180°旋轉(zhuǎn)升降式絕緣平臺(tái)的研發(fā)及應(yīng)用

王國(guó)駒 周文鶴 邢益弟 蘇志剛 潘圖

(海南電網(wǎng)有限責(zé)任公司海南輸變電檢修分公司 海南?？?570100)

帶電作業(yè)代表10 kV及以下配電線(xiàn)路檢修維護(hù)工作的發(fā)展方向，帶電作業(yè)在提高供電可靠性方面發(fā)揮了重要作用。長(zhǎng)期以來(lái)，維護(hù)10 kV 帶電線(xiàn)路通常由絕緣斗臂車(chē)完成[1]，但在實(shí)踐中，由于配電線(xiàn)路的地理和環(huán)境條件復(fù)雜多變，絕緣斗臂車(chē)經(jīng)常無(wú)法順利進(jìn)入作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，導(dǎo)致帶電檢修維護(hù)工作受阻。因此，我國(guó)電力公司正在積極應(yīng)用便攜式絕緣平臺(tái)進(jìn)行配電線(xiàn)路帶電檢修維護(hù)，絕緣平臺(tái)具有良好的絕緣、防墜落功能。新設(shè)備的應(yīng)對(duì)帶電維修提出更高的安全要求。此次設(shè)計(jì)的是一種集垂直升降、水平旋轉(zhuǎn)為一體的絕緣平臺(tái)[2]。適用于各種配置的10 kV 線(xiàn)路，使用靈活，安全可靠。該文簡(jiǎn)要介紹了該絕緣平臺(tái)的設(shè)計(jì)思路和技術(shù)特點(diǎn)，并進(jìn)行了應(yīng)用試驗(yàn)，驗(yàn)證設(shè)計(jì)的可行性。

表1 絕緣平臺(tái)的沉降變化

1 常用帶電作業(yè)平臺(tái)介紹

1.1 絕緣斗臂車(chē)

絕緣斗臂車(chē)傳統(tǒng)的配電線(xiàn)路帶電作業(yè)平臺(tái)，但一般只能用于10 kV 以上的電力線(xiàn)路帶電線(xiàn)路，絕緣斗臂車(chē)的鏟斗、伸縮臂、管道等部件具備良好的絕緣性能，同時(shí)配備了接地線(xiàn)，在帶電工作時(shí)能提供人體火線(xiàn)與大地之間的絕緣保護(hù)。其基本工作原理是通過(guò)液壓系統(tǒng)控制伸縮臂轉(zhuǎn)動(dòng)和升降，電力檢修人員可以直接在工作鏟斗上進(jìn)行作業(yè)。在實(shí)際使用中，絕緣斗臂車(chē)由于自身體積龐大，難以進(jìn)入復(fù)雜地形的檢修現(xiàn)場(chǎng)，地形和交通限制，且?guī)щ娮鳂I(yè)時(shí)的絕緣斗臂車(chē)的運(yùn)行噪音較大，容易干擾作業(yè)指令的準(zhǔn)確傳達(dá)。

1.2 電桿固定絕緣平臺(tái)

由于傳統(tǒng)絕緣斗臂車(chē)對(duì)地形的適應(yīng)性較差，目前的配電網(wǎng)維護(hù)工作中，固定式電桿絕緣作業(yè)平臺(tái)的應(yīng)用日益廣泛。固定式電桿絕緣作業(yè)平臺(tái)可直接安裝固定在電桿上，電力檢修人員爬上平臺(tái)進(jìn)行電力檢修維護(hù)工作，此類(lèi)絕緣平臺(tái)不受地形限制，不但可以保證可靠絕緣，還可以讓作業(yè)人員近距離進(jìn)行電力檢修維護(hù)工作。但由于平臺(tái)固定，靈活度不夠，影響施工人員的工作開(kāi)展，很多情況下一次只能檢修單相或相鄰的兩相線(xiàn)路，如想檢修更多線(xiàn)路就需要拆裝平臺(tái)，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而同時(shí)使用多個(gè)平臺(tái)雖然可以減少拆裝平臺(tái)次數(shù)，但會(huì)使檢修工作復(fù)雜化，檢修效率大大降低。

對(duì)上述兩種主要絕緣平臺(tái)的分析可知現(xiàn)有絕緣平臺(tái)要么受地形、交通、周邊環(huán)境等因素影響，要么拆卸繁瑣，操作不靈活。因此，考慮到現(xiàn)有平臺(tái)的優(yōu)缺點(diǎn)，結(jié)合配電線(xiàn)路檢修工作需要開(kāi)發(fā)具有自動(dòng)轉(zhuǎn)向和升降能力的絕緣平臺(tái)非常有必要，可以更好地滿(mǎn)足10 kV以下線(xiàn)路檢修工作需要。

