论析高压设备带电水冲洗设备方案.docx

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1、论析高压设备带电水冲洗设备方案作者邓华房旺周建平吕红峰目前，国内变电站的变电设备在自然环境下会受风沙盐雾等因素影响，变电设备表面会集聚很多污秽，影响变电设备的正常运行，严重时会发生事故，因此必须及时清洗。目前是在停电的情况下，采用人手持喷嘴进行作业，对变电现场的变电设备等进行冲洗。为了保证电网的正常运行，避免停电作业，要求冲洗作业在带电环境下进行，该冲洗项目现在作为新的冲洗方式在浙江电力公司培训中心进行试验，根据现场试验的情况，发现带电作业时作业人员与冲洗目标物的位置有很严格的要求，冲洗流程和人员配合都要求很高。由于变电设备周围都是高压电缆，特别是对500kV变电站的带电水冲洗，对操作人员身体

2、也有比较大的影响，操作人员工作危险性大。由于国外电网运行环境好于国内，特别是国内的雾霾天气及沿海环境的影响,变电设备的冲洗作业需求越来越大，考虑到人员作业的危险性，同时国内外还没有类似的设备，研发一种能在带电情况下不需要人员手持喷枪操作的设备势在必行。本文研发的变电设备带电水冲洗设备，采用遥控方式进行控制，避免人员靠近变电设备带来的危险，该设备还可以用于其他带电冲洗作业环境，具有推广价值。1带电水冲洗设备方案考虑到现场变电设备的多样性，同时由于冲洗点位置的高低差异。采用可以升降的平台来实现，根据现场需求，升降平台的起升在高度为15m,这样可以对高处的母线机变电设备进行冲洗，提升重量为200kg

3、,主要承受高压水管及平台顶部的头作用力。该设备采用三自由度系统来实现（不考虑设备整体的场内自行移动），喷头上升下降，水平摆动，垂直摆动。采取遥控的方式进行远程控制，避免带电水冲洗可能发生的触电风险。系统结构如图1所示：图1自动清洗装置系统结构图1.1 冲洗流程分析根据现场的测试数据及实际的冲洗需求，带电水冲洗设备要求在水平面内90。摆动，垂直面内30。摆动，高度从216m范围内。冲洗的目标物现在主要有两种，一种是竖直细长设备，另一种是长方体设备。每种设备在冲洗过程中，都是在水平面内对称布置几个喷头，同时对目标物进行冲洗，现在分别对两种目标物的冲洗流程做简单的介绍。竖直细长设备，先冲设备的底部开

4、始进行冲洗，从上到下，然后喷头逐渐上移一定距离，往下冲洗到底，往上冲洗并上移，如此反复，到目标物顶部后，在依次往下冲洗，向上冲洗依次降低一定位置，直到冲洗完成。长方体设备，先从设备的顶部开始进行冲洗，从左到右，然后喷头逐渐下移一定距离，再从右至左，如此往复，冲洗到设备顶部完成冲洗。由于冲洗设备都是安装在水泥柱或者其他支撑物上，安装位置高低不一致,因此该喷水的机械结构安装在一个可以自动升高降低的平台上，该平台采用液压油缸加链条机构来实现。1.2 受力分析通过现场手持喷头冲洗作业得到的测试数据：（1） 16mm枪嘴可冲至30m高度，预计4MPa压力应不超30kg；（2） 6mm枪嘴，水柱长度8m,

5、在最大压力下，反作用力为15Kg内；（3） 1617mm口径枪嘴水柱形状较好，按30m高度，后座力因高压管内经增大而使后座力增加，最大值为56.5kg。图2冲洗装置受力示意图冲洗设备设计后座力取值60kg,升降平台升降部分水平基座尺寸为1.8ml.2m,伸出脚后支撑尺寸为3.6m3.6m,总高度为16m（喷嘴反作用力点）。支架受力示意图如图2所示。支架自重约为1250kg,在极限情况下，该机构能承受的水平力：kgf实际冲洗的实际受力不大于60kg,远远小于该机构的实际承受水平倾翻力140kg,因此机构在水平面的稳定性是足够保证，在实际使用工程中是安全的。1.3 结构设计带电水冲洗设备的机械结构

6、由底座，升降机构，喷头摆动机构三部分组成。底座部分：采用轮式移动底座，如图3所示，采用4脚支退固定，工作时支腿摆开，支点通过螺纹旋转伸出。不用时支点收回，支腿摆回初始位置，移动通过滚轮实现。该方案支腿伸出4点的平面距离可以达到4m4m.足够大的支撑面积保证了升降机的稳定性。图3底座示意图升降机构：选择国外一种桅柱式高空作业平台作为开发的参照目标，该平台结构紧凑、质量轻，占用空间小，整机运输时能通过任何标准门道和升降机门。采用7层高强度矩管焊接而成，结构如图4所示。由于采用桅柱式，滑槽移动方式，便于控制线和软管的安装。支杆材料高强度矩管焊接而成，既保证结构的强度，同时大大减轻了设备的重量。在支杆

