一种近电作业吊车绝缘防护装置的设计

郭 傲 檀英辉 陈习文 任宝林 王相锋 张 潇

（国网冀北电力有限公司超高压分公司）

0 引言

近年来，特高压、柔性直流输电系统发展迅速［1］，电压等级、设备复杂程度越来越高，使得变电站内环境复杂、运行方式多变，给现场施工作业带来了更多挑战，在电力吊装作业中，因吊车与带电设备安全距离不足等原因，特种作业车辆误碰设备引起的触电事故时有发生。另外，在实际生产工作中，未采取绝缘隔离的情况下因安全距离不足无法使用吊车时，常采用将临近带电部位转检修、转备用的方式增大停电范围，等效提高吊车的安全距离，从而造成电网经济损失。

目前国家电网各级生产单位对于吊车作业限高管控措施方面，多采用加装限高绳方法管控吊车钩头在竖直方向的高度，当限高绳尾端脱离地面时，表明吊车钩头已超出管控高度，现场指挥人员需立即制止吊车司机作业。此方法具有易操作、实施性强的特点，但同时存在一定的风险性和不确定性，仅能管控吊车吊臂在垂直方向与带电体的距离，无法管控空间水平方向与带电体之间的距离，特别是当操作、监护人员出现麻痹大意、疏于管控时，极易发生人机触电、线路跳闸等事故［2-3］。另外，随机械智能化水平提高，工作现场开始逐步使用吊车作业综合预警装置，此装置在吊臂垂直高度超过限定值，或与空间带电体的距离达到阈值时，该装置能以播放语音、灯光闪烁的形式及时提醒现场人员，但经过测试此类装置可靠性较低，时常出现报警延迟或误报警情况，存在安全隐患［4-6］。现有方法仅在安全距离足够的情况下有效，存在部分作业盲区，当与带电设备安全距离不满足安规要求时无法使用，且仅具备告警提示功能，并不具备现场近电作业人身安全防护功能。

本文旨在解决上述困境，研制一种近电作业吊车绝缘防护装置，该绝缘防护装置通过将作业空间与带电体有效隔离，即可近电开展吊装作业，在确保人身与设备安全的同时，及时消除设备隐患，有效提高电网设备健康水平。

1 吊车绝缘防护装置结构

本装置根据电场均压、绝缘隔离原理，结合生产实际，探索该绝缘防护装置在变电站内应用的可行性，本文研究的近电作业防护装置，与常规的电子告警装置不同，该装置支撑架构全部为绝缘材料，绝缘板通过绝缘支撑架构固定，有效隔离作业区域与带电体，吊装作业时实现隔离高电压作用，以确保人身安全。本装置主要由全绝缘屏蔽罩、全绝缘可调支架、均压环、滑轨、支撑板、金属转轴、蜗轮蜗杆结构传动齿轮、专用底座、电子检测水平仪、配重、正反转电机、紧固插件组成，装置的总体结构如图1所示。

图1 绝缘防护装置模型结构

（1）全绝缘屏蔽罩：是整套装置中抵近、接触带电体的部件，该屏蔽罩采用绝缘材质一体浇筑打磨成型，整体轮廓为圆形，内部采用创新的“迷宫型”回纹，可有效增加圆上任意两对称点的爬电距离，有效防止吊臂伸长或摆动过程中的相间放电。

（2）全绝缘可调支架：支架整体由绝缘材料加工制成，顶端与屏蔽罩固定，底部与支撑板滑轨连接，通过创新的“之字形”交叉连接有效增加屏蔽罩与装置金属部分的爬电距离，有效防止吊臂伸长或摆动过程中的对地放电，且通过底部滑轮位置变化可以改变支架起升高度，使装置可以适用于各电压等级。

（3）均压环：安装于专用底座顶部，是绝缘部分与金属部分的分界点，隔离金属与绝缘材质，改善电场分布水平。

（4）滑轨：安装于支撑板顶部具有改变绝缘支架高度的作用，滑轨带有机械闭锁装置，绝缘支架高度调整完毕后可以防止滑轮滑动。

（5）紧固插件：焊接在专用底座上，用于连接紧固吊车吊臂头部。如图2所示。

图2 紧固插件安装位置

（6）支撑板：顶部安装滑轨，底部与转轴连接。支撑板是绝缘部件的直接承重单位，也是控制绝缘件左右摆动的实施者。

（7）金属转轴：为支撑板提供支撑，其轴承一半焊接在专用底座上，一半焊接在支撑板上，转轴的动力来源于正反转电机，转轴与正反转电机通过蜗轮蜗杆结构传动齿轮传输动力。如图3所示。

图3 金属转轴工作原理

（8）蜗轮蜗杆结构传动齿轮：装置姿态保持的核心部件。蜗轮蜗杆齿轮固定于专用底座上用来传递两交错轴之间的运动和动力。此结构具有自锁性，可实现反向自锁，即只能蜗杆带动蜗轮，而不能由蜗轮带动蜗杆。通过自锁特性确保正反转电机可带动金属转轴转动，控制支撑板的左右动作，进而控制绝缘罩和绝缘支架的位置，反之绝缘部分因惯性产生的倾斜力受蜗轮蜗杆的自锁特性不能持续。

（9）电子水平检测仪：为装置核心部件，检测绝缘部分倾斜角度，控制正反转电机转动，固定于支撑板上测量倾斜角。如图4所示。

图4 电子水平检测仪安装位置示意图

（10）正反转电机：为装置核心部件，为绝缘防护装置姿态调整提供动力，受电子水平检测仪控制输出低速大扭矩。控制电路如图5所示。

图5 正反转电机控制电路示意图

（11）配重：放置于专用底座内中下部，用于改善整体重心，与支撑板固定位为一体。

（12）安装底座：正方体笼型金属架，一侧面有紧固插件可插接在吊车吊臂头部用于固定整个装置。为整个装置提供支撑。

2 结束语

本文针对吊车作业时与带电设备安全距离不足而引起的触电事故，提出了一种近电作业吊车绝缘防护装置，通过整合安全距离、绝缘屏蔽和起重作业三方面的实际需求，实现了姿态自动校正、安全距离灵活可调、爬电距离等效增大、装置便携易拆装等功能，实用性和适用性较强。有效解决了起重作业中需扩大停电范围、易发生短路放电的问题，提高电网灵活性，保证工作人员人身安全。