高壓設備帶電水沖洗設備研制

鄧華+房旺+周建平+呂紅峰

摘要：文章對帶電水沖洗設備的方案進行了分析，通過液壓提升，伺服電機控制擺動，遙控操作來實現高壓帶電設備水沖洗流程，并對方案的具體實施進行了詳細介紹。實踐證明，根據方案制作樣機到現場測試，達到了預期設計目標。

關鍵詞：遙控裝置；伺服電機；帶電水沖洗

中圖分類號：TM853文獻標識碼：A文章編號：1009-2374（2014）24-0013-03

目前，國內變電站的變電設備在自然環境下會受風沙鹽霧等因素影響，變電設備表面會集聚很多污穢，影響變電設備的正常運行，嚴重時會發生事故，因此必須及時清洗。目前是在停電的情況下，采用人手持噴嘴進行作業，對變電現場的變電設備等進行沖洗。為了保證電網的正常運行，避免停電作業，要求沖洗作業在帶電環境下進行，該沖洗項目現在作為新的沖洗方式在浙江電力公司培訓中心進行試驗，根據現場試驗的情況，發現帶電作業時作業人員與沖洗目標物的位置有很嚴格的要求，沖洗流程和人員配合都要求很高。由于變電設備周圍都是高壓電纜，特別是對500kV變電站的帶電水沖洗，對操作人員身體也有比較大的影響，操作人員工作危險性大。

由于國外電網運行環境好于國內，特別是國內的霧霾天氣及沿海環境的影響，變電設備的沖洗作業需求越來越大，考慮到人員作業的危險性，同時國內外還沒有類似的設備，研發一種能在帶電情況下不需要人員手持噴槍操作的設備勢在必行。本文研發的變電設備帶電水沖洗設備，采用遙控方式進行控制，避免人員靠近變電設備帶來的危險，該設備還可以用于其他帶電沖洗作業環境，具有推廣價值。

1帶電水沖洗設備方案

考慮到現場變電設備的多樣性，同時由于沖洗點位置的高低差異。采用可以升降的平臺來實現，根據現場需求，升降平臺的起升在高度為15m，這樣可以對高處的母線機變電設備進行沖洗，提升重量為200kg，主要承受高壓水管及平臺頂部的頭作用力。

該設備采用三自由度系統來實現（不考慮設備整體的場內自行移動），噴頭上升下降，水平擺動，垂直擺動。采取遙控的方式進行遠程控制，避免帶電水沖洗可能發生的觸電風險。系統結構如圖1所示：

圖1自動清洗裝置系統結構圖

1.1沖洗流程分析

根據現場的測試數據及實際的沖洗需求，帶電水沖洗設備要求在水平面內90°擺動，垂直面內30°擺動，高度從2～16m范圍內。沖洗的目標物現在主要有兩種，一種是豎直細長設備，另一種是長方體設備。每種設備在沖洗過程中，都是在水平面內對稱布置幾個噴頭，同時對目標物進行沖洗，現在分別對兩種目標物的沖洗流程做簡單的介紹。

豎直細長設備，先沖設備的底部開始進行沖洗，從上到下，然后噴頭逐漸上移一定距離，往下沖洗到底，往上沖洗并上移，如此反復，到目標物頂部后，在依次往下沖洗，向上沖洗依次降低一定位置，直到沖洗完成。

長方體設備，先從設備的頂部開始進行沖洗，從左到右，然后噴頭逐漸下移一定距離，再從右至左，如此往復，沖洗到設備頂部完成沖洗。

由于沖洗設備都是安裝在水泥柱或者其他支撐物上，安裝位置高低不一致，因此該噴水的機械結構安裝在一個可以自動升高降低的平臺上，該平臺采用液壓油缸加鏈條機構來實現。

1.2受力分析

通過現場手持噴頭沖洗作業得到的測試數據：

（1）16mm槍嘴可沖至30m高度，預計4MPa壓力應不超30kg；

（2）6mm槍嘴，水柱長度8m，在最大壓力下，反作用力為15Kg內；

（3）16～17mm口徑槍嘴水柱形狀較好，按30m高度，后座力因高壓管內經增大而使后座力增加，最大值為56.5kg。

圖2沖洗裝置受力示意圖

沖洗設備設計后座力取值60kg，升降平臺升降部分水平基座尺寸為1.8m×1.2m，伸出腳后支撐尺寸為3.6m×3.6m，總高度為16m（噴嘴反作用力點）。支架受力示意圖如圖2所示。支架自重約為1250kg，在極限情況下，該機構能承受的水平力：

