一种新型变电站内狭窄区域轨道运输车的研究应用

2022-12-07国网浙江省电力有限公司超高压分公司解诗锐孙思昂

电力设备管理 2022年22期

关键词：吊机运输车吊架

国网浙江省电力有限公司超高压分公司解诗锐孙思昂陈琦

1 引言

当前，我国对电力产生较大的需求，大型智能电网的构建是电力系统未来的发展趋势，而变电站是电网系统不可或缺的部分。

变电站内大型电气设备在正常使用情况下导致的老化，或偶然因素导致的相关设备损坏，会影响电力系统的稳定运行。变电站现场维修环境具有线路复杂，设备繁多，空间狭窄等特殊性，如何在降低成本的情况下，满足电力系统安全可靠运行是当前亟须解决的问题。

因此，从安全角度进行考量变电站狭窄区域施工，针对电力设备吊装作业的不便之处，研制了一套作业于狭窄区域大件电气设备的轨道运输车，以期解决吊装作业时相邻设备不需陪停，实现电力系统检修过程主网安全稳定运行。

2 吊机设备作业过程的问题

2.1 扩大停电范围

电气设备发生异常、故障需停电更换处理时，由于电力设备物理空间紧凑，容易出现吊机安全作业距离不足的情况，这需要相邻的带电间隔、母线工作陪停，以确保吊机的安全运行。

以某500kV变电站35kV设备为例，单间隔设备与相邻间隔通常为4m，距离最近的只有2.2m；单间隔检修设备距离35kV母线的最小距离为3m，均不满足电力安全规定的施工机械作业安全距离（35kV≥4m，220kV≥6m，）吊机无法进入施工。

因相邻间隔或母线不满足吊机安全作业距离时，只能将相邻间隔或整条母线陪停，扩大了电力设备的停电范围，降低了电力系统安全运行的可靠性。如果遇到陪停的间隔为保供电间隔，不满足陪停条件，则会造成整个检修工作进度的延期，若需检修的设备无法及时更换，会增加电网运行的不稳定性，甚至造成电力系统事故。

2.2 安全隐患

变电站狭窄区域进行检修工作通常需要使用吊机，但受限于变电站设备间空间大小，部分区域无法使小型汽车起重机顺利进入并更换大型电气设备，而且留给吊机的安全作业空间有限，存在触电的安全风险。

变电站内场地地面有电缆盖板、草坪和石子路，这类型路况容易下陷，且电缆盖板承重有限，导致吊机支撑受力情况复杂，增加吊机使用的安全风险。另外，作业人员经验不够丰富，对其监护缺失或实际可操作环境有偏差时，存在安全隐患，易发生安全事故。

3 专用吊架作业中存在的问题

变电站内除了使用吊机进行吊装，通常还会使用一种专用吊架进行吊装。围绕检修设备四周搭建吊架，在吊架顶部装有吊装装置。吊装装置将检修设备拆除吊装至一旁，再运输至空地。此种吊装方式下，吊架在被吊设备周围1m内便可完成组装，吊装平台的使用高度能调整并固定，组装、操作人员在吊架内进行作业，横向、纵向作业距离精准可控[1]。

专用吊架在狭窄区域的实用性更强，但目前仍难以解决的问题是吊装下的电气设备需要靠人力运输至空地，狭窄空间不利于人员安全作业。

由于变电站内地形复杂，道路高低不平，电力设备较重，人力运输吊装拆下的检修设备比较困难，且存在诸多不安全因素，因此研制一套狭窄区域大件电气设备轨道运输车，与专用吊架配套使用对主网安全稳定运行具有重要意义。

4 轨道运输车的关键结构及技术路线

该轨道运输车主要由台车（车架）、驱动装置、平车轮组、连接缓冲装置及供电导电装置、电气控制系统及其相关附件组成。设备采用轨道平台式结构，由电气控制平台车在轨道上做来回运动，达到短距离运输电力设备的目的。

