论文部分内容阅读
摘要：本文主要阐述研制出一种110kV避雷器更换专用新型工具，从而解决运行变电站内受周围带电设备影响而无法使用吊车吊装时引发的安全、操作不灵活等一系列难题。
关键词：避雷器 ；专用吊装工具； 研制
Abstract: This article mainly elaborated the development of a 110kV arrester replaced for a new tool, thereby solving operation in substation by around a charged equipment effect and can not be used when the crane hoisting triggered the safety, the operation is not flexible and a series of problems.
Key words: lightning arrester; special lifting tool; development
中图分类号：TU895文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）
引言：
近年来，随着全市110kV变电所的新增，110kV避雷器的安装和更换工作也相应增加，仅去年一年新增和更换110kV避雷器就有20余组。在施工中，我们出现过：难以在规定时间内完成110kV避雷器新装或更换任务的情况，施工速度较慢，而且存在不安全的隐患，既影响本企业的经济效益，也影响社会效益。那么用什么科学的方法可以缩短现场作业的时间，又可以提高施工安全系数呢？
一、原110kV避雷器吊装方式碰到的问题
1、在基建工程中，因周围没有带电设备，一般可以使用吊车起吊安装。但是在扩建、技改等工程中，由于吊装间隔与周围带电设备之间的安全距离往往不够，无法使用。同时，吊车起吊安装过程中辅助工作较多，存在着人为操作吊车因素及吊车机械性能因素方面的安全隐患，而且作业时间并不短。
2、在无法使用吊车起吊安装的现场，一般采用人工单根直桅杆起吊安装方式，但该方法操作麻烦，吊装时有可能发生避雷器碰撞桅杆的现象，施工时间较长，配备的施工人员较多，劳动强度大，同时单人登高次数较多，安全系数不高。
二、解决方案
如何缩短110KV避雷器的更换时间，提高施工安全系数，最关键要在吊装方法上改进。通过对不同方案施工特点及安全系数等因素综合考虑，研制一种110kV避雷器更换专用新型工具，从而提高施工速度和安全系数。
新工具使用旋转式桅杆作业方式，采用了中相基杆为独臂桅杆的固定点，桅杆靠根部连接万向转铀旋转，分别吊装左右两相避雷器，在吊装中相避雷器时，桅杆与中相固定基杆平行竖直，上端抱箍与桅杆筒体连接，在起吊避雷器后，靠根部连接万向转铀直立旋转，完成更换工作。桅杆安装一次，就可以更换三相避雷器。在安全方面，避雷器吊装后，不会与桅杆发生碰撞，起吊手拉葫芦安装于桅杆下部，突破了原有吊装方式，单人登高次数减少，达到提高施工安全系数的目的，见图1吊装示意图、图2工具结构图。
图1、吊装示意图
图2、新工具结构图
第一步：对中相基杆受力进行分析计算，见下表
中相基杆受力分析图 中相基杆受力分析计算
1、对基杆受力分析：
钢丝绳拉力：T=G避雷器=190*9.8=1.862(KN)
α=arctg(2/(4.8-2.2))=37.57°
β= arctg(2/4.8)=22.62°
桅杆压力: F= T*(cos(α-β)+cosβ)+G桅杆*cosβ =3.87(KN)
基杆本身体重力:G基杆=π*((D/2)+(d/2))/2* t * h1*ρ*g =1.07(KN)
基杆受压力:N= T *cosα- F *cosβ-G = -3.17(KN)
所以,基杆只受地面支撑力3.17KN；
2、基杆根部所受弯矩：
基杆受压：
K=D/t=300/5=60f=215N/mm2
Kf=24100/ f=24100/215=112
K< Kf
取钢材fa=215N/mm2（Q235）
基杆弯矩M
Mx=T *sinα*Lx- F*sinβ*Lx = 2.46(KN·M)
My=0
压应力
δy=-N/A=3.17*1000/4633.85=0.684( N/mm2)
弯应力
δwx= Mx*t/ Ix=2.46*1000*5/50422071=2.439( N/mm2)
δwy= My*t/ Iy=0
合应力δ：
δ= δy+δwx+δwy=3.123( N/mm2) < f=215N/mm2
⑥ 基杆安全系数： K=215/3.123=68.8
由以上分析，可以得出要实现旋转式桅杆作业方式，要满足两个条件：
1、由于避雷器约重180公斤，桅杆受力要达到至少200Kg的抗弯强度。