kgf

實際沖洗的實際受力不大于60kg，遠遠小于該機構的實際承受水平傾翻力140kg，因此機構在水平面的穩定性是足夠保證，在實際使用工程中是安全的。

1.3結構設計

帶電水沖洗設備的機械結構由底座，升降機構，噴頭擺動機構三部分組成。

底座部分：采用輪式移動底座，如圖3所示，采用4腳支退固定，工作時支腿擺開，支點通過螺紋旋轉伸出。不用時支點收回，支腿擺回初始位置，移動通過滾輪實現。該方案支腿伸出4點的平面距離可以達到4m×4m。足夠大的支撐面積保證了升降機的穩定性。

圖3底座示意圖

升降機構：選擇國外一種桅柱式高空作業平臺作為開發的參照目標，該平臺結構緊湊、質量輕，占用空間小，整機運輸時能通過任何標準門道和升降機門。采用7層高強度矩管焊接而成，結構如圖4所示。由于采用桅柱式，滑槽移動方式，便于控制線和軟管的安裝。支桿材料高強度矩管焊接而成，既保證結構的強度，同時大大減輕了設備的重量。在支桿內部安裝液壓油缸和鏈條鏈輪機構，使外觀比較簡潔。

圖4升降機構示意圖

噴頭擺動機構：噴頭水平面90°，由于水噴出位置離目標物有一定距離，為了保證控制的精度，采用伺服電機加減速機來實現、垂直方向45°擺動，垂直面內擺動比較頻繁，要求比較高，采用伺服電機加減速器來完成，結構如圖5所示。噴嘴的夾持機構根據具體的噴嘴結構來設計，設計滿足直徑20到直徑50水管都能可靠夾持。該部分機構采用鋁合金實現，及保證結構的強度，同時減輕了機構的重量，也起到了防銹的功能。由于現場有水霧和靜電的情況，該噴嘴控制機構除了水管夾頭外，其他結構都包裹在不銹鋼的防護罩里面。

圖5噴嘴控制機構示意圖

1.4控制系統

沖洗裝置控制部分包括中央控制單元、液控部分、信號發送接收裝置。

1.4.1中央控制單元：中央控制單元采用可編程邏輯控制器（PLC），控制器接收信號接收端的遙控信號，根據不同的遙控信號，分別發出控制指令，對升降臺的升起，停止，下降進行控制。該PLC通過掃描的方式來實現指定面積的自動噴水清掃；也可以將不同的噴水流程存儲于PLC的存儲器中，供實際清洗時調用實現。中央控制單元也提供了觸摸屏的人機接口，供操作人員設置噴頭的掃描速度、角度等。控制單元及遙控單元預留了控制高壓水的開啟和關閉控制功能。

1.4.2液控部分。中央控制器通過接受到的遙控信號向液壓電磁閥發送相應的控制信號，來控制升降機構液壓缸動作，實現平臺的升降功能，升降平臺液壓控制部分采用單向液控閥可以實現平臺高度任意位置穩定駐留。

1.4.3信號發送接收裝置。信號發送裝置即遙控器：遙控器采用工業級的遙控發射裝置來實現，如圖6所示。實現：平臺上升，停止、下降、噴水機構水平擺動、垂直擺動（含快速和慢速）、自動噴水起始位置、結束位置等功能。信號接收裝置與遙控器對應，將接收到到信號轉換到相應的開關量并輸送到PLC控制器。

