Vývoj zdvihacího zařízení pro vysokoproudé odpočítače ve složitých prostředích

V elektrických systémech trpí vysokovoltové odpojovače v transformačních stanicích zastaralou infrastrukturou, silnou korozi, rostoucím počtem vad a nedostatečnou nosností hlavní vodičové cesty, což značně narušuje spolehlivost dodávky elektřiny. Je naléhavě třeba provést technickou modernizaci těchto dlouho v provozu fungujících odpojovačů. Během takové modernizace, aby se zabránilo přerušení dodávky elektřiny zákazníkům, je běžné postupovat tak, že se pouze jednotka podléhající modernizaci vypne, zatímco sousední jednotky zůstanou napájeny. Tento režim však často vede k nedostatečnému prostoru mezi zařízením podléhajícím modernizaci a blízkými zapojenými komponentami, což nesplňuje bezpečnostní požadavky na vzdálenost pro manipulace s jeřáby na místě—což představuje významnou výzvu pro normální údržbové práce. Zvláště když nelze sousední jednotky vypnout, velké jeřáby nemohou provádět zdvižné operace kvůli omezenímu prostoru.

Aby bylo možné instalovat a provádět údržbu odpojovačů v tak složitých podmínkách, analyzovali jsme problémy na místě a navrhli konstrukci a vývoj specializovaného zdvižného zařízení přizpůsobeného manipulaci s odpojovači v omezených podmínkách, což poskytuje robustní podporu pro údržbu elektrického zařízení.

Na základě požadavků na návrh a po revizi různých konfigurací malých jeřábů a s ohledem na specifické podmínky instalace vysokovoltových odpojovačů 110 kV jsme zjistili, že montáž zdvižného zařízení přímo na základní struktuře odpojovače nabízí lepší stabilitu, eliminuje omezení podmínek na zemi, lépe se přizpůsobuje složitým místům a umožňuje rychlou montáž a demontáž tříčlenným týmem (jak je znázorněno níže).

I. Návrh mechanizmů jeřábu

Podle funkčních rozdílů jsou mechanizmy jeřábu rozděleny do čtyř hlavních systémů: zdvižný, pohyblivý, otočný a lanové mechanismy.

(1) Zdvižný mechanismus
Zdvižný mechanismus se skládá z pohonu, zařízení pro manipulaci s nákladem, systému lanových vedení a pomocných/bezpečnostních zařízení. Zdroji energie mohou být elektrické motory nebo spalovací motory. Systém lanových vedení se skládá z lan, bubnových souprav a kombinace pohyblivých a pevných ložisek. Zařízení pro manipulaci s nákladem mohou mít různé formy—například zdvižné očko, šířící tyče, háky, elektromagnetické zdvižné zařízení a chytáky. S ohledem na požadavky na návrh a podmínky zdvižení odpojovače a s ohledem na dostupné malé jeřáby jsme vybrali kompaktní tašku jako pohonnou jednotku a hák jako zařízení pro manipulaci s nákladem.

(2) Pohyblivý mechanismus
Pohyblivý mechanismus upravuje polohu jeřábu horizontálně, aby byla optimalizována pracovní pozice. Typicky zahrnuje podpěrný systém a pohonný systém. V našem návrhu je použit podpěrný systém řízený kolejí, kde ocelové kola putují po profilu U základny odpojovače. Tento přístup nabízí nízkou odpor proti valení, vysokou nosnost, silnou adaptabilitu na prostředí a snadnou výrobu a údržbu. Vzhledem k omezené vzdálenosti horizontálního pohybu je pohonný systém ručně ovládaný pro jednoduchost.

(3) Otočný mechanismus
Otočný mechanismus se skládá ze sestavy otočného ložiska a pohonné jednotky pro otočení. Otočné ložisko podporuje rotující horní strukturu na pevném svislém sloupu, zajišťuje stabilní otáčivý pohyb a brání převrácení nebo odpojení. Pohonná jednotka pro otočení poskytuje točivý moment pro otáčení a odolává odporem během otočení.

