高空带电作业旋转平台设计研究

李晓洋，符祥干，高元将，陈焕财，谢盛顿

（海南电网有限责任公司 海南输变电检修分公司，海南 海口 570100）

电力检修工作中往往需对电杆顶部的电气设备、电源线进行检修维护。电力检修作业方式主要包括停电作业和带电作业。停电作业虽可以保证安全，但断电会产生较大的经济损失，因此，工作实践中通常采用带电作业，而用于带电作业的平台包括绝缘梯、斗臂车、升降平台等，但绝缘梯、斗臂车等平台装置使用限制多，不适合田野、斜坡等作业环境。因此，升降载人平台得到了广泛应用，但常规升降载人平台只能上下升降，无法绕电杆转动，限制了作业的灵活性。本次设计的远程遥控式旋转升降载人平台，在保证作业安全的基础上实现了带电作业的自动化。且易于拆卸。组装完成后，平台以齿轮抱箍作为主要支撑结构固定在电杆上，可根据需要围绕电杆旋转最大320°。同时，采用无线遥控控制平台的旋转和升降。本次设计内容可分为结构设计、控制系统设计。

1 设计要求

该平台整体需方便拆装，不用是可拆分，需用时可组装，所用材料需满足规定的电气性能要求、绝缘要求。载人平台作为支撑结构。平台的顶部和底部分别设有两个支撑杆，与平台形成三角支撑体，不但可以提高平台的承力能力，还可以有效避免人员从高空坠落。在电杆上设置齿轮抱箍，齿轮抱箍上设置滑轮，牵引绳绕过滑轮与载人平台、牵引电机连接，组成传动系统，满足平台的升降需要，抱箍上的齿轮与电机传动机构配合实现平台的旋转。

2 平台功能

2.1 绝缘性能

进行高空带电作业时，最重要的是可靠绝缘，平台绝缘材料选择环氧树脂。可以提供可靠的绝缘性能，平台设置了垂直梯，可上下移动0.4m，在安全距离内实现灵活升降。

2.2 旋转功能

为了实现平台旋转功能，设计齿轮抱箍、电机和传动机构等部件。齿轮抱箍由两组半圆齿轮组装而成，将半圆齿轮对接固定在电杆上作为支撑结构。电机设计参数为直流24V/250W，电机向齿轮减速机传递动力，转动比为30/1，齿轮减速器向齿轮抱箍传递动力，实现平台旋转，旋转角度最大320°。

2.3 升降功能

升降功能由牵引电机、滑轮、牵引绳、导轨等部件配合实现。牵引电机提供升降动力，牵引索绕过滑轮连接电机与载人平台，传递动力，电机正反转通过无线遥控实现沿升降导轨上下移动。导轨由两根间隔0.2m、长2m的绝缘杆组成，平台升降范围1.8m。

2.4 遥控功能

通过信号发射器将信号传输给接收器，接收器处理信号，对继电器开闭进行控制，进而控制电机正反转，实现作业平台的升降、旋转。为减少干扰，可利用高频锁码屏蔽元器件周围的电磁信号。

3 平台结构

本次设计的高空带电作业旋转平台结构，如图1所示。

图1 高空带电作业升降旋转平台结构

从总体结构图，可以分析其工作过程主要有以下几个部分。

3.1 齿轮抱箍

作为该高空带电作业升降旋转平台的主要支撑部分，齿轮抱箍需要在使用前固定在电线杆上，其材质为铝合金，轻便结实。齿轮抱箍包含底部齿轮盘和顶部齿轮盘，通过四根长度相等的金属棒连接成一个整体，底部齿轮盘、顶部齿轮盘通过底部搭扣、顶部搭扣连接，组装完成的抱箍齿轮可以通过搭扣分合。抱箍齿轮与电线杆之间通过带有橡胶头的螺栓固定，在增加两者之间摩擦力的同时，还可以防止抱箍齿轮转动时刮伤电线杆，此外，通过调节螺栓可以改变齿轮抱箍的大小，实现在直径190～320mm范围的调整，可以适合多种直径的电线杆，提高平台的适用性。

载人平台的导轨可以通过齿轮与抱箍连接，为确保作业平台的顺利升降，采用搭板形式，不仅结构稳定性好，还可以有效降低载人平台的旋转阻力，但因为存在搭口，因此，限制一定的旋转角度，整个平台的旋转角度范围在0°～320°。

