Utveckling av en lyftanordning för högspänningsavkopplare i komplexa miljöer

I kraftsystem är högspänningskopplingar i ombordtagningsstationer drabbade av åldrande infrastruktur, allvarlig korrosion, ökande defekter och otillräcklig strömföringskapacitet i huvudledningen, vilket betydligt minskar tillförlitligheten på strömförsörjningen. Det finns ett akut behov av att genomföra tekniska uppgraderingar på dessa länge i drift varande kopplingar. Under sådana uppgraderingar, för att undvika avbrott i kundens strömförsörjning, är det vanligt att endast placera den uppdaterade båsen under underhåll medan intilliggande båser hålls eldade. Dock resulterar denna driftläge ofta i otillräcklig avstånd mellan den underhålles utrustning och närliggande levande komponenter, vilket inte uppfyller säkerhetsavstånds kraven för lyftningsoperationer på plats - vilket innebär stora utmaningar för normalt underhållsarbete. Särskilt när intilliggande båser inte kan stängas av, kan stora kranar inte utföra lyftuppgifter på grund av rymdbegränsningar.

För att möjliggöra installation och underhåll av kopplingar i sådana komplexa miljöer har vi analyserat de pågående utmaningarna och föreslår design och utveckling av en specialiserad lyftanordning anpassad för hantering av kopplingar under begränsade förhållanden, vilket ger starkt stöd för underhåll av elkraftutrustning.

Baserat på designkrav och efter att ha granskat olika små krankonfigurationer, och med hänsyn till den specifika 110 kV högspänningskopplingars installationsmiljö, fastställde vi att montering av lyftmaskinen direkt på kopplingens basstruktur erbjuder bättre stabilitet, eliminerar begränsningar i markförhållanden, anpassar sig bättre till komplexa platser, och möjliggör snabb montering och demontering av en tre person personal (som illustreras nedan).

I. Kranmekanismers design

Enligt funktionsskillnader indelas kranmekanismer i fyra huvudsakliga system: lyft-, rörelse-, sväng- och lutningsmekanismer.

(1) Lyftmekanism
Lyftmekanismen består av en drivenhet, lasthanteringsenhet, trådarrangemang och hjälp/säkerhetsenheter. Kraftkällor inkluderar elektriska motorer eller inombordsbrännersmotorer. Trådsystemet består av trådar, trummar och en kombination av rörliga och fasta block. Lasthanteringsenheter kommer i olika former—som lyfte, spredare, harkanger, elektromagnetiska lyftare och grepp. Med hänsyn tagen till designkrav och kopplingslyftsmiljö—and refererar till kommersiella små kranar—valde vi en kompakt vinda som drivaggregat och en harkangel som lasthanteringsenhet.

(2) Rörelsemekanism
Rörelsemekanismen justerar kranens position horisontellt för att optimera arbetsplacering. Den inkluderar vanligtvis ett rörelsestödssystem och ett drivsystem. Vår design använder ett rälsstyrt stödssystem, där stålshuvud kör längs kanalstål på kopplingens bas. Denna metod erbjuder låg rullmotstånd, hög lastkapacitet, stark miljöanpassning och enkel tillverkning och underhåll. Eftersom den horisontella rörelsedistansen är begränsad, styrs drivsystemet manuellt för enkelhet.

(3) Svängmekanism
Svängmekanismen består av en svänglagerenhet och en svängdrivenhet. Svänglagret stöder den roterande överstrukturen på den fasta vertikala pelaren, vilket garanterar stabil rotationsrörelse och förhindrar omkippning eller lossning. Svängdrivningen ger moment för rotation och motverkar resistenskrafter under svängning.

(4) Lutningsmekanism
I booms-kranar kallas det horisontella avståndet mellan svängcentrallinjen och lasthanteringsenhetens centrallinje för "radie". Lutningsmekanismen justerar denna radie. Baserat på driftkarakteristika klassificeras lutningsmekanismer som antingen driftsäker eller icke-driftsäker.

Driftsäker lutning sker under last och används för att justera radien under lyft—for example, för att undvika kollisioner mellan flera kranar eller för att exakt justera med arbetsplatser—vilket kräver högre lutningshastigheter för att öka effektiviteten.

Icke-driftsäker lutning sker utan last, främst för att positionera harkangelen innan lyft eller för att fällda boomen för transport. Sådana operationer är sällsynta och använder lägre lutningshastigheter.

II. Viktöverväganden för lyftutrustningskomponenter
Eftersom denna lyftanordning är en modulär, flyttbar liten kran, är komponentvikten kritisk. Överdriven vikt skulle hindra installation av en 2–3 personpersonal, vilket potentiellt skulle förhindra framgångsrik distribution. Därför tillverkades nyckelkomponenter av titanlegering, med den tyngsta enskilda delen vägande bara 46 kg—vilket möjliggör snabb montering och demontering av en liten grupp.

III. Lyftprocedur
Lyftprocessen för högspänningskopplingen med denna enhet är följande:
Först placerar arbetarna en isolerad stege mot kanalstål på kopplingens bas. Från stolen fäster de kranens basplatta till kanalstål med hjälp av guidehjuls klampanordningar, med guidehjul engagerade inuti kanalen för att förhindra tipsning eller fall.

Efter basinstallation monterar två arbetare kranens boomsupport på SE7 svänglager, sedan fäster de den kompakta vindan under den. Sedan monterar de successivt huvudboomen, hjälpboomen och hydraulcylindern. Hydraulpumpen och kontrollknapparna finns på marknivå. När den är ansluten kan operatörer utföra lyftoperationer helt från marken.

Dessutom inkluderar kranen ett trippelskyddssystem:

• Högspänningsnärhet varning: En elektrisk fält sensor vid booms topp utlöser röstalarmer och automatisk bromsning om säkert avstånd till närliggande levande utrustning överträds.

• Överbelastningsskydd: En spänningsensor vid harkangelns trådförbindelse övervakar konstant lastvikt och lyftvinkel; överträdelser utlöser alarmer och automatisk bromsning.

• Strömavbrottskydd: I fall av plötsligt strömavbrott under lyft, låser systemet automatiskt för att förhindra lastfall.

IV. Fördelar med det utformade lyftanordningen

• Integrerar elektriska fält- och spänningsmätare för att ge realtidsvarningar vid högspänning i närheten och överbelastning samt automatisk bromsning.

• Har en elektrisk svängningslagerbas som är fastklämd till stolpestrukturen, vilket säkerställer stabil och kontrollerbar rörelse av armen.

• De viktigaste strukturella komponenterna (arm, stolpe, basplatta) använder titanlegering—vilket ger korrosionsbeständighet och betydande viktreduktion.

• Modulär design möjliggör enkel anpassning till olika plattformar, vilket lägger grunden för framtida utveckling och bredare tillämpningar.

Sammanfattningsvis använder denna lyftanordning titanlegering för kritiska komponenter för att drastiskt minska vikten, har en rationell funktionszonering för enkel montering/avmontering, och kräver bara tre personer för drift. Den löser effektivt de utmaningar som begränsade säkerhetsavstånd och komplexa miljöer medför under underhåll av högspänningskoppar, vilket visar stark praktiskhet och potential för bred användning.