Ontwikkeling van een hefapparaat voor hoogspanningsafsluiters in complexe omgevingen

In elektriciteitsnetwerken hebben hoge-spanningsafsluiters in transformatorstations te kampen met verouderde infrastructuur, ernstige corrosie, toenemende defecten en onvoldoende stroomdraagcapaciteit van het hoofdgeleidingscircuit, wat de betrouwbaarheid van de elektriciteitsvoorziening aanzienlijk vermindert. Er is een dringende behoefte aan technische upgrades voor deze langdurig in gebruik zijnde afsluiters. Tijdens dergelijke upgrades wordt om de klantenelektriciteitsvoorziening niet te onderbreken, meestal alleen de baan die wordt gerenoveerd, onderhouden terwijl aangrenzende banen onder spanning blijven. Deze werkwijze leidt echter vaak tot ontoereikende ruimte tussen het te renoveren apparaat en nabijgelegen live componenten, waardoor de veiligheidsafstandseisen voor ter plaatse optakelwerkzaamheden niet worden voldaan—wat aanzienlijke uitdagingen oplevert voor normaal onderhouds werk. Vooral wanneer aangrenzende banen niet kunnen worden gedempt, kunnen grote hijskranen geen takelwerkzaamheden uitvoeren vanwege ruimtelijke beperkingen.

Om installatie en onderhoud van afsluiters in dergelijke complexe omgevingen mogelijk te maken, hebben we de ter plaatse uitdagende situaties geanalyseerd en stellen we voor om een gespecialiseerde hefapparatuur te ontwerpen en te ontwikkelen, speciaal aangepast voor het hanteren van afsluiters onder beperkte omstandigheden, waardoor robuuste ondersteuning wordt geboden voor het onderhoud van elektriciteitsapparatuur.

Op basis van de ontwerpeisen en na het overwegen van verschillende configuraties van kleine hijskranen, en rekening houdend met de specifieke 110 kV hoge-spanningsafsluiterinstallatie-omgeving, hebben we bepaald dat het monteren van de hefapparatuur direct op de basisstructuur van de afsluiter superieure stabiliteit biedt, grondcondities elimineert, beter aansluit bij complexe locaties en snelle assemblage en demontage door een team van drie personen mogelijk maakt (zoals hieronder wordt geïllustreerd).

I. Ontwerp van kraanmechanismen

Volgens functionele verschillen worden kraanmechanismen ingedeeld in vier belangrijke systemen: hijs-, bewegings-, draai- en kantelmechanismen.

(1) Hijsmechanisme
Het hijsmechanisme bestaat uit een aandrijfeenheid, een ladinghanteringseenheid, een staalkabelreefsysteem en hulp- en veiligheidssystemen. Energiebronnen zijn elektrische motoren of brandstofmotoren. Het staalkabelsysteem bestaat uit staalkabels, trommelassemblies en een combinatie van beweegbare en vaste blokken. Ladinghanteringseenheden komen in verschillende vormen voor, zoals hijsogen, spreidbalken, haken, elektromagnetische lifters en grijpers. Met inachtneming van de ontwerpeisen en de omgeving waarin de afsluiter wordt getild, en met referentie naar commercieel beschikbare kleine hijskranen, hebben we een compacte winch gekozen als aandrijfeenheid en een haak als ladinghanteringseenheid.

(2) Bewegingsmechanisme
Het bewegingsmechanisme past de horizontale positie van de kraan aan om de werkplaatsoptimalisatie te verbeteren. Het omvat meestal een ondersteunend systeem voor beweging en een aandrijfsysteem. Ons ontwerp gebruikt een railgeleid ondersteunend systeem, waarbij staalwielen over de U-profielstaal van de afsluiterbasis lopen. Deze benadering biedt lage rollweerstand, hoge belastingcapaciteit, sterke aanpassingsvermogen aan de omgeving en eenvoudige productie en onderhoud. Gezien de beperkte horizontale bewegingsafstand, wordt het aandrijfsysteem handmatig bediend voor eenvoud.

(3) Draaimechanisme
Het draaimechanisme bestaat uit een draaiglijdsysteem en een draaiaandrijfeenheid. Het draaiglijdsysteem ondersteunt de draaiende bovenstructuren op de vaste verticale kolom, waardoor stabiele draaiende bewegingen worden gegarandeerd en omkieping of loslaten wordt voorkomen. De draaiaandrijf zorgt voor draaimoment en weerstaat krachten tijdens het draaien.

