Phát triển Thiết bị Nâng cho Công tắc Cách ly Điện áp Cao trong Môi trường Phức tạp

Trong hệ thống điện, các cầu dao cao áp trong trạm biến áp đã gặp phải tình trạng cơ sở hạ tầng già cỗi, ăn mòn nghiêm trọng, tăng số lượng khuyết tật và khả năng dẫn dòng điện của mạch dẫn chính không đủ, làm giảm đáng kể độ tin cậy cung cấp điện. Có nhu cầu cấp bách để thực hiện cải tạo kỹ thuật cho những cầu dao đã hoạt động lâu năm này. Trong quá trình cải tạo, để tránh gián đoạn cung cấp điện cho khách hàng, cách tiếp cận thông thường là chỉ đặt phần cần cải tạo vào chế độ bảo dưỡng trong khi giữ các phần lân cận vẫn có điện. Tuy nhiên, cách vận hành này thường dẫn đến khoảng cách không đủ giữa thiết bị đang được cải tạo và các bộ phận có điện gần đó, không đáp ứng yêu cầu về khoảng cách an toàn cho việc nâng hạ tại hiện trường—đặt ra thách thức lớn cho công tác bảo dưỡng bình thường. Đặc biệt, khi các phần lân cận không thể ngắt điện, các cần cẩu lớn không thể thực hiện nhiệm vụ nâng hạ do hạn chế về không gian.

Để cho phép lắp đặt và bảo dưỡng cầu dao trong những môi trường phức tạp như vậy, chúng tôi đã phân tích các thách thức tại hiện trường và đề xuất thiết kế và phát triển một thiết bị nâng chuyên dụng dành riêng cho việc xử lý cầu dao trong điều kiện hạn chế, từ đó cung cấp hỗ trợ mạnh mẽ cho công tác bảo dưỡng thiết bị điện.

Dựa trên yêu cầu thiết kế và sau khi xem xét nhiều cấu hình cần cẩu nhỏ khác nhau, và xem xét môi trường lắp đặt cụ thể cho cầu dao cao áp 110 kV, chúng tôi xác định rằng việc gắn máy nâng trực tiếp lên kết cấu nền của cầu dao mang lại sự ổn định vượt trội, loại bỏ hạn chế về điều kiện mặt đất, thích ứng tốt hơn với các địa điểm phức tạp, và cho phép lắp ráp và tháo dỡ nhanh chóng bởi một nhóm ba người (như được minh họa dưới đây).

I. Thiết kế Cơ chế Cần cẩu

Theo sự khác biệt về chức năng, các cơ chế cần cẩu được phân thành bốn hệ thống chính: nâng, di chuyển, xoay và điều chỉnh góc.

(1) Cơ chế Nâng
Cơ chế nâng bao gồm đơn vị truyền động, thiết bị xử lý tải, hệ thống dây cáp và các thiết bị phụ trợ/an toàn. Nguồn điện có thể là động cơ điện hoặc động cơ đốt trong. Hệ thống dây cáp bao gồm dây cáp, bộ cuộn dây, và sự kết hợp của các ròng rọc di động và cố định. Thiết bị xử lý tải có nhiều dạng—như mắt neo, thanh phân tán, móc, thiết bị nâng điện từ, và kẹp. Xét đến yêu cầu thiết kế và môi trường nâng cầu dao—and tham khảo các cần cẩu nhỏ thương mại—we chọn một tời nhỏ gọn làm đơn vị truyền động và móc làm thiết bị xử lý tải.

(2) Cơ chế Di chuyển
Cơ chế di chuyển điều chỉnh vị trí của cần cẩu theo chiều ngang để tối ưu hóa vị trí làm việc. Nó thường bao gồm hệ thống hỗ trợ di chuyển và hệ thống truyền động. Thiết kế của chúng tôi sử dụng hệ thống hỗ trợ chạy theo ray, nơi bánh thép chạy dọc theo thép U của nền cầu dao. Cách tiếp cận này mang lại lực ma sát lăn thấp, tải trọng cao, khả năng thích ứng môi trường mạnh, và dễ sản xuất và bảo dưỡng. Do khoảng cách di chuyển ngang hạn chế, hệ thống truyền động được vận hành bằng tay để đơn giản hóa.

(3) Cơ chế Xoay
Cơ chế xoay bao gồm bộ phận ổ bi xoay và đơn vị truyền động xoay. Bộ phận ổ bi xoay hỗ trợ cấu trúc trên quay trên cột đứng cố định, đảm bảo chuyển động xoay ổn định và ngăn chặn lật đổ hoặc tách rời. Đơn vị truyền động xoay cung cấp mô men xoắn cho chuyển động xoay và chống lại lực cản trong quá trình xoay.

