苏通GIL综合管廊工程专用运输车和安装机具的开发

2020-04-18郝建光马卫华周万骏

电力安全技术 2020年2期

郝建光，马卫华，周万骏

(1.太原重工股份有限公司技术中心，山西太原 030000；2.国家电网有限公司交流建设分公司，北京 100088)

0 引言

苏通GIL ( gas-lnsulated metal enclosed tansmission line，气体绝缘金属封闭输电线路)综合管廊工程是华东特高压交流环网闭环的最后一个环节，是整个项目的标志性工程。工程采用盾构管廊方式，输电电压1 000 kV、长度5.8 km，管廊从江底穿越长江主航道，两侧通过竖井和地面引接站与架空线路相连。管廊南北两端高、中部低、最大坡度5 %，是国内首个采用过江管廊GIL方式长距离输电项目，至今为止国际上尚无先例。管廊横断面见图1，两侧分别设置3相GIL输电管路，用支架支撑，顶部设风机保证通风。GIL单元数据见表1。

表1 GIL单元参数

由于管廊内空间受限，最大运输空间宽4 m、高4.75 m。传统起重和运输设备，如汽车起重机、履带起重机等吊装设备无法起臂和回转，常规运输车辆无法掉头，也无法将GIL单元摆放到支架上。采用专用运输车(下称运输车)和安装机具来完成GIL管线的运输和安装就成为工程的唯一选择。由于工程无类似先例参考，根据管廊GIL的布置形式，制定合理的安装工艺，开发相应设备就成为项目的关键。

1 运输轨道

根据GIL最终布置方案，为使GIL管线密封面最少、绝缘气体泄漏的概率最小，波纹管布置于GIL单元端部，在三相管线中呈大三角错位布置。因此由表1可知，带波纹管的GIL单元重心在靠近波纹管一侧，偏心严重，这增加了运输、安装设备的设计难度。综合考虑安全可靠、定位准确、轮压大、操控方便等方面需求，运输车采用轨道运输方式，同时GIL单元的运输预就位和对接安装分步进行，避免交叉作业、互相干扰。基于上述情况，确定了轨道铺设要求、运输车和安装机具的技术参数、功能、组成和实现方法。

为了保证运输中GIL单元三轴加速度之和不大于三倍重力加速度的要求，同时不影响其他工程车辆的行走和正常作业，最终选择采用50 kg/m，25 m定尺轨、无缝线路、整体道床结构，轨道具备调整能力，轨道上平面与地面平齐，两根轨道的中心距离为2 000 mm，在轨道内侧空出轮缘槽，保证车轮运行。轨道铺设结合了起重机和铁路轨道铺设标准，铺设精度满足以下要求。

(1) 轨距中心与管廊中心尽可能重合，偏差不应大于±20 mm。

(2) 轨距偏差不应超过+3 mm，-2 mm。

(3) 单根轨道在10 m弦长上，轨向偏差、高低偏差均不得超过4 mm。

(4) 两根轨道顶面的相对高差不超过4 mm。

(5) 在基长6.25 m，两轨扭曲不在一个平面上，扭曲偏差不得超过4 mm。

(6) 轨道竖曲线的最小半径140 m。

(7) 采用圆柱车轮，踏面不产生侧向力，轨道不设轨底坡。

(8) 轨道施工测量采用CPIII敷设铺轨基准。受竖井和管廊空间限制，轨道铺设采用专用支承机具保证安装精度，用化学螺栓满足抗拔力要求保证轨道压板的扣紧力。

2 GIL运输车的技术参数、组成、功能及特点

运输车采用蓄电池供电，能满足一次性运输三相GIL单元(同时左侧或右侧)，另一侧留出安全通道保证人员通行安全，通道宽度650 mm。在通道外将GIL管装到运输车上，由运输车运输到要求位置并托放于支架上，满足GIL管的预就位要求；检修时能将单根GIL管道移出和复位。图2为装有3根GIL管的运输车。GIL主要有18 m，15 m，9 m三种长度，带波纹管的GIL单元长度均为18 m。运输车主要性能参数见表2。