圖6遙控器外觀圖

該遙控器將升降機上升、下降、停止設計在一個撥動開關上，撥動開關向上控制上升，中間位置停止，向下控制下降。為了方便噴水，將噴頭的水平擺動和上下擺動控制設計在一個遙桿上，考慮到上下噴水頻繁，速度變化多，將上下噴水遙控設計成5級速度，水平噴水設計成3級速度。這樣滿足了不同速度噴水的需求。由于現場有500kV的高壓，有靜電及電磁干擾，該遙控器功率比較大，以保證遙控信號的可靠發送。

沖洗過程中，噴頭對稱安置在目標物的四周，一般為3或者4個噴頭同時作業，因此一個遙控器發射端同時對4臺遙控器接收端發送同一遙控信號，同時控制4個噴頭一起對目標物進行水沖洗。

2裝置試制與調試

在2013年10月試制一臺樣機，并到浙西電力培訓中心進行500kV變電設備帶電水沖洗試驗。

根據現場試驗情況，由于高壓水管一直拖動到16m的高空，水管及噴頭對噴頭機構向下的拉大增大很多，導致垂直旋轉的伺服電機功率增大。

操作液壓平臺升降時，對接入的220V電源線的電壓有影響，引起控制系統中的輸入電壓瞬時降低，及時采取了相應的抗干擾措施，確保控制的可靠性。

從試驗的結果來看，基本完成了預期的試制目標，也有幾點需要改進：

（1）噴頭結構比較大，垂直擺動中的伺服電機安裝在水平擺動架上，限制了水平擺動的空間；將垂直擺動電機也安裝在固定支架上，噴頭擺動機構采取類似于坦克塔的旋轉擺動方式。

（2）噴頭的夾持方式采取固定連接，通過螺紋連接噴嘴的方式來實現，這樣更換不同噴嘴來實現不同

要求。

（3）液壓升降平臺的體積要減小，因為變電現場的空間有限，在保證足夠強度的情況下盡量縮小體積。

帶電噴水自動裝置試制成功，可以在變電場所對要沖洗的設備進行帶電清洗作業，同時對操作人員的安全又有保證，具有很大的使用范圍和推廣價值。

參考文獻

[1]?聞邦椿．機械設計手冊（第5版）[M]．北京：機械工

?業出版社，2010．

[2]?韓永盛．常用電器線路110例[M]．北京：金盾出版

?社，1995．

[3]?吳轉峰，劉衛國，付麗，郎寶華．微型紅外追蹤及無

?線遙控車設計[J]．微特電機，2006，（5）．

作者簡介：鄧華（1981—），男，浙江人，國網浙江省電力公司檢修分公司工程師，研究方向：變電設備帶電檢修；房旺（1972—），男，四川人，浙江大學機械工程學系高級工程師，研究方向：自動化設備，智能檢測儀器；周建平（1977—），男，浙江人，國網浙江省電力公司檢修分公司高級工程師，研究方向：變電設備帶電檢修；呂紅峰（1966—），男，浙江人，國網浙江省電力公司培訓中心高級講師，研究方向：電網設備帶電水沖洗流程與方法。

摘要：文章對帶電水沖洗設備的方案進行了分析，通過液壓提升，伺服電機控制擺動，遙控操作來實現高壓帶電設備水沖洗流程，并對方案的具體實施進行了詳細介紹。實踐證明，根據方案制作樣機到現場測試，達到了預期設計目標。

關鍵詞：遙控裝置；伺服電機；帶電水沖洗

中圖分類號：TM853文獻標識碼：A文章編號：1009-2374（2014）24-0013-03

目前，國內變電站的變電設備在自然環境下會受風沙鹽霧等因素影響，變電設備表面會集聚很多污穢，影響變電設備的正常運行，嚴重時會發生事故，因此必須及時清洗。目前是在停電的情況下，采用人手持噴嘴進行作業，對變電現場的變電設備等進行沖洗。為了保證電網的正常運行，避免停電作業，要求沖洗作業在帶電環境下進行，該沖洗項目現在作為新的沖洗方式在浙江電力公司培訓中心進行試驗，根據現場試驗的情況，發現帶電作業時作業人員與沖洗目標物的位置有很嚴格的要求，沖洗流程和人員配合都要求很高。由于變電設備周圍都是高壓電纜，特別是對500kV變電站的帶電水沖洗，對操作人員身體也有比較大的影響，操作人員工作危險性大。

