超高压直流阀厅套管智能安装系统研究分析

2023-07-28广西送变电建设有限责任公司许嘉毅

电力设备管理 2023年3期

广西送变电建设有限责任公司许嘉毅

1 引言

超高压直流阀厅套管智能安装系统是针对超高压直流阀厅套管安装特点进行的升级与创新。超高压直流阀厅套管安装影响因素多，实际安装中面临很多阻碍。一是直流套管的形态以细长件为主，据统计最长值达到19m，因为长度原因，安装空间延伸，加上套管的重量与安装高度等要求严格，一旦安装操作不规范，就会出现平稳性下降情况。二是超高压直流阀厅套管安装，施工作业面比较大，高度、重量等影响下，需要操作人员高度配合，以专业作业技能完成操作，加上施工兼顾阀厅内外两方面，多台设备共同运行等，增加了施工安全风险。三是安装精度要求较为严格，尤其是安装孔洞、套管之间的处理，周围环境条件都需要时刻注意，尤其是温度与湿度。为提高超高压直流阀厅套管安装质量，加大对智能安装系统的研究力度，有效降低超高压直流阀厅套管安装难度。

2 深层次剖析超高压直流阀厅套管传统安装方法的缺陷

超高压直流阀厅套管安装，因为影响因素多元化，所以传统安装中存在一些缺陷。如果不能明确缺陷具体情况，必然会影响超高压直流阀厅套管安装的安全与质量，从而增加不必要的风险。以下是超高压直流阀厅套管传统安装缺陷，根据传统安装方法的缺陷去深化超高压直流阀厅套管智能安装系统研究。一是传统安装中超高压直流阀厅套管拆装工艺复杂，对拆装空间要求严格，必须将环流变借助牵引车将其牵引到指定区域，随后借助吊车起吊的方式完成套管拆装[1]。如此一来，套管的拆除与安装工程量都会增加，同时面临很多风险。二是超高压直流阀厅套管安装期间，主要借助吊车起吊进行拆装，整体操作不够精确细致，导致拆除精度比较差，加上吊车起吊的稳定性不足，频繁出现套管损坏的情况，继而出现套管安装与拆卸过程中频繁接触出线装置，造成各种故障[2]。三是套管安装与拆卸过程中，环境监测不到位，安装精度达不到规定标准，安装碰撞比较多，缺乏系统全面的维护，导致套管绝缘损坏严重，出现严重老化现象等，超高压直流阀厅套管应用中出现绝缘击穿与高温爆炸等，一旦发生电力火灾，对周围环境与人身安全等带来致命打击[3]。

传统的超高压直流阀厅套管安装已经不能满足安全运行需求，积极对安装经验进行提炼，并打造智能安装系统，方便超高压直流阀厅套管安装操作基础上，有效排除安装风险，增设超高压直流阀厅套管安装平台，保证阀厅内即可以进行安装操作，尤其是内部高压套管的安装更加便捷，不管是安装还是拆除都在阀厅内完成。超高压直流阀厅套管智能安装系统的设计实施，增设现场环境监测功能，及时感知现场环境波动，并且准确测量受力情况，经过系统快速分析与三维定位，随时了解超高压直流阀厅套管安装情况。不仅如此，借助移动机器人的辅助，对安装路径进行动态规划，既可以保证安装安全，又能够保障安装精度，科学消除安装隐患，减少安装工作量，提高安装效率。

3 超高压直流阀厅套管智能安装系统具体研究

3.1 智能安装平台的研究

智能安装平台作为超高压直流阀厅套管智能安装系统的重要基础，其组成部分复杂，需要以移动底盘为基础，借助平衡支腿装置科学控制，同时还需要设置升降装置，能够跟随超高压直流阀厅套管安装情况，灵活调整变幅大臂与安装操作的伸缩臂等，动态变动安装位置，借助头部旋转装置，对安装角度等进行旋转调整[4]。此外还涉及套管吊臂以及吊钩，组成滑轨控制装置。智能安装平台安装设置期间，有效扩展了移动空间，打破传统安装中牵引其他区域拆卸的不足，增加独立调节高度与底盘控制水平等功能，尤其是水平仪的安装，可以随时对支撑架平衡性进行调整，增加旋转灵活性。机械手臂会根据安装具体情况自由伸缩，工装位置更是同时兼具旋转伸缩两种功能。

