Разработка подъемного устройства для высоковольтных разъединителей в сложных условиях

В электроэнергетических системах высоковольтные разъединители на подстанциях страдают от старения инфраструктуры, сильной коррозии, увеличения дефектов и недостаточной пропускной способности основного проводящего контура, что значительно снижает надежность электроснабжения. Срочно необходимо провести техническую модернизацию этих длительное время эксплуатируемых разъединителей. При проведении таких модернизаций, чтобы избежать прерывания электроснабжения потребителей, обычно только байт, подлежащий модернизации, выключается, в то время как соседние байты остаются под напряжением. Однако этот режим работы часто приводит к недостаточному расстоянию между оборудованием, подлежащим модернизации, и близлежащими находящимися под напряжением компонентами, что не соответствует требованиям безопасности при выполнении подъемных работ на месте—что создает значительные трудности для нормального проведения ремонтных работ. Особенно когда соседние байты не могут быть обесточены, большие краны не могут выполнять подъемные задачи из-за ограничений пространства.

Для обеспечения установки и обслуживания разъединителей в таких сложных условиях мы проанализировали проблемы на месте и предложили разработку специального подъемного устройства, адаптированного для работы с разъединителями в условиях ограниченного пространства, тем самым предоставляя надежную поддержку для обслуживания электрооборудования.

На основе требований к проектированию и после изучения различных конфигураций малых кранов, а также учитывая конкретную среду установки высоковольтных разъединителей на 110 кВ, мы определили, что монтаж подъемного механизма непосредственно на базовую конструкцию разъединителя обеспечивает лучшую устойчивость, устраняет ограничения, связанные с условиями грунта, лучше адаптируется к сложным площадкам и позволяет быструю сборку и разборку командой из трех человек (как показано ниже).

I. Проектирование механизмов крана

Согласно функциональным различиям, механизмы крана можно разделить на четыре основные системы: подъемная, передвижная, поворотная и стреловая.

(1) Подъемный механизм
Подъемный механизм состоит из приводного устройства, устройства для захвата груза, системы растяжек троса и вспомогательных/безопасностных устройств. Источниками питания являются электродвигатели или двигатели внутреннего сгорания. Система тросов состоит из тросов, барабанов и комбинации подвижных и неподвижных блоков. Устройства для захвата груза представлены в различных формах—например, петли, траверсы, крюки, электромагнитные захваты и грейферы. Учитывая требования к проектированию и условия подъема разъединителей—и ссылаясь на доступные на рынке малые краны—мы выбрали компактный лебедочный привод и крюк в качестве устройства для захвата груза.

(2) Передвижной механизм
Передвижной механизм регулирует горизонтальное положение крана, чтобы оптимизировать рабочее размещение. Обычно он включает систему поддержки передвижения и систему привода. В нашем дизайне используется система поддержки на рельсах, где стальные колеса движутся по швеллерам базы разъединителя. Этот подход обеспечивает низкое сопротивление качению, высокую грузоподъемность, хорошую адаптивность к окружающей среде и легкость изготовления и обслуживания. Учитывая ограниченное горизонтальное расстояние передвижения, система привода является ручной для простоты использования.

(3) Поворотный механизм
Поворотный механизм состоит из поворотного подшипника и приводного устройства. Поворотный подшипник поддерживает вращающуюся верхнюю часть на фиксированном вертикальном столбе, обеспечивая стабильное вращательное движение и предотвращая опрокидывание или отделение. Привод поворота обеспечивает момент вращения и противодействует силам сопротивления при повороте.

(4) Стреловой механизм
У кранов с стрелой горизонтальное расстояние между осью поворота и центральной линией устройства для захвата груза называется "радиус". Стреловой механизм регулирует этот радиус. В зависимости от операционных характеристик стреловые механизмы делятся на операционные и неоперационные.

Операционное изменение радиуса происходит под нагрузкой и используется для регулировки радиуса во время подъема—например, чтобы избежать столкновений между несколькими кранами или точно выровнять с рабочими местами—что требует более высоких скоростей изменения радиуса для повышения эффективности.

Неоперационное изменение радиуса происходит без нагрузки, главным образом, для позиционирования крюка перед подъемом или для складывания стрелы для транспортировки. Такие операции происходят редко и используют более низкие скорости изменения радиуса.

II. Весовые характеристики компонентов подъемного оборудования
Поскольку это подъемное устройство представляет собой модульный, переносной малый кран, вес компонентов имеет критическое значение. Избыточный вес может затруднить установку командой из 2–3 человек, что может помешать успешному развертыванию. Поэтому ключевые компоненты были изготовлены из титанового сплава, а самый тяжелый элемент весит всего 46 кг—что позволяет быстро собирать и разбирать оборудование небольшой командой.

III. Процедура подъема
Процесс подъема высоковольтного разъединителя с использованием этого устройства следующий:
Сначала рабочие устанавливают изолирующую лестницу на швеллер базы разъединителя. С лестницы они закрепляют основание крана на швеллере с помощью зажимных сборок с направляющими колесами, которые входят в швеллер, предотвращая опрокидывание или падение.

После установки основания двое рабочих монтируют опору стрелы крана на поворотный подшипник SE7, затем фиксируют компактную лебедку под ним. Затем последовательно собирают основную стрелу, вспомогательную стрелу и гидроцилиндр. Гидравлический насос и кнопки управления расположены на уровне земли. После подачи питания операторы могут выполнять подъемные операции полностью с земли.

Кроме того, кран включает тройную систему защиты:

• Предупреждение о близости к высокому напряжению: датчик электрического поля на конце стрелы активирует голосовые предупреждения и автоматическое торможение, если нарушено безопасное расстояние до близлежащего находящегося под напряжением оборудования.

• Защита от перегрузки: датчик напряжения на соединении троса с крюком постоянно контролирует вес груза и угол подъема; нарушения вызывают предупреждения и автоматическое торможение.

• Защита от потери питания: в случае внезапного отключения питания во время подъема система автоматически блокируется, предотвращая падение груза.

IV. Преимущества разработанного подъемного устройства

• Интеграция датчиков электрического поля и деформации для предоставления в реальном времени голосовых предупреждений о близости к высокому напряжению и перегрузке с автоматическим торможением.

• Наличие базы на электрическом поворотном подшипнике, закрепленной на ферменной структуре, что обеспечивает устойчивое и контролируемое движение стрелы.

• Основные конструктивные элементы (стрелы, колонны, основания) выполнены из титанового сплава, что обеспечивает коррозионную стойкость и значительное снижение веса.

• Модульная конструкция позволяет легко адаптироваться к различным платформам, создавая основу для будущего развития и более широкого применения.

В целом, это подъемное устройство использует титановые сплавы для ключевых компонентов, что значительно снижает вес, имеет рациональное зонирование функций для легкой сборки/разборки и требует всего трех человек для эксплуатации. Оно эффективно решает проблемы, связанные с ограниченными безопасными расстояниями и сложными условиями при обслуживании высоковольтных разъединителей, демонстрируя высокую практичность и потенциал для широкого применения.