由于國外電網運行環境好于國內，特別是國內的霧霾天氣及沿海環境的影響，變電設備的沖洗作業需求越來越大，考慮到人員作業的危險性，同時國內外還沒有類似的設備，研發一種能在帶電情況下不需要人員手持噴槍操作的設備勢在必行。本文研發的變電設備帶電水沖洗設備，采用遙控方式進行控制，避免人員靠近變電設備帶來的危險，該設備還可以用于其他帶電沖洗作業環境，具有推廣價值。

1帶電水沖洗設備方案

考慮到現場變電設備的多樣性，同時由于沖洗點位置的高低差異。采用可以升降的平臺來實現，根據現場需求，升降平臺的起升在高度為15m，這樣可以對高處的母線機變電設備進行沖洗，提升重量為200kg，主要承受高壓水管及平臺頂部的頭作用力。

該設備采用三自由度系統來實現（不考慮設備整體的場內自行移動），噴頭上升下降，水平擺動，垂直擺動。采取遙控的方式進行遠程控制，避免帶電水沖洗可能發生的觸電風險。系統結構如圖1所示：

圖1自動清洗裝置系統結構圖

1.1沖洗流程分析

根據現場的測試數據及實際的沖洗需求，帶電水沖洗設備要求在水平面內90°擺動，垂直面內30°擺動，高度從2～16m范圍內。沖洗的目標物現在主要有兩種，一種是豎直細長設備，另一種是長方體設備。每種設備在沖洗過程中，都是在水平面內對稱布置幾個噴頭，同時對目標物進行沖洗，現在分別對兩種目標物的沖洗流程做簡單的介紹。

豎直細長設備，先沖設備的底部開始進行沖洗，從上到下，然后噴頭逐漸上移一定距離，往下沖洗到底，往上沖洗并上移，如此反復，到目標物頂部后，在依次往下沖洗，向上沖洗依次降低一定位置，直到沖洗完成。

長方體設備，先從設備的頂部開始進行沖洗，從左到右，然后噴頭逐漸下移一定距離，再從右至左，如此往復，沖洗到設備頂部完成沖洗。

由于沖洗設備都是安裝在水泥柱或者其他支撐物上，安裝位置高低不一致，因此該噴水的機械結構安裝在一個可以自動升高降低的平臺上，該平臺采用液壓油缸加鏈條機構來實現。

1.2受力分析

通過現場手持噴頭沖洗作業得到的測試數據：

（1）16mm槍嘴可沖至30m高度，預計4MPa壓力應不超30kg；

（2）6mm槍嘴，水柱長度8m，在最大壓力下，反作用力為15Kg內；

（3）16～17mm口徑槍嘴水柱形狀較好，按30m高度，后座力因高壓管內經增大而使后座力增加，最大值為56.5kg。

圖2沖洗裝置受力示意圖

沖洗設備設計后座力取值60kg，升降平臺升降部分水平基座尺寸為1.8m×1.2m，伸出腳后支撐尺寸為3.6m×3.6m，總高度為16m（噴嘴反作用力點）。支架受力示意圖如圖2所示。支架自重約為1250kg，在極限情況下，該機構能承受的水平力：

kgf

實際沖洗的實際受力不大于60kg，遠遠小于該機構的實際承受水平傾翻力140kg，因此機構在水平面的穩定性是足夠保證，在實際使用工程中是安全的。

1.3結構設計

帶電水沖洗設備的機械結構由底座，升降機構，噴頭擺動機構三部分組成。

底座部分：采用輪式移動底座，如圖3所示，采用4腳支退固定，工作時支腿擺開，支點通過螺紋旋轉伸出。不用時支點收回，支腿擺回初始位置，移動通過滾輪實現。該方案支腿伸出4點的平面距離可以達到4m×4m。足夠大的支撐面積保證了升降機的穩定性。