智能安装平台工作过程如下：一是以移动底盘对超高压直流阀厅套管安装的相关装置进行移动，保证安装装置、换流变套管方向为90°；二是借助平衡支腿装置，去支撑超高压直流阀厅套管安装部件，随后利用升降装置将其引入至需要安装的位置，适当对旋转控制盘进行调整，保证滑轨角度满足套管轴线平衡要求。方便套管吊臂长度调整需求，为拆卸套管的控制创造有利条件。其间需要人工对套管安装的零部件进行管理，保证套管安装顺利[5]；三是根据套管安装情况，调整升降装置，及时控制旋转盘，以反向执行拆卸的方式，顺利更换新套管，简化套管安装操作流程。

3.2 现场感知监测功能的增加

根据对超高压直流阀厅套管安装研究可以发现，因为其结构组成特殊，所以极易受到安装现场环境变化的影响。种情况需要通过现场环境监测功能，对安装现场环境变化随时监测，如温度变化、湿度变化等，利用传感器上传变化动态，方便对现场温度与湿度的控制，提高超高压直流阀厅套管安装的安全性。其中的温度传感器，应用红外线热成像技术，随时检测温度变化，搭配内置报警系统，设置规定阈值，若温度变化超出阈值范围，立即发出警报，从而有效规避安装风险。对比传统安装中温度监测所应用的接触仪，温度传感器的应用能够迅速捕捉温度的变化并迅速做出反应。

湿度监测依靠湿度传感器完成，主要是对超高压直流阀厅套管安装期间水蒸气量进行测量。湿度测量的主要方法是跟踪数值变化，数值若变化异常，证明周围环境湿度异常。当前超高压直流阀厅套管安装中所应用的湿度传感器，以聚酰亚胺搭配腐蚀硅材质为主，不仅使用寿命长，并且可以迅速测出接触面积湿度参数，有效提高了超高压直流阀厅套管智能安装过程中湿度的测试效率与准确性。

现场感知监测功能的应用，帮助超高压直流阀厅套管安装随时对周围环境进行监控，并灵活调整与控制，保证超高压直流阀厅套管安装期间，周围的温度与湿度数据始终保持在理想状态，即温度为20～25℃，湿度≤45%。

3.3 吊车与吊绳的选择

智能安装系统的应用，必须做好吊车、吊绳的选择，才能够保证后续安装工作顺利完成。吊车的选择需要根据直流阀厅套管结构设计，选择技术成熟的100t汽车吊，该吊车工作幅度≤10m，起吊操作中起重臂仰角范围为45°～50°，起重量参数值≥10t，起重臂的长度为20m。吊车的选择必须参考直流阀厅套管的重量，此次研究的直流阀厅套管重量≤10t，因此100t 汽车吊满足安装要求。吊绳的选择也是保证安装安全与质量的重要条件，吊绳的选择需通过计算方式完成。吊绳选择具体计算内容如式（1）所示：

式（1）中，Q为套管重力；G为套管重量；G1为配重重量；k1为动载荷系数；k2为风载荷系数。

此外还可以根据力的平衡原理计算套管重力，即Q=F1+F2。F1为主起吊绳受力；F2为辅助起吊绳受力。

3.4 智能安装系统受力分析

超高压直流阀厅套管智能安装系统运行期间，智能安装平台会根据超高压直流阀厅套管安装情况，对各构件进行调整，必须展开准确的受力分析，从而获得合理设计参数，以此保证安装的顺利完成。