3.2 传动系统

该作业平台传动方式为齿轮传动，抱箍的齿轮在电线杆上固定不动，导轨则借助搭板与齿轮连接，通过与抱箍齿轮啮合将电机动力传递到抱箍齿轮，从而带动载人平台旋转。平台旋转的过程中，可遥控直流旋转电机进行旋转，通过减速器将动力传递到导轨上的齿轮，使得导轨带着载人平台以抱箍为中心旋转，旋转速度最高为180°/min。平台的升降同样由牵引电机提供驱动力，设计额定拉力1473kg，通过遥控牵引电机驱动与其连接的滑轮，使牵引绳运动，带动平台升降。在组装作业平台时，应设置牵引电机处于空档状态，再将滑轮设置为制动状态，然后将牵引绳绕过滑轮，并固定在电杆上，通过遥控启动牵引电机，驱动牵引绳将载人平台升至指定高度，平台上升时，需有专人协助确保载人平台稳定上升。作业平台组装好后，带电作业人员可以进入载人平台，然后紧固相应的紧固件，控制牵引电机带动载人平台沿导轨移动，设计负重180kg时，平台牵引速度为2.5m/min。

3.3 导轨及平台

导轨是由两根1.8m等长、间距0.5m的平行绝缘杆构成，载人平台借助滑块与导轨连接，滑块之间间隔0.5m。在滑块内设置滑轮，滑轮嵌入导轨，起到减少摩擦的作用。载人平台移动时会和导轨之间形成力偶矩，即小滑轮和水平方向存在斜角。在力偶矩作用下，滑块、导轨之间的连接更加稳定。根据带电作业现场实际情况，本次设计的作业平台导轨尾部进行模块化处理，可以通过更换不同的内嵌模块增设导轨，增加导轨长度，从而增加载人平台的升降高度。

4 控制系统设计

4.1 控制原理

机械结构是作业平台的骨架，控制系统则是作业平台的大脑，该平台的控制系统构成见图2。根据图可知，本次设计的控制系统属于闭环控制系统。当平台进行旋转动作时，控制系统可以基于位置传感器发送的位置信息建立控制闭环，对电机运行范围进行精确控制，从而控制平台的旋转角度。

图2 高空带电作业升降旋转控制系统

因为平台旋转角度范围较大，旋转位置偏差可通过操作人员进行纠正，没必要进行更加复杂的闭环控制设计，只需控制电机旋转至一定位置时可以立即停止旋转即可，否则，可能出现平台旋转超出抱箍齿轮空间限制，导致作业平台故障，甚至引发安全事故。为此，本次设计通过位置开关进行控制，当电机旋转到规定位置时，位置开关将自动断开电机电源，确保电机停转。

4.2 控制电路

在控制平台升降和平台旋转时，控制方式有所不同，因而驱动力矩也有所不同，因此，升降电机、旋转电机的型号、参数也不同。为确保电机之间的协调动作，确保平台运行安全，可采取互锁控制方案，即当其中一个电机运行时，另一个电机就一定不能运行，从而防止两台电机的相互干扰。为此，本文设计了专门控制电机旋转的控制电路，对电机的正反旋转进行精确控制，为确保电机启停的控制，本次设计通过继电器控制方式实现，控制电路，如图3所示。

图3 控制电路设计

图3 左半部分为主控制电路，右边为电机控制电路。因为平台升降频率较低，升降电机启停次数较少，因此，其电机性能要求不高，可以通过继电器KM1、KM2与+24V直流电源直连，借助启动按键SB1控制启动，KM2、KM3、KM4失电，从而KM1触点常闭自锁，升降电机连接+24V电源，电源驱动电机正转，牵引绳回收，带动载人平台上升。如按停止键SB0，此时，直流电机停转，滚轮自锁。同理，继电器KM2也可以控制升降电机的反转，即载人平台的下降控制。

继电器KM3/KM4负责控制旋转电机，KM3控制电机正转，KM4控制电机反转，但平台旋转频率较高，为保证电机正常运行，采用LA-100P电流霍尔传感器检测电流，当检测电流超过阈值时，单片机控制电路断开、电机停转。

5 结语

综上所述，随着社会经济的不断发展、人民生活水平的提高，大众对供电质量的要求也不断提升，传统的带电作业方式无法满足要求。因此，必须积极运用更加高效的带电作业方法以及作业平台，以更好地保障电力检修维护工作。本次设计的高空带电升降旋转作业平台可以适应野外、沟壑等复杂环境，可以有效代替斗臂车进行带电作业，弥补斗臂车难以适应野外作业的不足，而且该平台成本较低，维护保养便捷、占地面积小，具有良好的社会经济效益。