2 旋轉(zhuǎn)升降式絕緣平臺(tái)的技術(shù)特色

該實(shí)用新型180°旋轉(zhuǎn)升降絕緣平臺(tái)通過(guò)上下抱箍固定在電線(xiàn)桿上，中、下這3 個(gè)抱箍包含支架和鏈條[3]。支架的一側(cè)連接到鏈條上，另一側(cè)連接到活動(dòng)銷(xiāo)上，通過(guò)導(dǎo)軌進(jìn)行升降，導(dǎo)軌與上、中、下抱箍支架連接。該絕緣平臺(tái)的主要技術(shù)特色如下：（1）可代替絕緣吊掛小車(chē)完成狹小空間內(nèi)的帶電作業(yè)任務(wù)，通過(guò)升降機(jī)構(gòu)可以調(diào)整絕緣底座的高度，可將絕緣底座抬高到1.5 m。通過(guò)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)可使絕緣底座以導(dǎo)軌為旋轉(zhuǎn)軸水平旋轉(zhuǎn)180°，提供了更加靈活的工作條件[4]。（2）采用分體可拆卸結(jié)構(gòu)，單體重量輕，分解后便于攜帶。（3）使用電機(jī)完成絕緣平臺(tái)的升降和旋轉(zhuǎn)操作，操作靈活。（4）由于導(dǎo)軌和絕緣平臺(tái)可分離吊裝，可以節(jié)省安裝時(shí)間。

3 絕緣平臺(tái)材料的選定

該次設(shè)計(jì)的新型絕緣平臺(tái)采用新型輕質(zhì)樹(shù)脂和尼龍絕緣材料打造平臺(tái)絕緣管，采用輕合金高強(qiáng)度材料打造上、中、下抱箍，具有出色的絕緣性能和便攜性。絕緣平臺(tái)和絕緣管的絕緣材料是氟化環(huán)氧玻璃纖維增強(qiáng)塑料（FPR）。氟改性環(huán)氧樹(shù)脂玻璃纖維（FPR）的絕緣性能符合GB 13398—2003、ASTM F-711—2001（美標(biāo)）以及IEC61235—1993等國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)技術(shù)要求[5]。將絕緣平臺(tái)和絕緣管在水中浸泡170 h，加壓至100 kV，測(cè)得泄漏電流不超過(guò)25 μA，表現(xiàn)出極好的電絕緣性能。

4 絕緣平臺(tái)的主要功能

4.1 上下升降功能

抱箍的軸向絲杠為合金材質(zhì)，通過(guò)手輪驅(qū)動(dòng)絲杠旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)定位齒盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)，定位齒盤(pán)使絕緣部分上下運(yùn)動(dòng)。10 kV線(xiàn)路呈三角形布置時(shí)，三相線(xiàn)路的安裝距離約為800 mm。目前常規(guī)絕緣平臺(tái)的上升高度有一定的限制，也不能大角度旋轉(zhuǎn)，而電力檢修維護(hù)作業(yè)環(huán)境多變，因此，常規(guī)絕緣平臺(tái)適用性不佳，新設(shè)計(jì)的絕緣平臺(tái)采用齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)、通過(guò)牽引繩、連接件使平臺(tái)升降平穩(wěn)[6]。

4.2 水平旋轉(zhuǎn)功能

該絕緣平臺(tái)抱箍上設(shè)有扁平齒輪盤(pán)，材質(zhì)為合金，齒輪盤(pán)通過(guò)凸輪機(jī)構(gòu)鎖定或解鎖，以使絕緣平臺(tái)水平旋轉(zhuǎn)或旋轉(zhuǎn)后鎖定。升降平臺(tái)結(jié)構(gòu)型材連接需均勻準(zhǔn)確，連接可靠牢固，裝配遵循YB3205規(guī)定。

4.3 可調(diào)試絕緣平臺(tái)功能

該平臺(tái)設(shè)有絕緣微型人字梯，位于絕緣平臺(tái)臺(tái)板上，作用增加高空穩(wěn)定性幫助電力檢修維護(hù)人員登高。

4.4 抱箍緊鎖功能

通過(guò)合金材質(zhì)鎖鏈錨固件和棘輪收緊帶式機(jī)構(gòu)雙重快裝機(jī)構(gòu)，使絕緣平臺(tái)可以快速固定在不同直徑的電線(xiàn)桿上[7]。