3.4.1 超高压直流阀厅套管操作平台参数计算

操作平台的参数计算，集中于两方面，一是平衡支撑；二是配重计算。直流阀厅套管的安装，必须在安装平台上将重达1750kg 套管平稳吊起，随后操作升降大臂到合适位置，调整变幅油缸，参考底盘正常方向，升降装置需要调整到距其90°位置，随后计算底盘受力状态，计算如式（2）所示：

式（2）中，F为作用力；M为F对转动轴力矩；L为力臂。

根据公式对套管端支腿力矩进行计算，发现套管端支腿力矩与底盘端支腿力矩数值相差较大，分别为21.42 吨米与18.13 吨米，这样一来超高压直流阀厅套管安装操作的平衡性差，需要在实际操作中持续增加底盘重量，增加不少于1400kg。根据超高压直流阀厅套管安装现场的观察分析，发现安装场地并不存在过多限制性条件，因此需要将安装考虑的侧重点倾向于操作工程位置的保护。其中安装操作中大臂伸出状态需要对角度严格控制，不允许≤30°，并且计算操作力矩变化，防止安装侧翻现象。

3.4.2 机械臂操作受力分析

机械臂操作是超高压直流阀厅套管智能安装系统的重要步骤，机械臂操作受力分析中，要素为机械臂壁厚的选择，根据套管重量去调整升降大臂的角度，并且控制变幅油缸，其参数直接影响机械臂受力状态。受力模式在作业环境的影响下，需要调整为静应力模式。因为机械臂的组成结构特点，所以计算期间不能忽略力学性能与复合安全系数计算。

3.4.3 安装过程的三维定位分析

超高压直流阀厅套管智能安装系统应用中，会对超高压直流阀厅套管的安装全过程进行三维定位，这为超高压直流阀厅套管安装操作提供了方便，同时能够及时发现安装不当情况，快速解决安装问题。对于超高压直流阀厅套管来讲，因为智能安装平台的操作集中于阀厅，所以安装条件限制性大，必须借助三维定位技术对安装过程精细指导，准确对安装位置进行三维定位。过程三维定位技术的应用，可以打破可见光安装操作的局限，加入无线电波通信方式，多途径、大范围地产生多径效应，加上VLC 技术的加入，保证定位的精确度。若安装项目中设置了基本照明设施，三维定位分析的操作难度下降，服务能力进一步强化，帮助超高压直流阀厅套管安装一定程度降低硬件成本。

三维定位分析技术的核心为粒子群优化算法（Particle Swarm Optimization，PSO），具体应用分析中该算法存在不足会过早收敛，面对这种情况，必须对优解速度进行改善，借助模拟退火算法，及时将粒子群优化算法的不足进行改善，有效解决超高压直流阀厅套管安装问题。三维定位分析的运行，首先需要设置初始值。第一步将粒子群大小以N 表示，所有离子初始位置均以随机坐标为主，最大迭代数设定成mmax，通过视距信道增益偏差的计算，将其设置为粒子群初始值设置的适应度函数。其次需要对退火更新粒子进行模拟调整，准确对粒子适应度进行计算，根据衰减参数与迭代时间，得到最新的退火粒子数值。借此对粒子速度、坐标及时更新，并增加其安装适应度。

3.5 动态路径规划分析

超高压直流阀厅套管智能安装系统中应用移动机器人，根据安装具体情况对动态路径进行科学规划，为超高压直流阀厅套管安装提供便利。保证直流阀厅障碍物不会随意变动的条件，借助动态窗口法去辅助智能安装平台，及时对动态障碍物加以躲避，将障碍物对超高压直流阀厅套管安装的影响降到最低。有效整合融合算法与超高压直流阀厅套管路径规划的传统A＊算法，在不断磨合中确定无碰撞路径，借此有效节约超高压直流阀厅套管安装路径规划时间，实现超高压直流阀厅套管安装的优化。