圖3底座示意圖

升降機構：選擇國外一種桅柱式高空作業平臺作為開發的參照目標，該平臺結構緊湊、質量輕，占用空間小，整機運輸時能通過任何標準門道和升降機門。采用7層高強度矩管焊接而成，結構如圖4所示。由于采用桅柱式，滑槽移動方式，便于控制線和軟管的安裝。支桿材料高強度矩管焊接而成，既保證結構的強度，同時大大減輕了設備的重量。在支桿內部安裝液壓油缸和鏈條鏈輪機構，使外觀比較簡潔。

圖4升降機構示意圖

噴頭擺動機構：噴頭水平面90°，由于水噴出位置離目標物有一定距離，為了保證控制的精度，采用伺服電機加減速機來實現、垂直方向45°擺動，垂直面內擺動比較頻繁，要求比較高，采用伺服電機加減速器來完成，結構如圖5所示。噴嘴的夾持機構根據具體的噴嘴結構來設計，設計滿足直徑20到直徑50水管都能可靠夾持。該部分機構采用鋁合金實現，及保證結構的強度，同時減輕了機構的重量，也起到了防銹的功能。由于現場有水霧和靜電的情況，該噴嘴控制機構除了水管夾頭外，其他結構都包裹在不銹鋼的防護罩里面。

圖5噴嘴控制機構示意圖

1.4控制系統

沖洗裝置控制部分包括中央控制單元、液控部分、信號發送接收裝置。

1.4.1中央控制單元：中央控制單元采用可編程邏輯控制器（PLC），控制器接收信號接收端的遙控信號，根據不同的遙控信號，分別發出控制指令，對升降臺的升起，停止，下降進行控制。該PLC通過掃描的方式來實現指定面積的自動噴水清掃；也可以將不同的噴水流程存儲于PLC的存儲器中，供實際清洗時調用實現。中央控制單元也提供了觸摸屏的人機接口，供操作人員設置噴頭的掃描速度、角度等。控制單元及遙控單元預留了控制高壓水的開啟和關閉控制功能。

1.4.2液控部分。中央控制器通過接受到的遙控信號向液壓電磁閥發送相應的控制信號，來控制升降機構液壓缸動作，實現平臺的升降功能，升降平臺液壓控制部分采用單向液控閥可以實現平臺高度任意位置穩定駐留。

1.4.3信號發送接收裝置。信號發送裝置即遙控器：遙控器采用工業級的遙控發射裝置來實現，如圖6所示。實現：平臺上升，停止、下降、噴水機構水平擺動、垂直擺動（含快速和慢速）、自動噴水起始位置、結束位置等功能。信號接收裝置與遙控器對應，將接收到到信號轉換到相應的開關量并輸送到PLC控制器。

圖6遙控器外觀圖

該遙控器將升降機上升、下降、停止設計在一個撥動開關上，撥動開關向上控制上升，中間位置停止，向下控制下降。為了方便噴水，將噴頭的水平擺動和上下擺動控制設計在一個遙桿上，考慮到上下噴水頻繁，速度變化多，將上下噴水遙控設計成5級速度，水平噴水設計成3級速度。這樣滿足了不同速度噴水的需求。由于現場有500kV的高壓，有靜電及電磁干擾，該遙控器功率比較大，以保證遙控信號的可靠發送。

沖洗過程中，噴頭對稱安置在目標物的四周，一般為3或者4個噴頭同時作業，因此一個遙控器發射端同時對4臺遙控器接收端發送同一遙控信號，同時控制4個噴頭一起對目標物進行水沖洗。

2裝置試制與調試

在2013年10月試制一臺樣機，并到浙西電力培訓中心進行500kV變電設備帶電水沖洗試驗。

根據現場試驗情況，由于高壓水管一直拖動到16m的高空，水管及噴頭對噴頭機構向下的拉大增大很多，導致垂直旋轉的伺服電機功率增大。

操作液壓平臺升降時，對接入的220V電源線的電壓有影響，引起控制系統中的輸入電壓瞬時降低，及時采取了相應的抗干擾措施，確保控制的可靠性。

從試驗的結果來看，基本完成了預期的試制目標，也有幾點需要改進：

（1）噴頭結構比較大，垂直擺動中的伺服電機安裝在水平擺動架上，限制了水平擺動的空間；將垂直擺動電機也安裝在固定支架上，噴頭擺動機構采取類似于坦克塔的旋轉擺動方式。