轨道运输车采用电力驱动，电动机的响应性能较机械传动系统要快得多，因此轨道运输车具备良好的加减速能力[2]。整车平台运输适用于狭窄区域电气设备的运输，且该设计能保证平板车装运、运行稳定、安全，无掉轨、卡轨和脱轨等故障，各机构的布置应合理，安装、维护和拆卸更换方便，备品备件易于采购[3]。

4.1 关键结构选型

4.1.1 车轨

车轨是轨道运输车行走的保障，也是整个轨道运输车的基础部件，主要由80m的12#型H型钢作为主要材料，0.1m×0.25m×150m的矩形管作为轨道枕，0.08m×0.4m×0.008m的轨道搭接板作为连接体，不仅能承受车身质量，而且能够让车身顺畅地进行转动，如图1所示。

图1 H型钢轨

轨道运输车在作业过程中，车体将受到不同方向的载荷传递给车轨，分别包括垂向载荷、横向载荷和纵向载荷，还需要克服车轮与钢轨之间的牵引力及制动力。同时，车轮和钢轨之间产生的黏着力能够控制运输车分别进行高、低速作业并实现制动功能。

4.1.2 车身结构

轨道运输车由车载电源作为动力源，共有两个0.8kW电机，该车采用后轮驱动的形式，主要用于轨道车辆的走行操作，同时采用远程控制运输车的行进。

实际在电力系统维修中的道路环境较为复杂，主要为电缆盖板、草坪和石子路，轨间距为1m，为了应对复杂的道路环境，导向轮必然选择H型重型轨道轮，导向轮与铁轨之间为弹性接触，主要作用是确保车体可以在轨道环境上运行，不仅需要分担车体重量，同时抑制车体在高速行驶时可能出现的侧向偏移。4只直径为120mm的H型重型轨道轮作用于H型钢上，在铁轨上的运行平稳可靠。

为了能够承受车身重量及更换的电气设备的重量，车架采用板架结构，应满足主要承重构件材质和厚度使用要求，采用国标大型工字钢，型号为1.5m×1.5m×0.005m的不锈钢板架，同时台面开检修孔，检修孔盖板强度不低于台面结构强度。为了减小电气设备对轨道运输车的冲击力，在板架材料上添加一层1.5m×1.5m×0.008m的橡胶垫，如图2所示。

图2 轨道运输车

在满足变电站内狭窄区域通过的前提下，可运输电抗电容器（油抗、油容）、所用变、流变、压变、避雷器、开关极柱等电气设备。

4.2 导向装置

为了满足解决故障部位大型电气设备需求，轨道车设置转向和悬挂系统，采用导向系统结构来控制车体的直线运行[4]。导向系统的设计也是为了满足狭窄区域变电站内的轨道路面。导向系统包括导向轮、导向桥和导向架。导向轮转动灵活自如，轴承采用国产名牌产品。轴承座和减速机轴承盖内装润滑脂，尤其在透盖的密封槽处，需要充满润滑脂。由于变电站内的工程要求，轨道车能够在一条铁轨上直线往复运行，导向桥设计为前后两对。导向架是连接导向桥和车身的装置，也起着固定导向轮的作用。

4.3 制动系统

轨道运输车采用电机驱动，电机功率大小是轨道运输车效率的关键因素，其运行性能主要取决于电机驱动系统的类型和性能。轨道运输车前端的电缆卷筒将380V电缆线接入轨道运输车的电气控制系统，通过直流牵引电机作用，给轨道运输车电机提供动力。电缆卷筒安装在轨道运输车下方，通过轨道运输车的运行来实现电缆线的收放。

电气系统和机械系统两大系统共同组成电机驱动系统，其技术路线图如图3所示。机械系统主要由驱动车轮和传动装置构成，电气系统主要由电机驱动器、控制器及各种传感器等组成的控制系统和电机驱动器构成。控制系统的主要任务是通过外部传感器的信号输入，再通过内部处理后，输入到电机驱动器中，达到控制电机输入功率的目的，实现对电动机转速和转矩的控制，电机输出的动力通过变速器传动装置传递到轨道运输车的车轮，从而实现运输车的前进、后退及转弯等走行步骤。