5 絕緣平臺(tái)結(jié)構(gòu)

180°旋轉(zhuǎn)絕緣式高空作業(yè)平臺(tái)可以在絕緣式斗臂車(chē)無(wú)法進(jìn)入的區(qū)域高空帶電作業(yè)環(huán)境，整體功能設(shè)計(jì)主要是能夠與熔斷器形成有效絕緣，可以靈活調(diào)整作業(yè)位置并安全固定在電桿上。圖1為此次設(shè)計(jì)的180°旋轉(zhuǎn)升降式絕緣平臺(tái)結(jié)構(gòu)。

圖1 180°升降旋轉(zhuǎn)絕緣平臺(tái)結(jié)構(gòu)

該平臺(tái)的工作原理是導(dǎo)軌通過(guò)上、中、下抱箍固定在電線(xiàn)桿上，絕緣平臺(tái)用固定螺釘連接上、下滑套，如果需要調(diào)整絕緣平臺(tái)的高度，可以用電機(jī)驅(qū)動(dòng)或手動(dòng)工具轉(zhuǎn)動(dòng)升降機(jī)構(gòu)的第一齒輪盤(pán)蝸，蝸桿驅(qū)動(dòng)齒輪盤(pán)拉牽引繩，向上拉動(dòng)滑套，實(shí)現(xiàn)絕緣平臺(tái)升降，絕緣平臺(tái)可升高1.5 m，到達(dá)調(diào)整高度后，通過(guò)齒輪盤(pán)的自鎖特性進(jìn)行高度固定[8]。通過(guò)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)可以調(diào)整絕緣臺(tái)的徑向位置，即絕緣臺(tái)相對(duì)于立桿的位置，用電機(jī)驅(qū)動(dòng)或手動(dòng)工具轉(zhuǎn)動(dòng)齒輪盤(pán)、齒輪盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)導(dǎo)軌移動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)絕緣平臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)，絕緣平臺(tái)可隨導(dǎo)軌水平旋轉(zhuǎn)180°。以導(dǎo)軌為軸轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)整絕緣平臺(tái)相對(duì)電線(xiàn)桿的徑向位置。

6 關(guān)鍵機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

6.1 絕緣平臺(tái)

絕緣平臺(tái)由環(huán)氧樹(shù)脂制成，平臺(tái)距離電線(xiàn)桿0.4 m處設(shè)有限位裝置，可以防止電力檢修人員過(guò)于接近電線(xiàn)桿，確保有效安全距離。絕緣平臺(tái)附設(shè)一個(gè)垂直人字梯，可以方便電力檢修人員王桑攀登0.4 m 高度，增加絕緣平臺(tái)的靈活性。

6.2 支撐機(jī)構(gòu)

整個(gè)絕緣平臺(tái)和負(fù)載都位于支撐部件上，支撐部件由一個(gè)正支撐和兩個(gè)對(duì)角絕緣斜撐件組成。絕緣斜撐采用環(huán)氧樹(shù)脂制成，為絕緣平臺(tái)及其負(fù)載提供可靠保護(hù)；正支撐連接升降機(jī)構(gòu)和絕緣平臺(tái)，主要負(fù)責(zé)保障絕緣平臺(tái)的升降運(yùn)動(dòng)，避免絕緣平臺(tái)升降時(shí)偏離導(dǎo)軌。

6.3 升降機(jī)構(gòu)

升降機(jī)構(gòu)組件包括牽引電機(jī)、滑輪、牽引鋼繩、升降導(dǎo)軌和預(yù)鎖件。牽引電機(jī)為升降機(jī)構(gòu)提供動(dòng)力。牽引鋼繩的兩端分別通過(guò)固定在電線(xiàn)桿上的滑輪與電機(jī)和絕緣平臺(tái)連接。通過(guò)控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)使絕緣平臺(tái)沿升降導(dǎo)軌上下移動(dòng)。升降導(dǎo)軌由2 m的兩根絕緣桿間隔0.2 m 組成，可為平臺(tái)提供上下1.5 m 的升降高度范圍[9]。絕緣桿的末端被鎖定，以防止失控的電機(jī)將絕緣平臺(tái)滑出軌道區(qū)域。同時(shí)，與導(dǎo)軌關(guān)聯(lián)的預(yù)鎖裝置在平臺(tái)上下移動(dòng)速度超出安全范圍時(shí)能快速鎖定電機(jī)，防止絕緣平臺(tái)急劇升降，保障電力檢修維護(hù)人員的安全。

6.4 旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)

