變電站懸浮氣墊搬運系統(tǒng)典型工藝應(yīng)用

馬 坦，馮學(xué)藝，高志遠，房新振

（1.國網(wǎng)濟南供電公司，山東 濟南 250001；2.國網(wǎng)山東省電力公司，山東 濟南 250000）

0 引言

隨著社會經(jīng)濟飛速發(fā)展、城市區(qū)域快速拓展及新舊動能轉(zhuǎn)換步伐加快，變電站新建工程成倍增加。社會需求推動施工作業(yè)向機械化、智能化發(fā)展。在變電站工程建設(shè)中常需將重型設(shè)備、大型構(gòu)件在有限空間內(nèi)完成搬運就位。如何更加快捷高效地完成此項工作，需要施工人員開拓創(chuàng)新，開發(fā)或改進形成新的施工工藝。

GIS設(shè)備以其結(jié)構(gòu)緊湊、運行可靠等優(yōu)點，已成為變電站的標配。為防止發(fā)生漏氣、放電等故障，GIS設(shè)備的安裝過程對環(huán)境的微塵度等有異?？量痰囊?。網(wǎng)省公司近年來一直推廣GIS“無塵化”施工，而滾杠滑動、絞磨牽引的傳統(tǒng)運輸方式使得成品破損，施工環(huán)境無法滿足“無塵化”作業(yè)要求。所以施工作業(yè)現(xiàn)場需要探索出新型搬運就位方式，保證安裝環(huán)境清潔、密封元器件清潔，以使施工作業(yè)現(xiàn)場滿足GIS“無塵化”作業(yè)的要求。

1 變電站重型設(shè)備運輸就位工藝現(xiàn)狀

1.1 針對高壓開關(guān)的移動式龍門架吊裝安裝

高壓開關(guān)設(shè)備的運輸就位常采用高壓開關(guān)柜專用組合式移動行車。該方法可對開關(guān)設(shè)備進行平穩(wěn)起吊，輕便運輸，多方位移動調(diào)整。但組合式移動行車框架使用槽鋼焊接架構(gòu)，頂部使用高強度工字鋼，工字鋼下端懸掛電動葫蘆，設(shè)備笨重，配件尺寸大，每次使用前需提前組裝，操作不方便。而且組合式移動行車為定型尺寸，無法在所有變電站中通用。

1.2 重型設(shè)備的傳統(tǒng)運輸就位方式

現(xiàn)今，在變電站電氣設(shè)備安裝過程中，重量在5～20 t的較大重型設(shè)備的搬運就位主要采用絞磨牽引、滾杠滑動的方式。該方法需要確定地錨設(shè)置點、絞磨固定方式，對工作負責(zé)人的施工經(jīng)驗和作業(yè)人員協(xié)作能力要求較高，特別是在轉(zhuǎn)彎時，不夠靈活，容易造成作業(yè)人員受傷。此外，設(shè)備移動過程中，會造成地面瓷磚大量損壞，大大增加土建修復(fù)工作。

1.3 搬運升降車運輸就位方式

現(xiàn)今，變電站設(shè)備安裝過程中，10 kV開關(guān)柜搬運就位一般采用搬運升降車，相比于滾杠滑動的方式，該方式能夠減少對地磚成品的破壞。其缺點主要為：運輸過程中仍需要較多勞動力，機械化水平仍然很低；利用了機械設(shè)備，增加了施工作業(yè)風(fēng)險性；不易完成對重型設(shè)備的運輸。

2 變電站重型設(shè)備懸浮氣墊運輸就位典型工藝研究

基于以上原因，我們依托濟南姚家220 kV變電站異地改造工程建設(shè)項目，創(chuàng)新GIS組合電器等重型設(shè)備運輸、就位施工工藝，實現(xiàn)重型設(shè)備在變電站工程中高效安全搬運與就位的施工經(jīng)驗。