7、内部安装液压油缸和链条链轮机构，使外观比较简洁。图4升降机构示意图喷头摆动机构：喷头水平面90。，由于水喷出位置离目标物有一定距离，为了保证控制的精度，采用伺服电机加减速机来实现、垂直方向45。摆动，垂直面内摆动比较频繁，要求比较高,采用伺服电机加减速器来完成,结构如图5所示。喷嘴的夹持机构根据具体的喷嘴结构来设计，设计满足直径20到直径50水管都能可靠夹持。该部分机构采用铝合金实现，及保证结构的强度，同时减轻了机构的重量，也起到了防锈的功能。由于现场有水雾和静电的情况，该喷嘴控制机构除了水管夹头外，其他结构都包裹在不锈钢的防护罩里面。图5喷嘴控制机构示意图1.4 控制系统冲洗装置控制部分包括

8、中央控制单元、液控部分、信号发送接收装置。1.4.1 中央控制单元：中央控制单元采用可编程逻辑控制器（PLe）,控制器接收信号接收端的遥控信号，根据不同的遥控信号，分别发出控制指令，对升降台的升起，停止，下降进行控制。该PLC通过扫描的方式来实现指定面积的自动喷水清扫；也可以将不同的喷水流程存储于PLC的存储器中，供实际清洗时调用实现。中央控制单元也提供了触摸屏的人机接口，供操作人员设置喷头的扫描速度、角度等。控制单元及遥控单元预留了控制高压水的开启和关闭控制功能。1.4.2 液控部分。中央控制器通过接受到的遥控信号向液压电磁阀发送相应的控制信号，来控制升降机构液压缸动作，实现平台的升降功能，

9、升降平台液压控制部分采用单向液控阀可以实现平台高度任意位置稳定驻留。1.4.3 信号发送接收装置。信号发送装置即遥控器：遥控器采用工业级的遥控发射装置来实现，如图6所示。实现：平台上升，停止、下降、喷水机构水平摆动、垂直摆动（含快速和慢速）、自动喷水起始位置、结束位置等功能。信号接收装置与遥控器对应，将接收到到信号转换到相应的开关量并输送到PLC控制器。图6遥控器外观图该遥控器将升降机上升、下降、停止设计在一个拨动开关上，拨动开关向上控制上升，中间位置停止，向下控制下降。为了方便喷水，将喷头的水平摆动和上下摆动控制设计在一个遥杆上，考虑到上下喷水频繁，速度变化多，将上下喷水遥控设计成5级速度，

10、水平喷水设计成3级速度。这样满足了不同速度喷水的需求。由于现场有500kV的高压，有静电及电磁干扰，该遥控器功率比较大，以保证遥控信号的可靠发送。冲洗过程中，喷头对称安置在目标物的四周，一般为3或者4个喷头同时作业，因此一个遥控器发射端同时对4台遥控器接收端发送同一遥控信号，同时控制4个喷头一起对目标物进行水冲洗。2装置试制与调试在2013年10月试制一台样机，并到浙西电力培训中心进行50OkV变电设备带电水冲洗试验。根据现场试验情况，由于高压水管一直拖动到16m的高空，水管及喷头对喷头机构向下的拉大增大很多，导致垂直旋转的伺服电机功率增大。操作液压平台升降时，对接入的220V电源线的电压有影

11、响，引起控制系统中的输入电压瞬时降低，及时采取了相应的抗干扰措施，确保控制的可靠性。从试验的结果来看，基本完成了预期的试制目标，也有几点需要改进：（1）喷头结构比较大，垂直摆动中的伺服电机安装在水平摆动架上，限制了水平摆动的空间；将垂直摆动电机也安装在固定支架上，喷头摆动机构采取类似于坦克塔的旋转摆动方式。（2）喷头的夹持方式采取固定连接，通过螺纹连接喷嘴的方式来实现，这样更换不同喷嘴来实现不同要求。（3）液压升降平台的体积要减小，因为变电现场的空间有限，在保证足够强度的情况下尽量缩小体积。带电喷水自动装置试制成功，可以在变电场所对要冲洗的设备进行带电清洗作业，同时对操作人员的安全又有保证，具有很大的使用范围和推广价值。参考文献1闻邦椿.机械设计手册（第5版）M.北京：机械工业出版社，2010.2韩永盛.常用电器线路110例M.北京：金盾出版社，1995.