图3 电机驱动系统

轨道运输车通过配备减速机实现安全作业的目的，采用电动平板车专用抱轴式减速机，齿面为中硬齿面，齿轮副精度不低于GB10095中的887级。一对啮合齿轮的齿面硬度：小齿轮不得低于240HB，大齿轮不得低于187HB。减速机空运转时噪音不大于82（dB）A，减速机箱体采用板焊结构。

4.4 电气系统要求

轨道运输车采用三相低压供电形式。操作方式为按钮开关盒随车操作，按钮盒设有正、反、停三个按钮[5]。轨道运输车电气控制箱内设有短路保护、过流保护等功能。短路保护。总电源回路设置的自动空气开关，作为轨道运输车的短路保护，控制回路设置熔断或小容量空气开关作为短路保护。过流保护。轨道运输车走行机构电动机设有单独的过流继电器，作为过流保护，其瞬间动作的整定值为所保护电动机额定电流的2.5倍。

轨道运输车的电气系统设计必须保证传动性能、控制性能和保护性能安全、准确可靠。电气设备和电气元件应与轨道运输车的机构特性、工况条件、环境条件和使用条件相适应。所有电气设备，特别是电气柜、位置开关等均应为防潮、防尘。在额定条件下工作时，其温升及其他技术指标符合相关现行标准的规定。

4.5 控制系统

为避免轨道运输车在工作状态对变电站内电气设备造成损坏，采用自动控制系统，主要通过激光雷达、红外传感器等感知设备对轨道运输车进行感知和控制。激光雷达系统在变电站内能够对轨道运输车周边电气设备等障碍物全向感知，得到障碍目标的深度信息，检测精度至厘米级。

利用多个传感器采集变电站内环境数据，获取轨道周围电气设备等障碍物信息，对获取的数据进行处理。环境感知模块为轨道运行车提供其周围障碍物相对距离等数据，为后续控制决策提供数据支撑。轨道运输车的运动控制模块分为纵向控制和横向控制，纵向控制是对车速进行跟踪，通过制动系统保证车辆安全稳定运行，由横向控制实现无人车的路径跟踪。通过以上传感器信号的处理，对轨道运输车实现前进、后退和终止程序，实现安全预警，避免发生事故。

5 轨道运输车的应用

500kV XX变6号主变2号电容器限流电抗器、6号主变3号电容器限流电抗器需要停电更换。经现场勘查发现，需要更换的限流电抗器正上方存在6号主变220kV跨线。6号主变220kV跨线高度14m，弧垂为1.5m，跨线实际和5m高的限流电抗器相差6.5m。如果使用吊机更换限流电抗器，考虑到吊机大勾、钢丝绳、吊带、吊臂的高度，吊机的作业距离小于6米，不满足施工机械作业安全距离，220kV要大于等于6m。此时，更换6号主变2号电容器串抗和6号主变3号电容器串抗需要将6号主变陪停，扩大了检修工作的停电范围。结合以上情况，现场采用电动轨道运输车和专用吊架吊装的方法。

一种轨道板运输车的电控系统建筑机械化在拆除电抗器连接导线后，在单个电抗器四周和旁边的空地上搭建铝合金吊架，组成“双口”字结构。吊架共计三层，分为支撑层、中间层、吊装层，最大高度为6.3m，与带电跨线距离为6.2m，满足施工机械作业安全距离。

吊架安装完毕后，吊装层的吊装装置负责吊起旧电抗器，然后拉动吊装装置移动平台上的链条葫芦，使吊装装置带着旧电抗器平移到相邻的吊架框架内部，再缓慢放下旧电抗器落在电动轨道运输车上。用吊带将旧电抗器固定，轨道运输车将旧电抗器拉至空旷的材料堆放区，并装载新电抗器运回并安装。采用电动轨道运输车和专用吊架吊装结合使用的方法，减少了电力设备的停电范围，加强了吊装作业的安全性，保证了狭窄区域内检修作业的工期进度。