電力施工斗臂車防雨風幕系統設計與應用

周彪，劉新，黃曉峰，林峰，王翊之，陳昱豪

(國網浙江省電力有限公司金華供電公司，浙江 金華 321000)

斗臂車是電力戶外帶電作業不可或缺的工具。隨著斗臂車性能的日趨完善，電力施工與事故搶修的效率也日益提高，很多故障通過風幕斗臂車可直接帶電快速處理，有效提升了電網的運行可靠性[1-3]。

但現有的風幕斗臂車存在一個較明顯的不足，就是無法勝任雨天作業。隨著用戶對供電可靠性要求的提升，很多計劃電力檢修與搶修都面臨特殊天氣下的作業需求。

對于變電站雨天戶外作業，有時不得不通過搭建臨時遮雨棚來維持施工，費時費力，如果遇到大風，還可能對運行設備產生威脅。對于主變壓器、氣體絕緣金屬封閉開關(GIS)等施工面積較大的設備則更是不便[4-6]，為此本文在現有斗臂車的基礎上開發一個能夠具備擋雨功能的防雨風幕系統，以提升戶外雨季施工的便利性，提高特殊天氣戶外檢修的效率與質量。

1 防雨風幕系統設計方案

1.1 防雨風幕設計思路

借鑒流體力學技術，通過機電一體化設計，在斗臂車工作斗上方設置橫向的帶狀防雨氣流風幕，吹散下落的雨滴，實現戶外作業的防雨功能。通過對氣流作用距離與面積的優化，進一步增大風幕氣流，實現約30 m2的擋雨保護范圍，實現主變壓器等大面積施工區域的擋雨保護。防雨風幕在高速軸流風機的基礎上，設計了高速異形射流噴口、旋轉型導風板等先進氣流控制技術，實現吹風氣流的集中，而吹風氣流接近航空發動機的尾部排氣氣流，風速降落緩慢，進而形成風幕[7-9]。

1.2 防雨風幕氣流動力學設計

設計的防雨風幕氣流擴散角要盡可能小，這樣才能給雨滴施加最大的橫向速度，使雨滴垂落于航空渦扇發動機的涵道結構。依托射流流體力學原理設計，在高速軸流風機的基礎上，利用高速異形射流噴口、機翼曲線無紋流聚風結構、旋轉型導風板等先進氣流控制技術，實現吹風氣流的集中，其風口氣流擴散角僅有15°，氣流擴散模型與樣機模型如圖1所示。由圖1可見，吹風氣流接近航空發動機的尾部排氣氣流，風速隨距離降落緩慢，從而可實現遠距離的大面積水平送風，形成隔離雨滴的風幕。

圖1 防雨風幕氣流擴散模型

射流型噴口： 噴嘴尺寸2 m×0.3 m，噴口設計風速15 m/s，針對雨滴粒徑2～3 mm(接近中雨)的模擬條件下，可實現噴口下方2 m×2 m的干燥區域。射流型噴口的擋雨效果仿真如圖2所示。

圖2 射流型噴口的擋雨效果仿真

環繞型風口(見圖3)：為了提高風口的適應性及防雨區域的實用性，后期又開發了環繞型風口。環繞型風口的風口直徑為0.56 m，在設計風速15 m/s的條件下，防雨面積可達直徑2.5 m范圍。

圖3 環境型風口結構

1.3 防雨風幕系統管道絕緣安全性

防雨風幕系統管道安全性是其最重要、最基本的技術性能。防雨風幕系統必須有一路可伸縮的波紋氣壓管道，連接車體下部的風機。該氣壓管道采用無內襯尼龍結構，本體電場分布均勻，又具有波紋伸縮特性，因此表面爬距很長，材料本體擊穿電壓達10 kV/mm以上。連接工作斗與金屬伸縮臂之間的最短距離也達到1 m以上，因此35 kV以下電壓等級的系統電壓絕不會對系統的安全性產生任何影響。空壓機采用無油旋轉壓縮機，壓縮壓力達0.8 MPa以上，空氣中大部分的水汽均被凝華排除，實測的壓縮空氣濕度在15%以下，這種高清潔、高壓力、低濕度空氣的交流擊穿電壓可達6 kV/mm以上。由于濕度極低，也不會在管道內形成水汽凝結，可見35 kV以下電壓等級的系統電壓絕不會對系統的安全性產生任何影響。防雨風幕系統的性能可得到非常充分的保障。

2 防雨風幕系統與斗臂車一體化設計方案

防雨風幕系統與斗臂車一體化設計方案如圖4所示。在圖4中，1為增速箱，2為離心風機，3為尾氣收集管，4為尾氣凈化器，5為折疊風管，6為噴管支架，7為扇形噴氣口，8為溫濕度表，9為管道發電機，10為照明燈，11為干燥器，12為高壓風管，13為高壓風管接口。借助現有斗臂車平臺，利用發動機取力器取得動力，帶動風機產生氣流，實現工作斗上方的防雨效果，同時借助車輛尾氣的高溫，進一步提升氣流的干燥效果，也利用氣流帶動發電設備，實現工作斗內部的供電。

圖4 防雨風幕系統與斗臂車一體化設計

防雨風幕系統與斗臂車一體化設計的原理，是通過增速箱將發動機取力器的轉速轉化為較高的轉速，然后推動離心風機運轉，離心風機產生的高壓力氣流通過折疊風管，從扇形噴氣口噴出，形成一個扇形的水平帶狀風幕；利用該風幕，就能在工作斗的上方形成數十平方米的風簾保護區域，雨水掉落下來后將被風幕吹散，不會掉落到風簾保護區域，實現了遮雨擋雨效果，由于風幕的絕緣作用，就可以安心地用于高壓帶電設備區域，解決了人工搭建防雨棚離高壓設備太近的觸點危險。

防雨風幕實現了戶外大面積的無雨區域，此外還充分利用汽車尾氣，化害為利，將尾氣的高溫氣體一起加入到風幕的折疊風管中。利用汽車發動機尾氣的溫度高，就可以起到工作區域空氣干燥的效果，十分有利于對濕度敏感的電力設備戶外作業。通過風幕氣流的作用，設置頂部的氣流發電機實現工作斗的照明，克服了現有技術工作斗無法接電纜照明的弊端，同時維持了斗臂車的絕緣能力，不影響帶電作業，從而有助于大幅提升戶外作業效率，使得戶外作業不再受雨天的影響。其次利用汽車剎車高壓儲氣筒，一物多用，利用其高壓氣體，通過絕緣的高壓風管，實現了工作斗內部的氣源動力，使得風動工具的使用成為可能。

3 現場試驗

為進一步驗證本文防雨風幕系統的防雨保護范圍，通過不同風速和降雨量條件下的試驗，驗證風幕效果。試驗結果如表1所示。

表1 防雨風幕的保護距離

由試驗結果可知，本文提出的防雨風幕系統，在4級中風與7 mm/h的中雨條件下，可實現5 m距離的防雨保護距離，形成半徑約80 m2的無雨保護范圍，對于現場戶外設備的施工搶修無疑能帶來較大的便利。

4 結語

本文提出的斗臂車防雨風幕方案，能夠實現雨天戶外作業的需要，在對電力系統運行可靠性日益重視的今天，有著極好的社會效益與經濟價值，可以大幅提升戶外作業的效率。