Desenvolvemento dun dispositivo de elevación para desconectores de alta tensión en entornos complexos

Nas instalacións eléctricas, os interruptores de alta tensión nas subestacións sufren envejecemento da infraestrutura, corrosión severa, aumento de defectos e capacidade insuficiente de conducción de corrente no circuito principal, comprometendo significativamente a fiabilidade do suministro de enerxía. Existe unha necesidade urgente de realizar reformas técnicas nestes interruptores en servizo desde hai moito tempo. Durante estas reformas, para evitar interrupcións no suministro de enerxía ao cliente, a práctica común é colocar só a baia en reforma en mantemento mentres que as baías adxacentes permanecen energizadas. No entanto, este modo operativo adoita resultar en un espazo insuficiente entre o equipo en reforma e os compoñentes adxacentes en vivo, non cumprindo os requisitos de distancia de seguridade para as operacións de izado no local—lo que supón un desafío significativo para o traballo de mantemento normal. Especialmente cando as baías adxacentes non poden ser desenergizadas, as grúas grandes non poden realizar tarefas de izado debido ás restricións espaciais.

Para permitir a instalación e mantemento de interruptores en tales entornos complexos, analizamos os desafíos no local e propomos o deseño e desenvolvemento dun dispositivo de izado especializado adaptado para o manejo de interruptores en condicións restringidas, proporcionando así un soporte robusto para o mantemento de equipos eléctricos.

Baseándonos nos requisitos de deseño e revisando varias configuracións de grúas pequenas, e tendo en conta o entorno específico de instalación de interruptores de alta tensión de 110 kV, determinamos que montar a máquina de izado directamente na estrutura base do interruptor ofrece maior estabilidade, elimina as limitacións das condicións do terreo, adapta mellor a sitios complexos e permite a montaxe e desmontaxe rápida por un equipo de tres persoas (como se ilustra a continuación).

I. Deseño dos mecanismos da grúa

Segundo as diferenzas funcionais, os mecanismos da grúa divídense en catro sistemas principais: elevación, desprazamento, giro e variación de radio.

(1) Mecanismo de elevación
O mecanismo de elevación comprende unha unidade de tracción, un dispositivo de manexo de carga, un sistema de poleas e dispositivos auxiliares ou de seguridade. As fuentes de enerxía inclúen motores eléctricos ou motores de combustión interna. O sistema de poleas consiste en cables, conxuntos de carrete, e unha combinación de poleas móveis e fixas. Os dispositivos de manexo de carga teñen varias formas—como argolas de elevación, vigas de distribución, ganchos, elevadores electromagnéticos e garrafas. Considerando os requisitos de deseño e o entorno de elevación do interruptor—andando referencia a grúas pequenas comerciais—seleccionamos unha polipasta compacta como unidade de tracción e un gancho como dispositivo de manexo de carga.

(2) Mecanismo de desprazamento
O mecanismo de desprazamento axusta a posición horizontal da grúa para optimizar a colocación de traballo. Xeralmente inclúe un sistema de apoio de desprazamento e un sistema de tracción. O noso deseño emprega un sistema de apoio guiado por railes, onde as rodas de acero corren ao longo do perfil de U da base do interruptor. Este enfoque ofrece baixa resistencia ao roldamento, alta capacidade de carga, forte adaptabilidade ao medio ambiente e facilidade de fabricación e mantemento. Dado o desprazamento horizontal limitado, o sistema de tracción é manual para simplificar.

(3) Mecanismo de giro
O mecanismo de giro consta dun conxunto de rodamientos de giro e unha unidade de tracción de giro. O rodamiento de giro sostén a estrutura superior rotativa sobre a columna vertical fixa, asegurando un movemento rotatorio estable e previniendo o volcamiento ou a separación. A unidade de tracción de giro proporciona torque para a rotación e contraresta as forzas de resistencia durante o giro.

