

圖1 組合式絕緣硬梯設計思路

Inventor 是美國AutoDesk公司推出的一款三維可視化實體模擬軟件Autodesk Inventor Professional（AIP），目前已推出最新版本AIP2020。該軟件包括Autodesk Inventor 三維設計軟件，也可以直接在Autodesk Inventor 軟件中進行應力分析。根據(jù)實際使用需求，設計團隊利用Inventor進行組合式絕緣梯機械結構設計，所設計的變電站構架攀登組合式絕緣硬梯構形如圖2所示，示意圖編號分別表示：1電磁鐵A、2梯頭架垂直撐桿、3伸縮電動推桿、4電磁鐵B、5折疊式絕緣硬梯、6腳扣、7梯頭架水平撐桿、8構架抱箍、9推桿抱箍。

所設計的變電站構架攀登組合式絕緣硬梯主要由兩個電磁鐵、梯頭架、驅動推桿、折疊式絕緣硬梯、腳扣、抱箍等部件組成。絕緣推桿底端通過推桿抱箍與梯頭架底部水平橫檔螺紋接頭相連接，同時絕緣推桿頂端與底端分別連接一個可控電磁鐵，用以吸附變電站構架。腳扣與梯頭架水平撐桿、構架抱箍相連接，與整個梯頭架垂直撐桿通過兩組彈簧呈近似90°連接。驅動推桿內(nèi)部包括驅動電機及伸縮彈簧，用以給驅動推桿施加向上的動力。梯頭架垂直撐桿底端與一組折疊式絕緣硬梯相連接。

圖2 組合式絕緣硬梯結構設計圖

圖3 組合式絕緣硬梯使用示意圖

為了實現(xiàn)絕緣硬梯的輕量化與便攜要求，同時作業(yè)環(huán)境鄰近帶電設備，本組合式絕緣硬梯的折疊梯子主要是由玻璃鋼與絕緣繩環(huán)連接制作，絕緣硬梯采用1～2米每節(jié)設計，上下可連接可以達到使用時展開，使用完畢折疊的目的。在梯頭部份采用鋁合金制作，在保證梯頭承力結構強度的同時，也有力減小裝置的重量，安裝方便，底節(jié)也可以補充抱箍固定。

2 控制模塊設計及仿真運動分析

利用所設計的組合式絕緣硬梯在攀爬梯變電站構架進行仿真攀爬作業(yè)方式如圖3所示，利用梯頭架與兩個電磁鐵相互配合，當梯頭架底端電磁鐵B 吸附在變電站構架時，此時腳扣受力固定住整個梯頭架，伸縮電動推桿向上延伸，推動頂端電磁鐵A 向上移動一段距離后到達指定點；此時頂端電磁鐵A吸附固定在變電站構架，底端電磁鐵B 松開構架，同時伸縮電動推桿內(nèi)的彈簧被壓縮回彈，帶動電動推桿下部分及梯頭架向上提升，之后底端電磁鐵B又回到初始狀態(tài)。經(jīng)過重復以上兩個步驟，組合式絕緣硬梯就能自主完成攀爬任務，帶著折疊式絕緣硬梯攀爬構架，順利施放硬梯供給作業(yè)人員攀爬，在組合式絕緣梯到達指定作業(yè)高度后，作業(yè)人員通過絕緣梯上下構架，其過程可以利用安全圍帶全程管控安全風險。

綜上所述，本文所設計的組合式絕緣硬梯可以滿足在變電站進行高空作業(yè)特殊情況下的使用要求，能使梯子牢固的定在變電站構架柱上，作業(yè)人員在攀爬構架的過程中改變傳統(tǒng)作業(yè)爬梯帶來的體力消耗大，安全系數(shù)低的情況，作業(yè)完畢通過控制器實現(xiàn)絕緣硬梯自主下塔。此外，由于本組合式絕緣硬梯的可折疊功能極大的節(jié)約了在作業(yè)中需要的空間，增加了作業(yè)便攜性。

項目成果在合作兄弟單位變電站場地進行了現(xiàn)場試用，使用過程如下：將組合式絕緣梯梯頭放置在門型構架上，讓梯子磁吸式裝置吸附在鐵塔上，整體受力良好；利用控制器控制整體梯子沿著構架柱帶著折疊式絕緣硬梯向上攀登，一旦抵達指定位置，按下暫停鍵，讓梯頭腳扣自鎖裝置受力鎖住梯頭在指定位置，同時地面作業(yè)人員鎖定絕緣硬梯下半部分，此時高空作業(yè)人員沿著絕緣硬梯實現(xiàn)快速登高進行作業(yè)；作業(yè)完畢后人員先下塔，同時解除絕緣梯頭的閉鎖，通過遙控讓絕緣硬梯緩緩下塔，達到作業(yè)目的。

3 結語

通過所研制的變電站構架攀登組合式絕緣硬梯，能夠自主沿梯作業(yè)，替代利用踩板上下，有效解決了作業(yè)人員利用踩板登高沒有后備保護的安全風險，同時也降低了勞動強度；同時充分考慮了變電站檢修的作業(yè)環(huán)境，工具材料特性滿足鄰近帶電設備檢修的安全性。工具分段設計，運輸方便、組裝簡單。人員通過絕緣梯上下構架，其過程可以利用安全圍帶全程管控安全風險。沿梯作業(yè)也能降低作業(yè)人員的勞動強度，縮短作業(yè)時間。