运输车主要由车架结构、行走机构、司机室、臂架系统、支腿、动力电池、液压系统、电气系统、撒砂系统等组成。车分前后车，中间铰接，前后车分别设司机室、动力电池和泵站；前后车电气和液压通过快速接头实现连接，互为冗余。管廊有坡度、圆弧和转弯，最大坡度5 %，转弯半径1 100 m，竖曲线圆弧半径140 m。由于最大坡度大于目前国内现有火车轨道的最大坡度4.25 %，受使用条件和用途的限制，该运输车与常规起重机和火车相比有诸多特点。

表2 运输车主要性能参数

2.1 行走机构

行走机构采用全轮驱动增大摩擦力，保证上下坡起、制动时不产生打滑；前后车中间铰接，各有4个车轮，车轮采用圆柱踏面，内侧轮缘；四个车轮装在一个刚性车架上，可以保证该行走单元无多余约束；因为同时与轨道接触的车轮轮缘不会超过两个，在出现轨道和轮缘摩擦时通过电控系统的软特性对车辆行走机构进行调整，保证车的正常工作。车轮采用内侧轮缘保证车不会因轮缘侧向力产生外八字现象。

2.2 臂架系统及支腿

前车设置有2套臂架，后车设置有1套臂架；前车两臂架中心间距为3 858 mm，后车臂架与前车相邻臂架的中心间距为8 142 mm，可适应5～18.5 m内不同长度GIL单元的运输和预就位。臂架系统由运输支架、顶升机构、推出机构和回转机构组成。运输支架有三层托盘分别用于承载三相GIL单元，每个托盘上有橡胶垫，用于缓冲运输过程中由轨面不平因素对GIL单元造成的冲击，可消除因管廊弯曲段和坡道衔接段对GIL单元的影响。顶升、推出机构采用油缸驱动，伸缩臂结构，装置下方为手动回转装置，通过回转和定位装置保证只有2套臂架工作，保证臂架能满足两侧GIL管的运输就位。

与臂架对应每侧设3个支腿，两侧共6个支腿，支腿均靠近臂架回转中心，保证车架受力好、稳定性高。支腿具有水平伸缩和垂直伸缩功能，水平伸缩采用矩形结构，垂直支腿为液压油缸和可摆动的支脚盘。在坡道工作时，支腿不仅可以保证载管侧推出就位时整车的稳定性，也能克服因坡度产生的分力。在预就位过程中将运输GIL管单元一侧的支腿水平伸出并支地，保证整车的抗倾覆稳定性。采用支腿方式保证整车稳定性，在降低整车重量的同时也减小了蓄电池容量。

2.3 液压系统

液压系统为臂架系统和支腿提供动力，分前车和后车两套系统，前车为两套臂架四个支腿提供动力，后车为一套臂架和两个支腿提供动力。前后车两套泵站间有应急管路接口，如其中一套泵站的电机或主泵故障，可通过前后车泵站共享动力，使两套系统互为冗余，但各液压机构的速度减半。泵站采用液控变量泵+负载敏感比例多路阀的开式液压系统为臂架顶升油缸、推出油缸，支腿水平和垂直油缸提供动力。臂架水平伸缩机构由一个安装在水平伸缩臂内部的水平伸缩油缸驱动，由负载敏感多路阀控制，前后半车的水平伸缩臂通过水平伸缩位移传感器，进行自动同步控制。水平支腿油缸与垂直支腿油缸由两联多路阀控制。设有液压监控保护系统，对电液比例阀、油温、油位、油压进行监测，实现对系统的保护。

