郝建光，馬衛(wèi)華，周萬駿

(1.太原重工股份有限公司技術(shù)中心，山西 太原 030000；2.國家電網(wǎng)有限公司交流建設(shè)分公司，北京 100088)

0 引言

蘇通GIL ( gas-lnsulated metal enclosed tansmission line，氣體絕緣金屬封閉輸電線路)綜合管廊工程是華東特高壓交流環(huán)網(wǎng)閉環(huán)的最后一個(gè)環(huán)節(jié)，是整個(gè)項(xiàng)目的標(biāo)志性工程。工程采用盾構(gòu)管廊方式，輸電電壓1 000 kV、長(zhǎng)度5.8 km，管廊從江底穿越長(zhǎng)江主航道，兩側(cè)通過豎井和地面引接站與架空線路相連。管廊南北兩端高、中部低、最大坡度5 %，是國內(nèi)首個(gè)采用過江管廊GIL方式長(zhǎng)距離輸電項(xiàng)目，至今為止國際上尚無先例。管廊橫斷面見圖1，兩側(cè)分別設(shè)置3相GIL輸電管路，用支架支撐，頂部設(shè)風(fēng)機(jī)保證通風(fēng)。GIL單元數(shù)據(jù)見表1。

表1 GIL單元參數(shù)

由于管廊內(nèi)空間受限，最大運(yùn)輸空間寬4 m、高4.75 m。傳統(tǒng)起重和運(yùn)輸設(shè)備，如汽車起重機(jī)、履帶起重機(jī)等吊裝設(shè)備無法起臂和回轉(zhuǎn)，常規(guī)運(yùn)輸車輛無法掉頭，也無法將GIL單元擺放到支架上。采用專用運(yùn)輸車(下稱運(yùn)輸車)和安裝機(jī)具來完成GIL管線的運(yùn)輸和安裝就成為工程的唯一選擇。由于工程無類似先例參考，根據(jù)管廊GIL的布置形式，制定合理的安裝工藝，開發(fā)相應(yīng)設(shè)備就成為項(xiàng)目的關(guān)鍵。

1 運(yùn)輸軌道

根據(jù)GIL最終布置方案，為使GIL管線密封面最少、絕緣氣體泄漏的概率最小，波紋管布置于GIL單元端部，在三相管線中呈大三角錯(cuò)位布置。因此由表1可知，帶波紋管的GIL單元重心在靠近波紋管一側(cè)，偏心嚴(yán)重，這增加了運(yùn)輸、安裝設(shè)備的設(shè)計(jì)難度。綜合考慮安全可靠、定位準(zhǔn)確、輪壓大、操控方便等方面需求，運(yùn)輸車采用軌道運(yùn)輸方式，同時(shí)GIL單元的運(yùn)輸預(yù)就位和對(duì)接安裝分步進(jìn)行，避免交叉作業(yè)、互相干擾?；谏鲜銮闆r，確定了軌道鋪設(shè)要求、運(yùn)輸車和安裝機(jī)具的技術(shù)參數(shù)、功能、組成和實(shí)現(xiàn)方法。

為了保證運(yùn)輸中GIL單元三軸加速度之和不大于三倍重力加速度的要求，同時(shí)不影響其他工程車輛的行走和正常作業(yè)，最終選擇采用50 kg/m，25 m定尺軌、無縫線路、整體道床結(jié)構(gòu)，軌道具備調(diào)整能力，軌道上平面與地面平齊，兩根軌道的中心距離為2 000 mm，在軌道內(nèi)側(cè)空出輪緣槽，保證車輪運(yùn)行。軌道鋪設(shè)結(jié)合了起重機(jī)和鐵路軌道鋪設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，鋪設(shè)精度滿足以下要求。