2.1 懸浮氣墊在工業(yè)中的應(yīng)用

懸浮氣墊搬運車最早應(yīng)用在航空領(lǐng)域［1］。它利用氣體成膜技術(shù)托起重物并且搬運移動，當(dāng)氣墊充氣達到一定的壓力后，氣墊懸浮搬運車的運行與地面完全沒有摩擦，搬運過程省時省力。

懸浮氣墊搬運車由空氣壓縮機、穩(wěn)壓罐、空氣干燥機、控制系統(tǒng)、氣墊模塊組成。其核心部件氣墊模塊由環(huán)形氣囊和承載背板組成，當(dāng)氣墊充氣完成，受力均勻時，系統(tǒng)能夠達到自平衡狀態(tài)［2］。

2.1.1 氣壓腔的形成

在未通入壓縮空氣時，氣墊模塊支撐板的中部圓盤貼于地面，支撐整個車體；壓縮空氣通入后，先充入環(huán)形氣囊，當(dāng)環(huán)形氣囊被充脹后，壓縮空氣便會透過環(huán)形氣囊本體上的微細小孔進入氣墊模塊的底部，形成一個氣壓腔。

2.1.2 懸浮離地過程

隨著氣壓腔內(nèi)壓縮空氣量不斷增多，氣壓不斷增大，氣墊模塊便會連同其上的車體一起被托起懸浮離地。隨著氣壓繼續(xù)增大，便將車體、負載工裝及負載一起托起懸浮離地。此時懸浮氣墊運輸系統(tǒng)及負載由氣壓腔內(nèi)的壓縮空氣及氣囊支撐。

2.1.3 氣膜層穩(wěn)定 懸浮系統(tǒng)平衡

當(dāng)氣壓增大到一定數(shù)值時，整個懸浮氣墊運輸系統(tǒng)及負載便浮于地面，與地面之間形成一層厚度大約為0.025 mm的空氣膜?？刂葡到y(tǒng)自動調(diào)節(jié)進氣量，整個系統(tǒng)及負載處于懸浮的平衡狀態(tài)。

理想狀況下，當(dāng)懸浮氣墊運輸系統(tǒng)處于懸浮平衡狀態(tài)時，整個系統(tǒng)與地面之間的摩擦力基本為零，此時使用極小的推力便能使系統(tǒng)及負載進行移動。

利用氣壓學(xué)與動力學(xué)研制而成的懸浮氣墊搬運系統(tǒng)在搬運重型設(shè)備時具有無比的優(yōu)越性，主要體現(xiàn)在移動靈活、高效操作性、無損運輸、安全可靠、對不規(guī)則負載的適應(yīng)性。

2.2 懸浮氣墊搬運系統(tǒng)在變電站應(yīng)用中面臨的困難

實踐發(fā)現(xiàn)，當(dāng)?shù)孛婀饣瑹o縫時，氣墊車正常運行，當(dāng)?shù)孛娲嬖诳p隙或凹凸不平時，造成氣膜層破壞，氣墊與地面摩擦力大大增加，無法運輸設(shè)備［3］。因此，為保證氣墊車正常運行，地面必須是平滑無縫的連續(xù)面。若利用懸浮氣墊車搬運電氣設(shè)備，需要克服幾方面的困難。

2.2.1 氣墊過溝縫的能力

由于變電站設(shè)備間存在眾多電纜溝、設(shè)備基礎(chǔ)預(yù)埋件、孔洞溝縫等，所以，在選擇氣墊運輸車的氣墊模塊時，需要選擇能夠順利通過溝縫的創(chuàng)新型氣墊模塊。

2.2.2 設(shè)備裝置室地面平整度問題

在變電站施工標準工藝中，GIS組合電器、高壓開關(guān)、電容器、接地變等電氣設(shè)備裝置室通常設(shè)計為瓷磚地面或水泥砂漿地面，水泥砂漿地面表面平整度偏差≤4 mm；瓷磚地面平整度偏差≤2 mm，縫格平直偏差≤3 mm，接縫高低差≤0.5 mm。設(shè)備放置處均設(shè)計有鍍鋅預(yù)埋件，埋件高出地面5 mm，在埋件周圍留置10 mm寬的變形縫。