2、桅杆起吊避雷器后，根部連接万向转轴，可以转向180度。
第二步：通过对新工具实现旋转式桅杆作业方式进行可行性分析，将桅杆根部将采用与万向转铀连接，桅杆变幅可以靠缆风绳调节，由于避雷器重量轻，桅杆根部受力较小，经模型试验，桅杆载重旋转灵活，满足要求。为此，对新工具的各部件进行严密甄选，结合抗拉强度及经济成本综合分析，通过试验确定各部件组成如下：
1、采用Φ68×4.5×5200mm的20#无缝钢管作为桅杆主体，其抗弯强度为480MPa，抗拉强度为500Kg，承重安全系数达到了2.8以上，满足要求，下图为设计图纸。
2、采用8mm的45＃钢半圆连接板作为桅杆变幅调节板，经破坏性拉力试验500 Kg两次，无任何变形扭曲现象，满足要求。
3、采用合金钢(0.5T)滑轮合金钢(0.5T)吊钩作为桅杆顶部的承重夹具，经破坏性承重拉力试验500Kg两次, 滑轮及吊钩无出现任何变形现象，满足要求。
4、采用45#中炭钢（调质处理）抱箍作
为桅杆固定及接口，经破坏性承重试验500
Kg两次, 抱箍本体无任何变形现象，满足要
求，右图为设计图纸。
5、采用45#中炭钢铀套加配合铰链座作
为组合万向转铀，经试验，其承受扭曲力大，
摩擦力小，安全系数达5.2，配合使用最大
扭曲力达1000Kg，满足要求，右图为设计
图纸。
第三步：对新工具进行了两次试用，效果符合要求。
1、进行了旋转式桅杆的承重试验，实物为重400Kg的高压电缆盘，结果获得了成功，承重安全系数达到了2.1以上，检查部件完全正常；
2、对110kV避雷器的更换过程进行了模拟操作，替代物是1只重200Kg的220kV单节避雷器。模拟操作过程简节流畅，达到了预想的效果。
根部抱箍固定图 吊装示意图
三、效果检查
将研发的旋转式桅杆用于实际的生产中，使用该方法吊装了5组110KV避雷器，效果甚佳。
220KV典巷变110KV竹舍间隔避雷器吊装现场
对相关变电所110kV间隔避雷器吊装情况进行了统计，见下表：
从以上两表可以看出，在单组110kV避雷器更换施工中，整个更换工作只用了1小时便顺利完成，登高次数仅为6次，超额完成了当初既定的目标值
四、结束语
虽然新型避雷器更换专业工具的研制不仅缩短了工作时间，也提高了施工安全系数，但也存在着由于变电所110kV避雷器构支架直径不统一，给安装抱箍时带来难题。下阶段工作，我们将对旋转式桅杆进行不断改进，使之能成为可以吊装220kV避雷器以及更重更复杂的电气设备。
关键词：避雷器 ；专用吊装工具； 研制
Abstract: This article mainly elaborated the development of a 110kV arrester replaced for a new tool, thereby solving operation in substation by around a charged equipment effect and can not be used when the crane hoisting triggered the safety, the operation is not flexible and a series of problems.
Key words: lightning arrester; special lifting tool; development
中图分类号：TU895文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）
引言：
近年来，随着全市110kV变电所的新增，110kV避雷器的安装和更换工作也相应增加，仅去年一年新增和更换110kV避雷器就有20余组。在施工中，我们出现过：难以在规定时间内完成110kV避雷器新装或更换任务的情况，施工速度较慢，而且存在不安全的隐患，既影响本企业的经济效益，也影响社会效益。那么用什么科学的方法可以缩短现场作业的时间，又可以提高施工安全系数呢？
一、原110kV避雷器吊装方式碰到的问题
1、在基建工程中，因周围没有带电设备，一般可以使用吊车起吊安装。但是在扩建、技改等工程中，由于吊装间隔与周围带电设备之间的安全距离往往不够，无法使用。同时，吊车起吊安装过程中辅助工作较多，存在着人为操作吊车因素及吊车机械性能因素方面的安全隐患，而且作业时间并不短。
2、在无法使用吊车起吊安装的现场，一般采用人工单根直桅杆起吊安装方式，但该方法操作麻烦，吊装时有可能发生避雷器碰撞桅杆的现象，施工时间较长，配备的施工人员较多，劳动强度大，同时单人登高次数较多，安全系数不高。
二、解决方案
如何缩短110KV避雷器的更换时间，提高施工安全系数，最关键要在吊装方法上改进。通过对不同方案施工特点及安全系数等因素综合考虑，研制一种110kV避雷器更换专用新型工具，从而提高施工速度和安全系数。