抱箍、電機(jī)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等組成絕緣平臺(tái)的水平旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，抱箍齒輪盤(pán)通過(guò)凸輪機(jī)構(gòu)鎖定或解鎖，以使絕緣平臺(tái)水平旋轉(zhuǎn)或旋轉(zhuǎn)后鎖定。平臺(tái)與電桿固定部分采用小齒輪、抱箍嚙合的結(jié)構(gòu)，在旋轉(zhuǎn)時(shí)，可遙控啟動(dòng)旋轉(zhuǎn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)之輪盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)絕緣平臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)。

6.5 固定機(jī)構(gòu)

絕緣平臺(tái)配有專(zhuān)用鏈條抱箍，常規(guī)絕緣平臺(tái)抱箍尺寸無(wú)法調(diào)整，而10 kV差動(dòng)熔斷器通常安裝在各種類(lèi)型的電線(xiàn)桿上，因此，此次設(shè)計(jì)的絕緣平臺(tái)采用鏈條抱箍，由1 m鏈條、固定螺栓和連接三角板組成，可固定螺栓擰緊后可以固定在電線(xiàn)桿上，承重能力達(dá)250 kg。

7 絕緣平臺(tái)試驗(yàn)

三相導(dǎo)線(xiàn)同步提升抱桿是為了彌補(bǔ)絕緣高架車(chē)不能達(dá)到地區(qū)的施工要求而設(shè)計(jì)的。在整體功能上，主要有與導(dǎo)線(xiàn)形成有效絕緣功能、提升導(dǎo)線(xiàn)功能、牢固安裝在水泥桿上的固定功能。

7.1 靜載試驗(yàn)

將該絕緣平臺(tái)安裝在電線(xiàn)桿上后，用鋼絲繩在絕緣平臺(tái)上施加小垂直向下的力，拉緊鋼絲繩增加拉力，實(shí)時(shí)測(cè)量拉力。將經(jīng)緯儀設(shè)置在距離電線(xiàn)桿12.7 m處，通過(guò)讀取垂直偏角計(jì)算豎梯沉降值，試驗(yàn)原理具體見(jiàn)圖2。

圖2 靜載試驗(yàn)

根據(jù)圖2 可知該絕緣平臺(tái)的受力過(guò)程，在鋼絲繩拉力增加的過(guò)程中，絕緣平臺(tái)的沉降變化見(jiàn)表1。

從表1中可以看出，鋼絲繩拉力從最初的75 kN逐漸增加到最大4 450 kN時(shí)，在這個(gè)過(guò)程中，絕緣平臺(tái)的總計(jì)沉降5.11 cm。當(dāng)最終去除鋼絲繩拉力時(shí)，環(huán)氧樹(shù)脂絕緣臺(tái)板具有優(yōu)良的抗彎強(qiáng)度，可以完全恢復(fù)到原來(lái)的形狀。

在整個(gè)靜載試驗(yàn)過(guò)程中，平臺(tái)沒(méi)有出現(xiàn)明顯的變形和損壞。以電力檢修維護(hù)人員以及攜帶的工具材料總質(zhì)量100 kg計(jì)算，安全系數(shù)為4.5，符合安全規(guī)定。

7.2 電氣測(cè)試

根據(jù)電氣保護(hù)試驗(yàn)項(xiàng)目和10 kV 絕緣工具標(biāo)準(zhǔn)，將本次設(shè)計(jì)的180°絕緣升降絕緣平臺(tái)的環(huán)氧樹(shù)脂材料，每段取0.4 m，分別施加45 000 V/min 的工頻耐壓，測(cè)試時(shí)間2 min，絕緣平臺(tái)未出現(xiàn)擊穿，閃絡(luò)、過(guò)熱，平臺(tái)安全性滿(mǎn)足要求。

8 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，10 kV 電力線(xiàn)路檢修維護(hù)現(xiàn)場(chǎng)，常規(guī)的絕緣斗臂車(chē)難以達(dá)到，導(dǎo)致必須停電檢修，帶來(lái)比必要的損失。為解決這個(gè)問(wèn)題，可帶電作業(yè)的升降旋轉(zhuǎn)平臺(tái)得到廣泛應(yīng)用。此次設(shè)計(jì)的180°升降旋轉(zhuǎn)平臺(tái)具有很強(qiáng)的適用性，不受作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)地形影響，可代替絕緣斗臂車(chē)等常規(guī)大型絕緣平臺(tái)完成10 kV 帶電檢修作業(yè)，同時(shí)可以有效保證人員安全，提升供電質(zhì)量。