(4) Mecanismo de variación de radio
En grúas de brazo, a distancia horizontal entre a liña central de giro e a liña central do dispositivo de manexo de carga chámase "radio". O mecanismo de variación de radio axusta este radio. Segundo as características operativas, os mecanismos de variación de radio clasifícanse como operativos ou non operativos.

A variación de radio operativa ocorre baixo carga e úsase para axustar o radio durante a elevación—por exemplo, para evitar colisións entre múltiples grúas ou para alinear precisamente coas estacións de traballo—requerendo velocidades de variación de radio máis altas para mellorar a eficiencia.

A variación de radio non operativa ocorre sen carga, principalmente para posicionar o gancho antes da elevación ou para dobrazar o brazo para o transporte. Estas operacións son infrecuentes e usan velocidades de variación de radio máis baxas.

II. Consideracións de peso dos componentes do equipo de elevación
Como este dispositivo de elevación é unha grúa pequena modular e portátil, o peso dos componentes é crítico. Un peso excesivo dificultaría a instalación por un equipo de 2-3 persoas, potencialmente impedindo a implementación exitosa. Polo tanto, os compoñentes clave foron fabricados en aleación de titánio, con a parte máis pesada que só pesa 46 kg—permitindo a montaxe e desmontaxe rápidas por un equipo pequeno.

III. Procedemento de elevación
O proceso de elevación do interruptor de alta tensión usando este dispositivo é o seguinte:
Primeiro, os traballadores colocan unha escada aislada contra o perfil de U da base do interruptor. Desde a escada, fixan a placa base da grúa ao perfil de U utilizando ensamblaxes de ruedas guía, con as ruedas engadidas dentro do perfil para prevenir o volcamiento ou a caída.

Despois da instalación da base, dous traballadores montan o soporte do brazo da grúa no coxín de giro SE7, despois fixan a polipasta compacta debaixo del. A continuación, montan secuencialmente o brazo principal, o brazo auxiliar e o cilindro hidráulico. A bomba hidráulica e os botóns de control están situados ao nivel do chan. Unha vez alimentados, os operadores poden realizar operacións de elevación completamente desde o chan.

Ademais, a grúa incorpora un sistema de protección de triple seguridade:

• Aviso de proximidade a alta tensión: Un sensor de campo eléctrico na punta do brazo activa alarmes de voz e freo automático se se viola a distancia de seguridade aos equipos en vivo adxacentes.

• Protección contra sobrecarga: Un sensor de deformación na conexión do cable do gancho monitoriza continuamente o peso da carga e o ángulo de elevación; as violacións activan alarmes e freo automático.

• Protección contra perda de enerxía: En caso de fallo súbito de enerxía durante a elevación, o sistema bloquease automaticamente para evitar a caída da carga.

IV. Ventajas do dispositivo de elevación deseñado

• Integra sensores de campo eléctrico e de deformación para proporcionar avisos de voz en tempo real sobre proximidade a alta tensión e sobrecarga, con frenado automático.

• Dispón dunha base de rodamiento eléctrica articulada que se fija á estrutura de treliça, garantindo un movemento de brazo estable e controlable.

• Os compoñentes estructurais principais (brazo, columna, placa de base) utilizan aleación de titánio, ofrecendo resistencia á corrosión e unha redución significativa de peso.

• O deseño modular permite adaptarse facilmente a varias plataformas, estabelecendo unha base para o desenvolvemento futuro e aplicacións máis amplas.

En resumo, este dispositivo de elevación utiliza aleación de titánio nos compoñentes críticos para reducir drasticamente o peso, presenta unha zonificación funcional racional para facilitar a montaxe/desmontaxe e só require tres persoal para a súa operación. Soluciona eficazmente os desafíos planteados polas limitadas distancias de seguridade e entornos complexos durante a manutención dos interruptores de alta tensión, demostrando unha forte practicidade e potencial para unha adopción xeralizada.