2.4 电气系统

电气系统由动力电池组、机载电脑、控制器、操作手柄、无线遥控接收器、行走电机、电机控制器、泵站电机、垂直升降和水平伸缩长度传感器等组成。动力系统采用安全性高、热稳定性好的磷酸铁锂电池，额定容量172.2 Ah，标称电压576 VD C，额定能量99.2 kW。动力电池有安全管理系统，通过电压、电流、温度等数据的实时采集，进行监测和故障诊断。前后车司机室均配有机载电脑、控制器和可编程设备，以实现逻辑控制、自适应控制、自诊断、报警等功能。机载电脑可随时展现整车运行状态、报警诊断结果、简易故障处理方式及设备健康管理信息。臂架系统可通过位移传感器精确测量油缸行程，保证对任一对臂架的同步控制。操作机构设有使能按键，机构间有时序连锁，前后车司机室操纵系统互锁，保证同时只有一套有效，且只能在车静止状态下进行切换；行走机构操作与臂架系统、支腿机构操作互锁，保证行走机构的操作与水平伸缩机构、垂直升降机构和支腿机构的操作同时只能有一个有效，避免因误操作造成事故。行走机构设有防碰撞主动制动系统，整车有远程数据传输功能，可将设备的实时位置信息、故障信息、运行数据传至远程服务器，提供给管廊总控室，方便总调调控。

3 安装机具组成及主要特点

安装机具的主要任务是对运输车托放于支架上的GIL单元进行精细对接调整。如图3所示，每2台安装机具构成一组，2台机具配合动作实现管的旋转、轴向及前后、上下调节，满足GIL单元的对接调整和穿螺栓要求。当GIL单元一端带有波纹管时，因波纹管重量大，重心在靠波纹管侧，所以一台安装机具要尽量靠近波纹管，保证调整就位过程中GIL单元的稳定性。旋转和轴向调整时两台机具必须同步进行、其余调整可同步也可独立动作。安装机具主要性能参数见表3。

表3 安装机具主要性能表

安装机具的特点是两台安装车配合动作，通过联动满足GIL单元在上下、轴向、径向、旋转四向调节对位。每台车有独立的电液系统，可以单控，也可以一个遥控器控制两台车满足调整要求。

3.1 安装机具的组成和结构特点

安装机具主要由底盘、调整支架、液压系统和电气系统组成。底盘是调整支架的行走载体，由车架结构和行走机构组成；行走机构由驱动装置、主动轮、转向机构、转向车轮组成，通过行走和转向满足管单元间的轴向移动和定位。车架结构内侧设调整支架导向槽，保证支架推出和收回过程中均有导向；泵站和电控箱布置在车架前后两端。推出油缸的一端连在车架结构上，另一端连在调整支架上，通过油缸伸缩实现调整支架的推出和收回。调整支架主要由支架体及垂直升降、水平轴向调整、水平径向调整、旋转调整机构组成。在上中下GIL单元的调整过程中要先将管托垂直移动到待调整管的要求位置，然后推出调整支架使管托移动到GIL单元下方，托住GIL单元进行调整。调整支架在GIL单元之间升降时速度高、定位粗即可，但GIL单元对接调整时要求高精度。调整支架的所有机构均设有导向，保证在坡道上调整对位的准确性。各机构运动方式如下：升降机构带动轴向调整支架在支架体中上下运动，轴向机构带动径向调整支架在轴向调整支架中轴向运动，径向调整机构带动旋转调整支架在径向支架中前后移动，旋转机构油缸推动托管座在旋转调整支架的环形导槽内转动，带动管实现调整。

3.2 液压系统

液压系统通过泵站为升降调整、水平轴向调整、水平径向调整、旋转调整及调整支架推出机构提供动力。泵站采用变量泵，负载敏感反馈多路阀对油缸提供动力，实现上下、轴向、径向、旋转四向调节对位。泵站设大、小排量两台泵用来满足快速移动和精确调整两种对位要求，所有液压驱动机构采用电液比例控制，控制精度高，运行平稳并带有斜坡功能。

3.3 电气系统

安装机具采用管廊内380 V AC电源，车上设24 V电源及控制器。除行走机构外，其他机构采用无线遥控/手持线控方式，两台安装车均配有控制系统且具有良好的联动性能，两台车的所有相同液压驱动机构都可以实现机构联动，为保证轴向移动机构和旋转机构联动的同步性，相应油缸带有长度传感器，保证控制精度。电控箱设显示屏，可随时显示车的工作状态、工作压力及各机构位置，实现机构检测、自诊断、报警及故障处理方法。