新工具使用旋转式桅杆作业方式，采用了中相基杆为独臂桅杆的固定点，桅杆靠根部连接万向转铀旋转，分别吊装左右两相避雷器，在吊装中相避雷器时，桅杆与中相固定基杆平行竖直，上端抱箍与桅杆筒体连接，在起吊避雷器后，靠根部连接万向转铀直立旋转，完成更换工作。桅杆安装一次，就可以更换三相避雷器。在安全方面，避雷器吊装后，不会与桅杆发生碰撞，起吊手拉葫芦安装于桅杆下部，突破了原有吊装方式，单人登高次数减少，达到提高施工安全系数的目的，见图1吊装示意图、图2工具结构图。
图1、吊装示意图
图2、新工具结构图
第一步：对中相基杆受力进行分析计算，见下表
中相基杆受力分析图 中相基杆受力分析计算
1、对基杆受力分析：
钢丝绳拉力：T=G避雷器=190*9.8=1.862(KN)
α=arctg(2/(4.8-2.2))=37.57°
β= arctg(2/4.8)=22.62°
桅杆压力: F= T*(cos(α-β)+cosβ)+G桅杆*cosβ =3.87(KN)
基杆本身体重力:G基杆=π*((D/2)+(d/2))/2* t * h1*ρ*g =1.07(KN)
基杆受压力:N= T *cosα- F *cosβ-G = -3.17(KN)
所以,基杆只受地面支撑力3.17KN；
2、基杆根部所受弯矩：
基杆受压：
K=D/t=300/5=60f=215N/mm2
Kf=24100/ f=24100/215=112
K< Kf
取钢材fa=215N/mm2（Q235）
基杆弯矩M
Mx=T *sinα*Lx- F*sinβ*Lx = 2.46(KN·M)
My=0
压应力
δy=-N/A=3.17*1000/4633.85=0.684( N/mm2)
弯应力
δwx= Mx*t/ Ix=2.46*1000*5/50422071=2.439( N/mm2)
δwy= My*t/ Iy=0
合应力δ：
δ= δy+δwx+δwy=3.123( N/mm2) < f=215N/mm2
⑥ 基杆安全系数： K=215/3.123=68.8
由以上分析，可以得出要实现旋转式桅杆作业方式，要满足两个条件：
1、由于避雷器约重180公斤，桅杆受力要达到至少200Kg的抗弯强度。
2、桅杆起吊避雷器后，根部連接万向转轴，可以转向180度。
第二步：通过对新工具实现旋转式桅杆作业方式进行可行性分析，将桅杆根部将采用与万向转铀连接，桅杆变幅可以靠缆风绳调节，由于避雷器重量轻，桅杆根部受力较小，经模型试验，桅杆载重旋转灵活，满足要求。为此，对新工具的各部件进行严密甄选，结合抗拉强度及经济成本综合分析，通过试验确定各部件组成如下：
1、采用Φ68×4.5×5200mm的20#无缝钢管作为桅杆主体，其抗弯强度为480MPa，抗拉强度为500Kg，承重安全系数达到了2.8以上，满足要求，下图为设计图纸。
2、采用8mm的45＃钢半圆连接板作为桅杆变幅调节板，经破坏性拉力试验500 Kg两次，无任何变形扭曲现象，满足要求。
3、采用合金钢(0.5T)滑轮合金钢(0.5T)吊钩作为桅杆顶部的承重夹具，经破坏性承重拉力试验500Kg两次, 滑轮及吊钩无出现任何变形现象，满足要求。
4、采用45#中炭钢（调质处理）抱箍作
为桅杆固定及接口，经破坏性承重试验500
Kg两次, 抱箍本体无任何变形现象，满足要
求，右图为设计图纸。
5、采用45#中炭钢铀套加配合铰链座作
为组合万向转铀，经试验，其承受扭曲力大，
摩擦力小，安全系数达5.2，配合使用最大
扭曲力达1000Kg，满足要求，右图为设计
图纸。
第三步：对新工具进行了两次试用，效果符合要求。
1、进行了旋转式桅杆的承重试验，实物为重400Kg的高压电缆盘，结果获得了成功，承重安全系数达到了2.1以上，检查部件完全正常；
2、对110kV避雷器的更换过程进行了模拟操作，替代物是1只重200Kg的220kV单节避雷器。模拟操作过程简节流畅，达到了预想的效果。
根部抱箍固定图 吊装示意图
三、效果检查
将研发的旋转式桅杆用于实际的生产中，使用该方法吊装了5组110KV避雷器，效果甚佳。
220KV典巷变110KV竹舍间隔避雷器吊装现场
对相关变电所110kV间隔避雷器吊装情况进行了统计，见下表：
从以上两表可以看出，在单组110kV避雷器更换施工中，整个更换工作只用了1小时便顺利完成，登高次数仅为6次，超额完成了当初既定的目标值
四、结束语
虽然新型避雷器更换专业工具的研制不仅缩短了工作时间，也提高了施工安全系数，但也存在着由于变电所110kV避雷器构支架直径不统一，给安装抱箍时带来难题。下阶段工作，我们将对旋转式桅杆进行不断改进，使之能成为可以吊装220kV避雷器以及更重更复杂的电气设备。