(1) 軌距中心與管廊中心盡可能重合，偏差不應(yīng)大于±20 mm。

(2) 軌距偏差不應(yīng)超過+3 mm，-2 mm。

(3) 單根軌道在10 m弦長(zhǎng)上，軌向偏差、高低偏差均不得超過4 mm。

(4) 兩根軌道頂面的相對(duì)高差不超過4 mm。

(5) 在基長(zhǎng)6.25 m，兩軌扭曲不在一個(gè)平面上，扭曲偏差不得超過4 mm。

(6) 軌道豎曲線的最小半徑140 m。

(7) 采用圓柱車輪，踏面不產(chǎn)生側(cè)向力，軌道不設(shè)軌底坡。

(8) 軌道施工測(cè)量采用CPIII敷設(shè)鋪軌基準(zhǔn)。受豎井和管廊空間限制，軌道鋪設(shè)采用專用支承機(jī)具保證安裝精度，用化學(xué)螺栓滿足抗拔力要求保證軌道壓板的扣緊力。

2 GIL運(yùn)輸車的技術(shù)參數(shù)、組成、功能及特點(diǎn)

運(yùn)輸車采用蓄電池供電，能滿足一次性運(yùn)輸三相GIL單元(同時(shí)左側(cè)或右側(cè))，另一側(cè)留出安全通道保證人員通行安全，通道寬度650 mm。在通道外將GIL管裝到運(yùn)輸車上，由運(yùn)輸車運(yùn)輸?shù)揭笪恢貌⑼蟹庞谥Ъ苌?，滿足GIL管的預(yù)就位要求；檢修時(shí)能將單根GIL管道移出和復(fù)位。圖2為裝有3根GIL管的運(yùn)輸車。GIL主要有18 m，15 m，9 m三種長(zhǎng)度，帶波紋管的GIL單元長(zhǎng)度均為18 m。運(yùn)輸車主要性能參數(shù)見表2。

運(yùn)輸車主要由車架結(jié)構(gòu)、行走機(jī)構(gòu)、司機(jī)室、臂架系統(tǒng)、支腿、動(dòng)力電池、液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、撒砂系統(tǒng)等組成。車分前后車，中間鉸接，前后車分別設(shè)司機(jī)室、動(dòng)力電池和泵站；前后車電氣和液壓通過快速接頭實(shí)現(xiàn)連接，互為冗余。管廊有坡度、圓弧和轉(zhuǎn)彎，最大坡度5 %，轉(zhuǎn)彎半徑1 100 m，豎曲線圓弧半徑140 m。由于最大坡度大于目前國內(nèi)現(xiàn)有火車軌道的最大坡度4.25 %，受使用條件和用途的限制，該運(yùn)輸車與常規(guī)起重機(jī)和火車相比有諸多特點(diǎn)。

表2 運(yùn)輸車主要性能參數(shù)

2.1 行走機(jī)構(gòu)

行走機(jī)構(gòu)采用全輪驅(qū)動(dòng)增大摩擦力，保證上下坡起、制動(dòng)時(shí)不產(chǎn)生打滑；前后車中間鉸接，各有4個(gè)車輪，車輪采用圓柱踏面，內(nèi)側(cè)輪緣；四個(gè)車輪裝在一個(gè)剛性車架上，可以保證該行走單元無多余約束；因?yàn)橥瑫r(shí)與軌道接觸的車輪輪緣不會(huì)超過兩個(gè)，在出現(xiàn)軌道和輪緣摩擦?xí)r通過電控系統(tǒng)的軟特性對(duì)車輛行走機(jī)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，保證車的正常工作。車輪采用內(nèi)側(cè)輪緣保證車不會(huì)因輪緣側(cè)向力產(chǎn)生外八字現(xiàn)象。