在變電站電氣設(shè)備安裝過程中利用懸浮氣墊搬運系統(tǒng)運輸電氣設(shè)備，必須對設(shè)備裝置室地面、預(yù)埋件基礎(chǔ)平滑處理，保證滿足懸浮氣墊搬運系統(tǒng)的使用要求。

2.2.3 懸浮氣墊搬運系統(tǒng)的平衡控制

懸浮氣墊車使用過程中要求每個氣墊模塊承受的重量盡量均勻，且壓在氣墊模塊的中心。

2.2.4 設(shè)備與氣墊車間的工裝處理

傳統(tǒng)運輸方式均采用焊接固定式工裝，工裝拆卸需要一定空間，而變電站設(shè)備就位后與墻體的距離往往不能滿足固定式工裝的拆卸。如何將固定式工裝通過改良變?yōu)榉奖悴鹦兜慕M合式工裝設(shè)備，而又不影響其穩(wěn)固性，是懸浮氣墊搬運系統(tǒng)應(yīng)用到變電站重型設(shè)備運輸中的一大難題。

3 懸浮氣墊搬運系統(tǒng)的實施

為了使懸浮氣墊運輸車能在變電站重型設(shè)備搬運就位過程中發(fā)揮其優(yōu)勢，本課題組成員攻堅克難，結(jié)合工程實際，探索出了適用于變電站安裝施工的懸浮氣墊搬運系統(tǒng)。下面以較為復(fù)雜的GIS組合電器設(shè)備運輸為例敘述實施方案。

3.1 過縫能力評價 精選多孔多氣囊氣墊模塊

通過現(xiàn)場考察與論證，本課題組發(fā)現(xiàn)上海速屈自動化科技有限公司的SKTGC4K21NH懸浮氣墊搬運車具有較好的過溝縫能力，可滿足變電站重型設(shè)備搬運就位。該氣墊搬運車由4臺額定承載能力為6 t的氣墊模塊構(gòu)成，其上有多個獨立的氣囊，每個氣囊上有多個小孔，氣墊模塊過溝縫能力強。使用廠房式空氣壓縮機氣源，該系統(tǒng)可承載24 t重型設(shè)備。當(dāng)懸浮氣墊車正常運行時，只需4人即可使運載系統(tǒng)靈活移動。

3.2 精雕細琢 修復(fù)地面平整度

使用懸浮氣墊搬運系統(tǒng)時，懸浮氣墊推進通道選在兩設(shè)備基礎(chǔ)之間的平整地面，通道全程鋪設(shè)地板革，如圖1，地板革接縫處使用膠帶平整粘平。待搬運車行進到與設(shè)備安放位置平行時，再橫向移動使設(shè)備就位。這樣，即可減小設(shè)備基礎(chǔ)對懸浮氣墊搬運車氣膜層形成的影響。

當(dāng)設(shè)備重力平衡點不在預(yù)埋件之間時，氣墊模塊需要跨過預(yù)埋件設(shè)備才能正確就位，此時需要加工定型模具將預(yù)埋件與地面處理平滑，以滿足氣墊對地面的要求。

此外，GIS配電裝置室存在較多電纜溝及電纜艙孔洞，在使用懸浮氣墊搬運系統(tǒng)時，需要對其進行防護。電纜溝的防護采用帶支撐腿的厚鋼板，鋼板厚度為8 mm，支撐腿選用40 mm的角鋼，當(dāng)防護鋼板放置在電纜溝角鋼基礎(chǔ)時鋼板剛好與地面齊平。電纜艙孔洞防護同樣采用8 mm厚鋼板，尺寸與孔洞尺寸一致。鋼板與地面之間的縫隙使用透明膠帶黏平，防護不留死角。

除在設(shè)備運輸通道區(qū)域內(nèi)鋪設(shè)地板革外，在預(yù)埋件基礎(chǔ)上也需鋪設(shè)地板革，消除尖端棱角，以免對氣墊造成損壞。

