電網GIS設備電動搬運裝置的研制與應用

文/陳耀標 趙建永 徐維力

近年來，GIS組合電器現已被廣泛地應用于各個電壓等級的骨干電網中。為解決GIS設備在多層建筑狹小室內空間的搬運與精確對接難題，研制了一種輕便、實用的GIS設備電動搬運裝置，此裝置具有夾持裝卸、液壓升降、電動行走等功能，應用后能顯著減輕GIS設備室內搬運的勞動強度、提升作業效率。

1.引言。

GIS設備指由高壓斷路器、隔離開關、互感器、母線等設備封裝組成的氣體絕緣組合電器，由于其具有顯著的結構緊湊、占地面積小、運行可靠性高、維護工作量少、配置靈活等優點，而被廣泛應用在各電壓等級的電網中。近年來，為節約占地，多層室內布置的GIS設置方案被越來越多采用，而隨著電壓等級與輸送容量的提升，相應電網GIS設備尺寸重量也不斷攀升，一臺大型GIS設備外觀尺寸可達8.0×2.0×3.0m,重量可達12T，而一個變電所通常有數十臺GIS設備。在GIS設備建設安裝施工或設備檢修時，受多層建筑樓面承重與狹小作業空間限制，大型的吊裝與搬運機械通常無法使用，GIS設備室內搬運普遍存在較大難度。目前的電網GIS設備通常被分段封裝在一個H15至H20型鋼制成矩形框架內，為縮小設備整體尺寸、方便緊湊拼接，GIS設備通常都沒有設計專用頂升點，矩形型鋼框架均為直接落地形式。在大型GIS設備室內搬運時，通常先需在設備框架底梁與基礎間找到一處稍大的間隙，將撬棒伸入間隙處，依靠人力多次撬動，將間隙擴大到約50mm；然后放入爪式液壓千斤頂托爪，通過搖桿操作將設備底梁頂升到離地100mm，再在底梁下放入排架滾杠或搬運坦克車，通過人力推拉或卷揚機牽引方式移位到指定安裝位置；最后通過使用爪式液壓千斤頂、撬棒方式使設備降落在基礎平臺上。這種傳統的搬運方式勞動強度大、效率低、在作業安全與現場文明施工方面都有待改進。為此，我們研發了一種輕便、實用的，具有夾持裝卸、液壓升降、電動行走等一體化功能的GIS專用搬運裝置。

2.GIS設備電動搬運裝置結構。

GIS設備電動搬運裝置主要包括兩只夾持式重載萬向輪、兩只夾持式電動驅動輪、一套姿態及移動控制系統組成。

2.1 夾持式重載萬向輪機構由一支夾持式金屬臂、一個液壓千斤頂，一只重載萬向腳輪，動力電池，遙控接收裝置，定位鎖銷等組成，其結構如圖1所示。夾持式金屬臂由7075航空鋁合金制成，其中部有下懸的水平卡槽，通過卡槽夾持在H鋼翼板上。金屬臂前端有兩個直徑16mm的圓孔，圓孔中裝有按壓式快卸銷，當快卸銷往下伸出時能使金屬臂與H鋼的上翼板鎖緊、快卸銷往上退回圓孔中時，解除鎖緊便于金屬臂卸下。集成式液壓千斤頂額載10T，工作行程120mm，工作壓力16Mpa，電壓 48V,功率600W。千斤頂缸體為鋁合金材質、不銹鋼材質的頂桿有中空結構，小型高壓油泵、皮囊式儲油箱、電池及遙控接收器封裝在一鋁制盒子中，倒置液壓千斤頂穿過夾持式金屬臂后端的螺孔并與之螺紋連接，液壓千斤頂頂桿下端有方形法蘭板。重載萬向輪通過方形法蘭板與液壓千斤頂下端的方形板螺栓連接，萬向輪單只承重為5T、高度215mm。萬向輪輪架及上部矩形法蘭板都由7075航空鋁合金制成，其中法蘭板厚20mm，輪側側板厚16mm，法蘭板與輪架間裝有51116平面軸承，可靈活轉動，輪子由MC耐磨尼龍制成，直徑150mm,輪寬75mm，輪軸上有4只6205軸承，萬向輪與豎向負載中心間有55mm的偏心距，因此下輪架與輪子能根據GIS設備的運動方向而隨動轉向。

圖1 夾持式重載萬向輪機構

2.2 夾持式電動驅動輪主要由一支夾持式金屬臂，一個穿心液壓千斤頂，一只電動驅輪，轉向手柄，動力電池、遙控接收裝置、定位鎖銷等組成，其結構如圖2所示。夾持式金屬臂結構與前述的夾持式重載萬向輪機構的金屬臂基本一致，金屬臂上部裝有動力電池及驅動控制器、信號接收器等設備；電動驅動輪的輪徑為160mm，輪寬為70mm，動力電機選用1200W無刷直流電機，電機軸動力輸出后通過位于輪架一側的減速齒輪箱傳遞到驅動輪，齒輪組減速比為48:1。夾持式電動驅動輪的集成式液壓千斤頂具有豎向中空貫穿結構，中空孔直徑為60mm，轉向手柄通過千斤頂中空孔洞穿過液壓千斤頂，轉向手柄下端與電動驅動輪箱體的法蘭板相連固定，上端有轉向把手，上下端與液壓千斤頂接觸部位都有平面軸承，轉向手柄能在千斤頂中空孔中自由轉動，把手上有動力電池電量顯示器、前進后退切換開關、調速旋鈕、龜速開關等按鈕；夾持式金屬臂前端也設有兩個圓孔，圓孔中裝有按壓式快卸銷，能將夾持式電動驅動輪機構可靠地鎖緊在GIS設備H鋼底梁上。