2.2 臂架系統(tǒng)及支腿

前車設(shè)置有2套臂架，后車設(shè)置有1套臂架；前車兩臂架中心間距為3 858 mm，后車臂架與前車相鄰臂架的中心間距為8 142 mm，可適應(yīng)5～18.5 m內(nèi)不同長(zhǎng)度GIL單元的運(yùn)輸和預(yù)就位。臂架系統(tǒng)由運(yùn)輸支架、頂升機(jī)構(gòu)、推出機(jī)構(gòu)和回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)組成。運(yùn)輸支架有三層托盤分別用于承載三相GIL單元，每個(gè)托盤上有橡膠墊，用于緩沖運(yùn)輸過程中由軌面不平因素對(duì)GIL單元造成的沖擊，可消除因管廊彎曲段和坡道銜接段對(duì)GIL單元的影響。頂升、推出機(jī)構(gòu)采用油缸驅(qū)動(dòng)，伸縮臂結(jié)構(gòu)，裝置下方為手動(dòng)回轉(zhuǎn)裝置，通過回轉(zhuǎn)和定位裝置保證只有2套臂架工作，保證臂架能滿足兩側(cè)GIL管的運(yùn)輸就位。

與臂架對(duì)應(yīng)每側(cè)設(shè)3個(gè)支腿，兩側(cè)共6個(gè)支腿，支腿均靠近臂架回轉(zhuǎn)中心，保證車架受力好、穩(wěn)定性高。支腿具有水平伸縮和垂直伸縮功能，水平伸縮采用矩形結(jié)構(gòu)，垂直支腿為液壓油缸和可擺動(dòng)的支腳盤。在坡道工作時(shí)，支腿不僅可以保證載管側(cè)推出就位時(shí)整車的穩(wěn)定性，也能克服因坡度產(chǎn)生的分力。在預(yù)就位過程中將運(yùn)輸GIL管單元一側(cè)的支腿水平伸出并支地，保證整車的抗傾覆穩(wěn)定性。采用支腿方式保證整車穩(wěn)定性，在降低整車重量的同時(shí)也減小了蓄電池容量。

2.3 液壓系統(tǒng)

液壓系統(tǒng)為臂架系統(tǒng)和支腿提供動(dòng)力，分前車和后車兩套系統(tǒng)，前車為兩套臂架四個(gè)支腿提供動(dòng)力，后車為一套臂架和兩個(gè)支腿提供動(dòng)力。前后車兩套泵站間有應(yīng)急管路接口，如其中一套泵站的電機(jī)或主泵故障，可通過前后車泵站共享動(dòng)力，使兩套系統(tǒng)互為冗余，但各液壓機(jī)構(gòu)的速度減半。泵站采用液控變量泵+負(fù)載敏感比例多路閥的開式液壓系統(tǒng)為臂架頂升油缸、推出油缸，支腿水平和垂直油缸提供動(dòng)力。臂架水平伸縮機(jī)構(gòu)由一個(gè)安裝在水平伸縮臂內(nèi)部的水平伸縮油缸驅(qū)動(dòng)，由負(fù)載敏感多路閥控制，前后半車的水平伸縮臂通過水平伸縮位移傳感器，進(jìn)行自動(dòng)同步控制。水平支腿油缸與垂直支腿油缸由兩聯(lián)多路閥控制。設(shè)有液壓監(jiān)控保護(hù)系統(tǒng)，對(duì)電液比例閥、油溫、油位、油壓進(jìn)行監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的保護(hù)。

2.4 電氣系統(tǒng)