3.3 平衡控制 分析承載背板受力點

為使懸浮氣墊搬運車穩(wěn)定，在設(shè)備承載之前，需對承載背板的受力位置進行分析。本方案中使用4臺氣墊模塊，前后各兩塊，如圖2。選取運載設(shè)備4個點作為重力支撐點，為使受力均勻，與承載背板接觸的工裝構(gòu)架應(yīng)為橫向，即與運載設(shè)備底部角鋼成垂直角度，由此可使左右兩個氣墊受力均衡，保證懸浮氣墊搬運系統(tǒng)平衡不傾斜。

圖1 懸浮氣墊推進通道

圖2 氣墊模塊組裝圖

3.4 方便快捷 制作組裝式平衡工裝

工裝是為了使懸浮氣墊搬運系統(tǒng)使用方便而設(shè)計的構(gòu)件，通過工裝可將氣墊模塊與運載設(shè)備形成一個整體。氣墊充氣后，通過工裝與運載設(shè)備可靠連接。設(shè)備運輸?shù)轿缓?，將氣墊泄氣，使設(shè)備落在地面上，此時氣墊與運載設(shè)備間有活動空間，可以輕松取下工裝。因為工裝設(shè)置在GIS設(shè)備間隔的兩側(cè)，相鄰間隔空間不足60 cm，有可能造成GIS無法對接到位。而組裝式工裝可以有效避免此類情況的發(fā)生，如圖3，當(dāng)空間不足時，可將工裝橫向拆卸。

GIS組合電器設(shè)備運輸工裝采用20 mm厚度鋼板，整體呈半弓子型，如圖3、4，可拆卸。GIS設(shè)備底座采用10號槽鋼做框架，工裝前半部分高度為97 mm，可橫向或縱向插入GIS設(shè)備底座槽鋼內(nèi)，尺寸匹配度極佳。工裝后半部分長度為600 mm，距地面高度為150 mm。安裝時后半部分下方橫向放置兩根10號槽鋼，槽鋼下面放置氣墊模塊，在未充氣狀態(tài)下氣墊高度為9 mm，槽鋼厚度為5 mm，氣墊模塊安裝完畢后剩余1 mm活動空間，便于氣墊的安裝與拆卸。

圖3 可拆卸工裝組裝圖

圖4 半字型支撐件

氣墊模塊在承載狀態(tài)下可以升高30 mm，考慮到GIS隔間中間部位下沉形變，其形變量不超過20 mm。因此本懸浮氣墊搬運系統(tǒng)正常運行時可以使設(shè)備整體抬離地面至少10 mm，完全可以順利通過預(yù)埋件基礎(chǔ)。

3.5 安全可靠 控制設(shè)備運輸過程

待全部工裝安裝完成后，依次連接主氣泵、供氣管道，分氣管等懸浮氣墊搬運系統(tǒng)的附件設(shè)備，確認氣墊安裝無誤后，開啟空氣壓縮機、空氣干燥機，待氣罐壓力升至0.8 MPa后，開啟氣管閥門，氣流沖至控制箱后，依次開啟4個氣墊閥門，根據(jù)設(shè)備重量均勻調(diào)節(jié)氣墊進氣壓力，使氣墊模塊充氣至能夠?qū)⒃O(shè)備抬離地面，保持此時控制箱給氣量［4-5］，如圖5。當(dāng)設(shè)備完全懸浮后，方可推動設(shè)備移動，以完成進行對設(shè)備的搬運就位，如圖6。

設(shè)備運輸時一人操作壓力控制箱，前后各兩人推動設(shè)備，前部兩人時刻控制設(shè)備前進方向。

圖5 氣墊車控制箱

圖6 設(shè)備搬運過程示意圖

4 重型設(shè)備懸浮氣墊應(yīng)用效益

本文研制的懸浮氣墊搬運系統(tǒng)，簡化了設(shè)備搬運就位前的準備工作，提高了電氣施工作業(yè)效率，降低了重型設(shè)備運輸安全風(fēng)險，減少了施工作業(yè)勞動強度，實現(xiàn)了對瓷磚地面的有效防護，改善了施工作業(yè)環(huán)境。具體效益主要體現(xiàn)在三方面。

