变电站构架攀登组合式绝缘硬梯的设计

国网湖南省电力有限公司输电检修分公司 彭金刚 李智慧 李 鹏 罗昌宏

变且在攀爬构架的过程中无法对作业人员采取有效后备保护，存在高空坠落安全风险。

由于历史原因及设计问题，省内外部分变电站内存在构架上端未安装爬梯的情况，要想在指定作业点完成相关带电作业任务，过去工作人员通过使用踩板等工具才能攀登至作业点。作业人员采用踩板登高的方式进行登高作业，不仅劳动强度大，而且在攀爬构架的过程中无法采取对个人采取有效后备保护，存在高空坠落安全风险[1-2]。

目前常见的变电站母线支架常为门形结构，其构架高度可高达6米以上，一般采用直径为355mm的原型钢材构成。同时对于此类未安装爬梯的变电站，一般来说其基础设施都较为陈旧，较少考虑大型车辆、机械装备进入现场作业的承载力，因此常规的升降作业车难以进入作业现场[3]。为解决一些变电站部分构架未安装爬梯存在的作业风险[4-5]，亟需研发一种变电站构架攀登组合式绝缘硬梯替代传统作业工具，达到全程管控安全风险，减轻作业人员的劳动强度，缩短作业时间，同时该工具也需要便于运输及组装。

1 设计总体思路及机械模块设计

根据功能需求，本文对组合式绝缘硬梯的各个功能模块进行设计，分为机械模块设计、自动控制模块进行设计，在进行仿真分析，分析所设计的组合式绝缘硬梯是否满足设计要求，后期将在条件允许情况下将进行现场试验，进一步检验工具使用性能，进行完善修改（图1）。

图1 组合式绝缘硬梯设计思路

Inventor 是美国AutoDesk公司推出的一款三维可视化实体模拟软件Autodesk Inventor Professional（AIP），目前已推出最新版本AIP2020。该软件包括Autodesk Inventor 三维设计软件，也可以直接在Autodesk Inventor 软件中进行应力分析。根据实际使用需求，设计团队利用Inventor进行组合式绝缘梯机械结构设计，所设计的变电站构架攀登组合式绝缘硬梯构形如图2所示，示意图编号分别表示：1电磁铁A、2梯头架垂直撑杆、3伸缩电动推杆、4电磁铁B、5折叠式绝缘硬梯、6脚扣、7梯头架水平撑杆、8构架抱箍、9推杆抱箍。

所设计的变电站构架攀登组合式绝缘硬梯主要由两个电磁铁、梯头架、驱动推杆、折叠式绝缘硬梯、脚扣、抱箍等部件组成。绝缘推杆底端通过推杆抱箍与梯头架底部水平横档螺纹接头相连接，同时绝缘推杆顶端与底端分别连接一个可控电磁铁，用以吸附变电站构架。脚扣与梯头架水平撑杆、构架抱箍相连接，与整个梯头架垂直撑杆通过两组弹簧呈近似90°连接。驱动推杆内部包括驱动电机及伸缩弹簧，用以给驱动推杆施加向上的动力。梯头架垂直撑杆底端与一组折叠式绝缘硬梯相连接。

图2 组合式绝缘硬梯结构设计图

图3 组合式绝缘硬梯使用示意图

为了实现绝缘硬梯的轻量化与便携要求，同时作业环境邻近带电设备，本组合式绝缘硬梯的折叠梯子主要是由玻璃钢与绝缘绳环连接制作，绝缘硬梯采用1～2米每节设计，上下可连接可以达到使用时展开，使用完毕折叠的目的。在梯头部份采用铝合金制作，在保证梯头承力结构强度的同时，也有力减小装置的重量，安装方便，底节也可以补充抱箍固定。

2 控制模块设计及仿真运动分析

利用所设计的组合式绝缘硬梯在攀爬梯变电站构架进行仿真攀爬作业方式如图3所示，利用梯头架与两个电磁铁相互配合，当梯头架底端电磁铁B 吸附在变电站构架时，此时脚扣受力固定住整个梯头架，伸缩电动推杆向上延伸，推动顶端电磁铁A 向上移动一段距离后到达指定点；此时顶端电磁铁A吸附固定在变电站构架，底端电磁铁B 松开构架，同时伸缩电动推杆内的弹簧被压缩回弹，带动电动推杆下部分及梯头架向上提升，之后底端电磁铁B又回到初始状态。经过重复以上两个步骤，组合式绝缘硬梯就能自主完成攀爬任务，带着折叠式绝缘硬梯攀爬构架，顺利施放硬梯供给作业人员攀爬，在组合式绝缘梯到达指定作业高度后，作业人员通过绝缘梯上下构架，其过程可以利用安全围带全程管控安全风险。

综上所述，本文所设计的组合式绝缘硬梯可以满足在变电站进行高空作业特殊情况下的使用要求，能使梯子牢固的定在变电站构架柱上，作业人员在攀爬构架的过程中改变传统作业爬梯带来的体力消耗大，安全系数低的情况，作业完毕通过控制器实现绝缘硬梯自主下塔。此外，由于本组合式绝缘硬梯的可折叠功能极大的节约了在作业中需要的空间，增加了作业便携性。

项目成果在合作兄弟单位变电站场地进行了现场试用，使用过程如下：将组合式绝缘梯梯头放置在门型构架上，让梯子磁吸式装置吸附在铁塔上，整体受力良好；利用控制器控制整体梯子沿着构架柱带着折叠式绝缘硬梯向上攀登，一旦抵达指定位置，按下暂停键，让梯头脚扣自锁装置受力锁住梯头在指定位置，同时地面作业人员锁定绝缘硬梯下半部分，此时高空作业人员沿着绝缘硬梯实现快速登高进行作业；作业完毕后人员先下塔，同时解除绝缘梯头的闭锁，通过遥控让绝缘硬梯缓缓下塔，达到作业目的。

3 结语

通过所研制的变电站构架攀登组合式绝缘硬梯，能够自主沿梯作业，替代利用踩板上下，有效解决了作业人员利用踩板登高没有后备保护的安全风险，同时也降低了劳动强度；同时充分考虑了变电站检修的作业环境，工具材料特性满足邻近带电设备检修的安全性。工具分段设计，运输方便、组装简单。人员通过绝缘梯上下构架，其过程可以利用安全围带全程管控安全风险。沿梯作业也能降低作业人员的劳动强度，缩短作业时间。