(4) Kantelemechanisme
Bij kraanarmkranen wordt de horizontale afstand tussen de draaicentraallijn en de ladinghanteringcentraallijn "straal" genoemd. Het kantelemechanisme past deze straal aan. Op basis van operationele kenmerken worden kantelemechanismen geclassificeerd als operationeel of niet-operationeel.

Operationeel kantelen vindt plaats onder belasting en wordt gebruikt om de straal tijdens het tillen aan te passen, bijvoorbeeld om botsingen tussen meerdere kranen te voorkomen of om nauwkeurig te aligneren met werkstations, waarbij hogere kantelsnelheden vereist zijn om de efficiëntie te verbeteren.

Niet-operationeel kantelen vindt plaats zonder belasting, voornamelijk om de haak te positioneren voordat hij wordt getild of om de arm te vouwen voor transport. Dergelijke operaties komen zelden voor en gebruiken lagere kantelsnelheden.

II. Gewichtsoverwegingen van hefapparatuurcomponenten
Aangezien dit hefapparaat een modulair, draagbaar klein kraanapparaat is, is het gewicht van de componenten cruciaal. Te veel gewicht zou de installatie door een 2-3 mansteam bemoeilijken, waardoor een succesvolle implementatie kan worden voorkomen. Daarom zijn de belangrijkste componenten gemaakt van titaniumlegering, met het zwaarste enkel onderdeel slechts 46 kg wegend—waardoor snelle assemblage en demontage door een klein team mogelijk is.

III. Heffingsprocedure
De heffingsprocedure voor de hoge-spanningsafsluiter met dit apparaat is als volgt:
Eerst plaatsen de werknemers een geïsoleerde ladder tegen de U-profielstaal van de afsluiterbasis. Vanaf de ladder bevestigen ze de kraanplaat aan de U-profielstaal met behulp van geleide wielklemassets, waarbij de geleidewielen in de U-profielstaal zijn ingekoppeld om kantelen of vallen te voorkomen.

Na de basisinstallatie monteren twee werknemers de kraanarmondersteuning op de SE7 draaibearing, en bevestigen vervolgens de compacte winch eronder. Vervolgens assembleren ze achtereenvolgens de hoofdarm, de bijbehorende arm en de hydraulische cilinder. De hydraulische pomp en bedieningsknoppen bevinden zich op de grond. Zodra geactiveerd, kunnen de operators de heffingsoperaties volledig vanaf de grond uitvoeren.

Daarnaast heeft de kraan een drievoudig veiligheidsbeschermingssysteem:

• Waarschuwing voor nabijheid van hoge spanning: Een elektrisch veldsensor aan de punt van de arm activeert spraakwaarschuwingen en automatische remmen als de veiligheidsafstand tot nabijgelegen live apparatuur wordt geschonden.

• Overbelastingsbescherming: Een spanningsensor bij de haak-staalkabelverbinding monitort continu het ladinggewicht en het heffingshoek; schendingen activeren waarschuwingen en automatische remmen.

• Stroomuitvalbescherming: In geval van plotseling stroomuitval tijdens het heffen, vergrendelt het systeem automatisch om val van de lading te voorkomen.

IV. Voordelen van het ontworpen hefapparaat

• Integreert elektrische veld- en spanningssensoren om real-time waarschuwingen te geven voor nabijheid aan hoge spanning en overbelasting, met automatische remming.

• Heeft een elektrisch draaigierlagerbasis die vastgeklemd zit aan de brugconstructie, waardoor stabiele en controleerbare bewegingen van de arm worden verzekerd.

• De belangrijkste structuurcomponenten (arm, zuil, basisplaat) zijn gemaakt van titaniumlegering, wat corrosiebestendigheid biedt en aanzienlijk gewichtsvermindering oplevert.

• Modulaire ontwerp stelt eenvoudige aanpassing aan verschillende platforms mogelijk, legt de grondslag voor toekomstige ontwikkeling en bredere toepassingen.

Samengevat gebruikt dit hefapparaat titaniumlegering voor cruciale componenten om het gewicht drastisch te verminderen, heeft een rationele functieverdeling voor gemakkelijke montage/demontage en vereist slechts drie personen voor bediening. Het lost effectief de uitdagingen op die gepaard gaan met beperkte veiligheidsafstanden en complexe omgevingen tijdens het onderhoud van hoge-spanningsverdeler, wat sterke praktische waarde en potentieel voor wijdverspreide toepassing aantoont.