4.1 管理效益

該工藝方法有效保障了電氣施工標準化作業(yè)，符合變電站工程安全文明施工標準化要求，為變電站重型設(shè)備搬運就位提供了新的思路。此外，懸浮氣墊搬運系統(tǒng)在搬運設(shè)備時，始終處于懸浮平衡狀態(tài)，整個系統(tǒng)與地面之間的摩擦力基本為零，該搬運方式能夠有效避免對地面造成損傷，并可大大改善電氣施工作業(yè)環(huán)境，使GIS設(shè)備安裝無塵化要求得以滿足。課題組總結(jié)提煉出了GIS“無塵化”搬運就位實施方案，為網(wǎng)省公司推廣GIS“無塵化”施工標準工藝奠定了堅實基礎(chǔ)。

4.2 經(jīng)濟效益

首先，懸浮氣墊搬運系統(tǒng)承裝能力強，搬運力為承載設(shè)備重量的萬分之五，意味著搬運2 t的重物只需要1 kg的力，以往GIS、接地變等重型設(shè)備搬運就位需要15～20人完成，使用懸浮氣墊搬運系統(tǒng)至多需7人即可（包括工作負責(zé)人和專責(zé)監(jiān)護人），不僅節(jié)省人力，而且對工作負責(zé)人和作業(yè)人員的工作經(jīng)驗要求降低。

其次，懸浮氣墊搬運系統(tǒng)也能降低施工作業(yè)時間。一是準備時間縮短，傳統(tǒng)搬運方式地錨設(shè)置等需計算、論證，準備時間長，而懸浮氣墊搬運系統(tǒng)準備工作一天即可完成。二是搬運時間縮短，對110 kV GIS組合電器設(shè)備，傳統(tǒng)搬運方式一天可以就位4～5個間隔，而良好的懸浮氣墊搬運系統(tǒng)可輕松完成7～8個間隔。

最主要的是，本課題設(shè)計的懸浮氣墊搬運方案，能夠有效保護地面瓷磚，減少了地磚反復(fù)鋪貼帶來的資金成本。

以GIS組合電器運輸為例，選擇氣墊運輸時的經(jīng)濟效益與傳統(tǒng)運輸方式對比如表1。

表1 多種運輸方式經(jīng)濟效益對比表

4.3 社會效益

該典型工藝一是具有較強的推廣借鑒意義，二是能夠有效提高施工作業(yè)安全，減少施工作業(yè)過程中不必要的人員傷害，有利于保障和諧的社會用工氛圍。懸浮氣墊搬運系統(tǒng)主要通過控制箱控制每個氣墊模塊充氣壓力，通過氣膜層使懸浮氣墊搬運車懸浮離地，實現(xiàn)任意行走，操作簡單，輕便靈活，因此具有較大的推廣借鑒意義；懸浮氣墊搬運系統(tǒng)屬于地面搬運設(shè)備，不存在吊裝設(shè)備的起吊危險性，而且不需設(shè)置地錨、鋼絲繩掛鉤等，避免了脫鉤、鋼絲繩套老化斷裂、錨固不牢固等危險點，大大降低了施工作業(yè)風(fēng)險，能夠有效保障施工人員和設(shè)備安全。

5 結(jié)論

變電站重型設(shè)備懸浮氣墊搬運系統(tǒng)是對創(chuàng)新型施工工藝的積極探索，為變電站工程重型設(shè)備搬運就位提供了典型施工經(jīng)驗。懸浮氣墊搬運系統(tǒng)產(chǎn)生的經(jīng)濟效益與社會效益深化了 《國家電網(wǎng)公司輸變電工程安全文明施工標準化管理辦法》的應(yīng)用深度與廣度。為節(jié)約施工成本，減輕施工勞動強度，降低重型設(shè)備搬運風(fēng)險，有效提高成品保護提供了重要措施，為公司推廣重型設(shè)備搬運施工工藝提供了借鑒經(jīng)驗，在國家電網(wǎng)公司變電站工程中將有廣闊的應(yīng)用前景。