（2）噴頭的夾持方式采取固定連接，通過螺紋連接噴嘴的方式來實現，這樣更換不同噴嘴來實現不同

要求。

（3）液壓升降平臺的體積要減小，因為變電現場的空間有限，在保證足夠強度的情況下盡量縮小體積。

帶電噴水自動裝置試制成功，可以在變電場所對要沖洗的設備進行帶電清洗作業，同時對操作人員的安全又有保證，具有很大的使用范圍和推廣價值。

參考文獻

[1]?聞邦椿．機械設計手冊（第5版）[M]．北京：機械工

?業出版社，2010．

[2]?韓永盛．常用電器線路110例[M]．北京：金盾出版

?社，1995．

[3]?吳轉峰，劉衛國，付麗，郎寶華．微型紅外追蹤及無

?線遙控車設計[J]．微特電機，2006，（5）．

作者簡介：鄧華（1981—），男，浙江人，國網浙江省電力公司檢修分公司工程師，研究方向：變電設備帶電檢修；房旺（1972—），男，四川人，浙江大學機械工程學系高級工程師，研究方向：自動化設備，智能檢測儀器；周建平（1977—），男，浙江人，國網浙江省電力公司檢修分公司高級工程師，研究方向：變電設備帶電檢修；呂紅峰（1966—），男，浙江人，國網浙江省電力公司培訓中心高級講師，研究方向：電網設備帶電水沖洗流程與方法。

摘要：文章對帶電水沖洗設備的方案進行了分析，通過液壓提升，伺服電機控制擺動，遙控操作來實現高壓帶電設備水沖洗流程，并對方案的具體實施進行了詳細介紹。實踐證明，根據方案制作樣機到現場測試，達到了預期設計目標。

關鍵詞：遙控裝置；伺服電機；帶電水沖洗

中圖分類號：TM853文獻標識碼：A文章編號：1009-2374（2014）24-0013-03

目前，國內變電站的變電設備在自然環境下會受風沙鹽霧等因素影響，變電設備表面會集聚很多污穢，影響變電設備的正常運行，嚴重時會發生事故，因此必須及時清洗。目前是在停電的情況下，采用人手持噴嘴進行作業，對變電現場的變電設備等進行沖洗。為了保證電網的正常運行，避免停電作業，要求沖洗作業在帶電環境下進行，該沖洗項目現在作為新的沖洗方式在浙江電力公司培訓中心進行試驗，根據現場試驗的情況，發現帶電作業時作業人員與沖洗目標物的位置有很嚴格的要求，沖洗流程和人員配合都要求很高。由于變電設備周圍都是高壓電纜，特別是對500kV變電站的帶電水沖洗，對操作人員身體也有比較大的影響，操作人員工作危險性大。

由于國外電網運行環境好于國內，特別是國內的霧霾天氣及沿海環境的影響，變電設備的沖洗作業需求越來越大，考慮到人員作業的危險性，同時國內外還沒有類似的設備，研發一種能在帶電情況下不需要人員手持噴槍操作的設備勢在必行。本文研發的變電設備帶電水沖洗設備，采用遙控方式進行控制，避免人員靠近變電設備帶來的危險，該設備還可以用于其他帶電沖洗作業環境，具有推廣價值。

1帶電水沖洗設備方案

考慮到現場變電設備的多樣性，同時由于沖洗點位置的高低差異。采用可以升降的平臺來實現，根據現場需求，升降平臺的起升在高度為15m，這樣可以對高處的母線機變電設備進行沖洗，提升重量為200kg，主要承受高壓水管及平臺頂部的頭作用力。

該設備采用三自由度系統來實現（不考慮設備整體的場內自行移動），噴頭上升下降，水平擺動，垂直擺動。采取遙控的方式進行遠程控制，避免帶電水沖洗可能發生的觸電風險。系統結構如圖1所示：