圖2 夾持式電動驅動輪機構

2.3 姿態及移動控制系統作用是在GIS設備的頂升或下降作業時，確保GIS設備能始終處于良好的水平狀態，另一方面它還能控制電動驅動輪前進、后退與調節驅動輪滾動速度。姿態控制部分由兩個傾角傳感器、信號發射器與4個遙控接收開關組成。兩個傾角傳感器分別設于GIS設備底座縱橫兩個方向的H鋼橫梁中部，傾角傳感器與液壓千斤頂遙控接收與操作裝置間有無線通信連接。姿態控制系統可實現對GIS設備底座傾斜角度的檢測和反饋，當傾角傳感器的傾角數據超出設定的極限角度時，它就能發出無線信號暫時中斷對應一側的液壓千斤頂的升降動作，避免出現GIS設備發生過度傾斜現象、保障設備安全；當GIS設備恢復到大致水平狀態后，對應側的液壓千斤頂會接收到無線信號而再次接通，兩側液壓千斤頂繼續進行同步升降。移動控制器能切換電動驅動輪的行進或倒退狀態，調節驅動輪滾動速度、短時增大電機輸出扭矩等。

3.GIS設備電動搬運裝置使用。

使用GIS設備電動搬運裝置可實現GIS設備夾持頂升、縱橫方向水平移動、整體斜行、原地轉向、卸載就位等全流程操作。其具體作業步驟如下：（圖3）

3.1 按要求完成場地整改，將GIS設備搬運通道上的電纜溝渠以道木填平或以鐵蓋板鋪蓋，室內高出地面的接地扁鐵、穿線鋼管接口等設施的兩側以薄板或鐵片設置接坡過渡。使用吊機將GIS設備從運輸車輛上卸下并吊運到對應安裝樓層的專用接貨平臺上，調整GIS設備位置，使它與大門中線在縱向居中對齊，拆除吊索具，完成搬運前準備工作。

3.2 將兩套重載萬向輪機構與兩套電動驅動輪機構通過其金屬臂的夾持卡口配合快卸銷，使之固定在GIS設備的H鋼底梁上，重載萬向輪機構與電動驅動輪機構都分別呈對角分布，將兩只傾角傳感器分別磁吸在GIS設備的縱橫向H鋼底梁上面用于監測設備傾斜程度，各部件的具體布置如圖3所示。經檢查，確保各部件都得到可靠固定后，通過遙控手柄操作萬向輪機構上的集成式液壓千斤頂和驅動輪機構上集成式穿心液壓千斤頂進行同步頂升，使GIS設備底座整體抬升，使之離地50～100mm。

圖3 GIS設備搬運作業示意圖

3.3 通過手柄上的遙控開關控制電動驅動輪機構開始行走移動，首先使GIS設備縱向通過大門移到室內，然后根據每臺GIS設備的擬定行進路線，使用轉向手柄調整驅動輪與金屬臂間夾角，實現GIS設備在縱橫方向上的前進、后退，斜向移動與原地回轉動作，從而靈活、快速地將待安裝設備搬移到室內指定的安裝位置。

3.4 通過遙控手柄操作重載萬向輪機構上的集成式液壓千斤頂和電動驅動輪機構上集成式穿心液壓千斤頂進行同步降落，使GIS設備緩慢、穩妥地落在安裝基礎上，然后撥出夾持臂上的快卸銷，拆除夾持萬向輪與驅動輪機構，完成一臺GIS設備搬運工作。

3.5 重復上述作業步驟，直至完成變電所全部GIS設備的室內搬運工作。

4.總結。

本文介紹新研制的GIS設備電動搬運裝置，通過夾持方式將重載萬向輪與電動驅動輪可靠地固定在GIS設備型鋼底梁四周，不但能有效地降低搬運時GIS設備重心高度，而且采用較大的輪徑也提升了對不平地面的通過性。GIS設備電動搬運裝置的主要構件采用7075航空鋁合金、MC耐磨尼龍等新型材料制造，結構輕巧、堅固耐用；本裝置綜合了動力電池驅動、液壓同步頂升、姿態反饋控制、遙控操作等先進技術，作業方便、快捷。GIS設備電動搬運裝置具有夾持裝卸、液壓升降、電動行走等功能，滿足GIS設備室內搬運全過程的作業需求，本裝置已在多個變電站建設工程中使用，實踐證明應用后能顯著減輕GIS設備室內搬運的勞動強度、提升作業效率，具有良好的工程應用價值。

引用出處

[1]國家電網公司電力安全工作規程(電網建設部分),中國電力出版社,2016.03

[2]李潤春等，GIS組合電器的安裝工藝和關鍵控制要點，電力建設，2010.01期

[3]馬坦等,變電站懸浮氣墊搬運系統典型工藝應用,國網技術學院學報,2018.03期

[4]鄒穎梅,戶內GIS變電站設計探討,機電信息,2019.21期