(4) Cơ chế Điều chỉnh Góc
Trong các cần cẩu kiểu cần, khoảng cách ngang giữa đường tâm xoay và đường tâm thiết bị xử lý tải được gọi là "bán kính." Cơ chế điều chỉnh góc điều chỉnh bán kính này. Dựa trên đặc điểm hoạt động, cơ chế điều chỉnh góc được phân thành hai loại: hoạt động và không hoạt động.

Cơ chế điều chỉnh góc hoạt động diễn ra khi có tải và được sử dụng để điều chỉnh bán kính trong quá trình nâng—for example, để tránh va chạm giữa nhiều cần cẩu hoặc để căn chỉnh chính xác với bàn làm việc—yêu cầu tốc độ điều chỉnh góc cao hơn để cải thiện hiệu quả.

Cơ chế điều chỉnh góc không hoạt động diễn ra khi không có tải, chủ yếu để định vị móc trước khi nâng hoặc gấp cần để vận chuyển. Những hoạt động này ít xảy ra và sử dụng tốc độ điều chỉnh góc thấp hơn.

II. Xem xét Trọng lượng của Các Thành Phần Thiết bị Nâng
Vì thiết bị nâng này là một cần cẩu nhỏ gọn, mô-đun, trọng lượng của các thành phần rất quan trọng. Trọng lượng quá lớn sẽ cản trở việc lắp đặt bởi một đội 2–3 người, có thể ngăn cản việc triển khai thành công. Do đó, các thành phần chính được chế tạo từ hợp kim titan, với phần nặng nhất chỉ nặng 46 kg—cho phép lắp ráp và tháo dỡ nhanh chóng bởi một đội nhỏ.

III. Quy trình Nâng
Quy trình nâng cầu dao cao áp bằng thiết bị này như sau:
Đầu tiên, công nhân đặt thang cách điện dựa vào thép U của nền cầu dao. Từ thang, họ cố định đế của cần cẩu vào thép U bằng bộ kẹp bánh hướng, với bánh hướng được gắn trong thép U để ngăn ngừa lật đổ hoặc rơi.

Sau khi lắp đặt đế, hai công nhân lắp đặt giá đỡ cần của cần cẩu lên ổ bi xoay SE7, sau đó cố định tời nhỏ gọn bên dưới nó. Tiếp theo, họ lần lượt lắp ráp cần chính, cần phụ và xy lanh thủy lực. Bơm thủy lực và nút điều khiển được đặt ở mặt đất. Khi có điện, các vận hành viên có thể thực hiện các hoạt động nâng hoàn toàn từ mặt đất.

Ngoài ra, cần cẩu còn tích hợp hệ thống bảo vệ an toàn ba lớp:

• Cảnh báo gần điện áp cao: Cảm biến điện trường ở đầu cần kích hoạt cảnh báo âm thanh và phanh tự động nếu vi phạm khoảng cách an toàn tới thiết bị có điện lân cận.

• Bảo vệ quá tải: Cảm biến căng thẳng tại điểm nối dây cáp của móc liên tục theo dõi trọng lượng tải và góc nâng; vi phạm sẽ kích hoạt cảnh báo và phanh tự động.

• Bảo vệ mất điện: Trong trường hợp mất điện đột ngột trong quá trình nâng, hệ thống tự động khóa để ngăn chặn tải rơi.

IV. Ưu điểm của thiết bị nâng được thiết kế

• Tích hợp cảm biến điện trường và cảm biến ứng suất để cung cấp cảnh báo bằng giọng nói về khoảng cách gần với điện áp cao và quá tải tự động.

• Có đế xoay điện được kẹp vào cấu trúc khung, đảm bảo chuyển động cần ổn định và có thể kiểm soát.

• Các thành phần cấu trúc chính (cần, cột, đế) sử dụng hợp kim titan—đảm bảo khả năng chống ăn mòn và giảm trọng lượng đáng kể.

• Thiết kế mô-đun cho phép dễ dàng thích ứng với nhiều nền tảng, tạo nền móng cho sự phát triển trong tương lai và các ứng dụng rộng rãi hơn.

Tóm lại, thiết bị nâng này sử dụng hợp kim titan cho các thành phần quan trọng để giảm trọng lượng đáng kể, có phân khu chức năng hợp lý để dễ lắp ráp và tháo dỡ, và chỉ cần ba người vận hành. Nó giải quyết hiệu quả các thách thức do khoảng cách an toàn hạn chế và môi trường phức tạp khi bảo dưỡng công tắc cách ly điện áp cao, thể hiện tính thực tiễn mạnh mẽ và tiềm năng được áp dụng rộng rãi.