圖1自動清洗裝置系統結構圖

1.1沖洗流程分析

根據現場的測試數據及實際的沖洗需求，帶電水沖洗設備要求在水平面內90°擺動，垂直面內30°擺動，高度從2～16m范圍內。沖洗的目標物現在主要有兩種，一種是豎直細長設備，另一種是長方體設備。每種設備在沖洗過程中，都是在水平面內對稱布置幾個噴頭，同時對目標物進行沖洗，現在分別對兩種目標物的沖洗流程做簡單的介紹。

豎直細長設備，先沖設備的底部開始進行沖洗，從上到下，然后噴頭逐漸上移一定距離，往下沖洗到底，往上沖洗并上移，如此反復，到目標物頂部后，在依次往下沖洗，向上沖洗依次降低一定位置，直到沖洗完成。

長方體設備，先從設備的頂部開始進行沖洗，從左到右，然后噴頭逐漸下移一定距離，再從右至左，如此往復，沖洗到設備頂部完成沖洗。

由于沖洗設備都是安裝在水泥柱或者其他支撐物上，安裝位置高低不一致，因此該噴水的機械結構安裝在一個可以自動升高降低的平臺上，該平臺采用液壓油缸加鏈條機構來實現。

1.2受力分析

通過現場手持噴頭沖洗作業得到的測試數據：

（1）16mm槍嘴可沖至30m高度，預計4MPa壓力應不超30kg；

（2）6mm槍嘴，水柱長度8m，在最大壓力下，反作用力為15Kg內；

（3）16～17mm口徑槍嘴水柱形狀較好，按30m高度，后座力因高壓管內經增大而使后座力增加，最大值為56.5kg。

圖2沖洗裝置受力示意圖

沖洗設備設計后座力取值60kg，升降平臺升降部分水平基座尺寸為1.8m×1.2m，伸出腳后支撐尺寸為3.6m×3.6m，總高度為16m（噴嘴反作用力點）。支架受力示意圖如圖2所示。支架自重約為1250kg，在極限情況下，該機構能承受的水平力：

kgf

實際沖洗的實際受力不大于60kg，遠遠小于該機構的實際承受水平傾翻力140kg，因此機構在水平面的穩定性是足夠保證，在實際使用工程中是安全的。

1.3結構設計

帶電水沖洗設備的機械結構由底座，升降機構，噴頭擺動機構三部分組成。

底座部分：采用輪式移動底座，如圖3所示，采用4腳支退固定，工作時支腿擺開，支點通過螺紋旋轉伸出。不用時支點收回，支腿擺回初始位置，移動通過滾輪實現。該方案支腿伸出4點的平面距離可以達到4m×4m。足夠大的支撐面積保證了升降機的穩定性。

圖3底座示意圖

升降機構：選擇國外一種桅柱式高空作業平臺作為開發的參照目標，該平臺結構緊湊、質量輕，占用空間小，整機運輸時能通過任何標準門道和升降機門。采用7層高強度矩管焊接而成，結構如圖4所示。由于采用桅柱式，滑槽移動方式，便于控制線和軟管的安裝。支桿材料高強度矩管焊接而成，既保證結構的強度，同時大大減輕了設備的重量。在支桿內部安裝液壓油缸和鏈條鏈輪機構，使外觀比較簡潔。

圖4升降機構示意圖

噴頭擺動機構：噴頭水平面90°，由于水噴出位置離目標物有一定距離，為了保證控制的精度，采用伺服電機加減速機來實現、垂直方向45°擺動，垂直面內擺動比較頻繁，要求比較高，采用伺服電機加減速器來完成，結構如圖5所示。噴嘴的夾持機構根據具體的噴嘴結構來設計，設計滿足直徑20到直徑50水管都能可靠夾持。該部分機構采用鋁合金實現，及保證結構的強度，同時減輕了機構的重量，也起到了防銹的功能。由于現場有水霧和靜電的情況，該噴嘴控制機構除了水管夾頭外，其他結構都包裹在不銹鋼的防護罩里面。