(4) Lano výchozí mechanismus
U lano výchozích jeřábů se horizontální vzdálenost mezi osou otočení a osou zařízení pro manipulaci s nákladem nazývá "poloměr." Lano výchozí mechanismus upravuje tento poloměr. Na základě charakteristik provozu jsou lano výchozí mechanismy rozděleny na provozní a neprovozní.

Provozní lano výchozí mechanismus funguje za nákladem a slouží k upravení poloměru během zdvižení—například k zabránění kolizím mezi více jeřáby nebo k přesnému zarovnání s pracovními stanovišti—vyžaduje vyšší rychlosti lano výchozího mechanismu k zlepšení efektivity.

Neprovozní lano výchozí mechanismus funguje bez nákladu, především k umístění háku před zdvižením nebo ke složení ramene pro transport. Takové operace jsou vzácné a používají nižší rychlosti lano výchozího mechanismu.

II. Ohlédnutí na hmotnosti komponent zdvižného zařízení
Vzhledem k tomu, že se jedná o modulární, přenosný malý jeřáb, je hmotnost komponent klíčová. Příliš vysoká hmotnost by bránila instalaci týmem dvou až tří osob, což by mohlo zabránit úspěšnému nasazení. Proto byly klíčové komponenty vyrobeny z titanové slitiny, přičemž nejtěžší jednotlivá část váží pouze 46 kg—což umožňuje rychlou montáž a demontáž malým týmem.

III. Postup zdvižení
Postup zdvižení vysokovoltového odpojovače pomocí tohoto zařízení je následující:
Nejdříve umístí pracovníci izolované žebřík na profil U základny odpojovače. Z žebříku pak připevní základní desku jeřábu k profilu U pomocí vedoucích kolo-clampingových sestav, s vedoucími koly zapojenými do profilu U, aby se zabránilo převrácení nebo pádu.

Po instalaci základny dvě osoby namontují nosnou část ramene na SE7 otočné ložisko, poté pevně připevní kompaktní tašku pod ní. Dále postupně sestaví hlavní rameno, pomocné rameno a hydraulický válec. Hydraulický čerpadlo a ovládací tlačítka jsou umístěny na zemi. Po zapnutí mohou operátoři provádět zdvižné operace zcela z povrchu země.

Kromě toho jeřáb zahrnuje trojitý systém bezpečnosti:

• Varování u vysokého napětí: Elektrostatický čidlo na konci ramene aktivuje hlasové varování a automatické brzdění, pokud je porušena bezpečná vzdálenost k sousedním zapojeným zařízením.

• Ochrana před přetížením: Čidlo napětí na spoji lanového vedení s hákem kontinuálně monitoruje hmotnost nákladu a úhel zdvižení; porušení aktivuje varování a automatické brzdění.

• Ochrana před ztrátou energie: V případě náhlého výpadku energie během zdvižení se systém automaticky uzamčí, aby se zabránilo padnutí nákladu.

IV. Výhody navrženého zdvihacího zařízení

• Integruje čidlo elektrického pole a čidlo deformace pro poskytování hlasových varování v reálném čase o blízkosti vysokého napětí a přetížení s automatickým brzděním.

• Vybaveno elektrickou ložiskovou podložkou, která je připevněna k trusové konstrukci, což zajišťuje stabilní a kontrolovatelné pohyby ramene.

• Hlavní strukturální komponenty (rameno, sloup, základní deska) jsou vyrobeny z titanové slitiny – což nabízí odolnost proti korozi a významné snížení hmotnosti.

• Modulární návrh umožňuje snadnou adaptaci na různé platformy, což klade základy pro budoucí vývoj a širší uplatnění.

Shrnutím lze říci, že toto zdvihací zařízení používá pro klíčové komponenty titanovou slitinu, aby dramaticky snížilo hmotnost, má racionální funkční zóny pro snadné montážní a demontažní práce a vyžaduje pouze tři osob k obsluze. Efektivně řeší výzvy spojené s omezenými bezpečnostními vzdálenostmi a složitými prostředími při údržbě vysokonapěťových odpojičů, což ukazuje silnou praktickou užitelnost a potenciál pro široké využití.