圖5噴嘴控制機構示意圖

1.4控制系統

沖洗裝置控制部分包括中央控制單元、液控部分、信號發送接收裝置。

1.4.1中央控制單元：中央控制單元采用可編程邏輯控制器（PLC），控制器接收信號接收端的遙控信號，根據不同的遙控信號，分別發出控制指令，對升降臺的升起，停止，下降進行控制。該PLC通過掃描的方式來實現指定面積的自動噴水清掃；也可以將不同的噴水流程存儲于PLC的存儲器中，供實際清洗時調用實現。中央控制單元也提供了觸摸屏的人機接口，供操作人員設置噴頭的掃描速度、角度等。控制單元及遙控單元預留了控制高壓水的開啟和關閉控制功能。

1.4.2液控部分。中央控制器通過接受到的遙控信號向液壓電磁閥發送相應的控制信號，來控制升降機構液壓缸動作，實現平臺的升降功能，升降平臺液壓控制部分采用單向液控閥可以實現平臺高度任意位置穩定駐留。

1.4.3信號發送接收裝置。信號發送裝置即遙控器：遙控器采用工業級的遙控發射裝置來實現，如圖6所示。實現：平臺上升，停止、下降、噴水機構水平擺動、垂直擺動（含快速和慢速）、自動噴水起始位置、結束位置等功能。信號接收裝置與遙控器對應，將接收到到信號轉換到相應的開關量并輸送到PLC控制器。

圖6遙控器外觀圖

該遙控器將升降機上升、下降、停止設計在一個撥動開關上，撥動開關向上控制上升，中間位置停止，向下控制下降。為了方便噴水，將噴頭的水平擺動和上下擺動控制設計在一個遙桿上，考慮到上下噴水頻繁，速度變化多，將上下噴水遙控設計成5級速度，水平噴水設計成3級速度。這樣滿足了不同速度噴水的需求。由于現場有500kV的高壓，有靜電及電磁干擾，該遙控器功率比較大，以保證遙控信號的可靠發送。

沖洗過程中，噴頭對稱安置在目標物的四周，一般為3或者4個噴頭同時作業，因此一個遙控器發射端同時對4臺遙控器接收端發送同一遙控信號，同時控制4個噴頭一起對目標物進行水沖洗。

2裝置試制與調試

在2013年10月試制一臺樣機，并到浙西電力培訓中心進行500kV變電設備帶電水沖洗試驗。

根據現場試驗情況，由于高壓水管一直拖動到16m的高空，水管及噴頭對噴頭機構向下的拉大增大很多，導致垂直旋轉的伺服電機功率增大。

操作液壓平臺升降時，對接入的220V電源線的電壓有影響，引起控制系統中的輸入電壓瞬時降低，及時采取了相應的抗干擾措施，確保控制的可靠性。

從試驗的結果來看，基本完成了預期的試制目標，也有幾點需要改進：

（1）噴頭結構比較大，垂直擺動中的伺服電機安裝在水平擺動架上，限制了水平擺動的空間；將垂直擺動電機也安裝在固定支架上，噴頭擺動機構采取類似于坦克塔的旋轉擺動方式。

（2）噴頭的夾持方式采取固定連接，通過螺紋連接噴嘴的方式來實現，這樣更換不同噴嘴來實現不同

要求。

（3）液壓升降平臺的體積要減小，因為變電現場的空間有限，在保證足夠強度的情況下盡量縮小體積。

帶電噴水自動裝置試制成功，可以在變電場所對要沖洗的設備進行帶電清洗作業，同時對操作人員的安全又有保證，具有很大的使用范圍和推廣價值。

參考文獻

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作者簡介：鄧華（1981—），男，浙江人，國網浙江省電力公司檢修分公司工程師，研究方向：變電設備帶電檢修；房旺（1972—），男，四川人，浙江大學機械工程學系高級工程師，研究方向：自動化設備，智能檢測儀器；周建平（1977—），男，浙江人，國網浙江省電力公司檢修分公司高級工程師，研究方向：變電設備帶電檢修；呂紅峰（1966—），男，浙江人，國網浙江省電力公司培訓中心高級講師，研究方向：電網設備帶電水沖洗流程與方法。