電氣系統(tǒng)由動(dòng)力電池組、機(jī)載電腦、控制器、操作手柄、無線遙控接收器、行走電機(jī)、電機(jī)控制器、泵站電機(jī)、垂直升降和水平伸縮長(zhǎng)度傳感器等組成。動(dòng)力系統(tǒng)采用安全性高、熱穩(wěn)定性好的磷酸鐵鋰電池，額定容量172.2 Ah，標(biāo)稱電壓576 VD C，額定能量99.2 kW。動(dòng)力電池有安全管理系統(tǒng)，通過電壓、電流、溫度等數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集，進(jìn)行監(jiān)測(cè)和故障診斷。前后車司機(jī)室均配有機(jī)載電腦、控制器和可編程設(shè)備，以實(shí)現(xiàn)邏輯控制、自適應(yīng)控制、自診斷、報(bào)警等功能。機(jī)載電腦可隨時(shí)展現(xiàn)整車運(yùn)行狀態(tài)、報(bào)警診斷結(jié)果、簡(jiǎn)易故障處理方式及設(shè)備健康管理信息。臂架系統(tǒng)可通過位移傳感器精確測(cè)量油缸行程，保證對(duì)任一對(duì)臂架的同步控制。操作機(jī)構(gòu)設(shè)有使能按鍵，機(jī)構(gòu)間有時(shí)序連鎖，前后車司機(jī)室操縱系統(tǒng)互鎖，保證同時(shí)只有一套有效，且只能在車靜止?fàn)顟B(tài)下進(jìn)行切換；行走機(jī)構(gòu)操作與臂架系統(tǒng)、支腿機(jī)構(gòu)操作互鎖，保證行走機(jī)構(gòu)的操作與水平伸縮機(jī)構(gòu)、垂直升降機(jī)構(gòu)和支腿機(jī)構(gòu)的操作同時(shí)只能有一個(gè)有效，避免因誤操作造成事故。行走機(jī)構(gòu)設(shè)有防碰撞主動(dòng)制動(dòng)系統(tǒng)，整車有遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸功能，可將設(shè)備的實(shí)時(shí)位置信息、故障信息、運(yùn)行數(shù)據(jù)傳至遠(yuǎn)程服務(wù)器，提供給管廊總控室，方便總調(diào)調(diào)控。

3 安裝機(jī)具組成及主要特點(diǎn)

安裝機(jī)具的主要任務(wù)是對(duì)運(yùn)輸車托放于支架上的GIL單元進(jìn)行精細(xì)對(duì)接調(diào)整。如圖3所示，每2臺(tái)安裝機(jī)具構(gòu)成一組，2臺(tái)機(jī)具配合動(dòng)作實(shí)現(xiàn)管的旋轉(zhuǎn)、軸向及前后、上下調(diào)節(jié)，滿足GIL單元的對(duì)接調(diào)整和穿螺栓要求。當(dāng)GIL單元一端帶有波紋管時(shí)，因波紋管重量大，重心在靠波紋管側(cè)，所以一臺(tái)安裝機(jī)具要盡量靠近波紋管，保證調(diào)整就位過程中GIL單元的穩(wěn)定性。旋轉(zhuǎn)和軸向調(diào)整時(shí)兩臺(tái)機(jī)具必須同步進(jìn)行、其余調(diào)整可同步也可獨(dú)立動(dòng)作。安裝機(jī)具主要性能參數(shù)見表3。

表3 安裝機(jī)具主要性能表

安裝機(jī)具的特點(diǎn)是兩臺(tái)安裝車配合動(dòng)作，通過聯(lián)動(dòng)滿足GIL單元在上下、軸向、徑向、旋轉(zhuǎn)四向調(diào)節(jié)對(duì)位。每臺(tái)車有獨(dú)立的電液系統(tǒng)，可以單控，也可以一個(gè)遙控器控制兩臺(tái)車滿足調(diào)整要求。

3.1 安裝機(jī)具的組成和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

安裝機(jī)具主要由底盤、調(diào)整支架、液壓系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)組成。底盤是調(diào)整支架的行走載體，由車架結(jié)構(gòu)和行走機(jī)構(gòu)組成；行走機(jī)構(gòu)由驅(qū)動(dòng)裝置、主動(dòng)輪、轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)向車輪組成，通過行走和轉(zhuǎn)向滿足管單元間的軸向移動(dòng)和定位。車架結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)設(shè)調(diào)整支架導(dǎo)向槽，保證支架推出和收回過程中均有導(dǎo)向；泵站和電控箱布置在車架前后兩端。推出油缸的一端連在車架結(jié)構(gòu)上，另一端連在調(diào)整支架上，通過油缸伸縮實(shí)現(xiàn)調(diào)整支架的推出和收回。調(diào)整支架主要由支架體及垂直升降、水平軸向調(diào)整、水平徑向調(diào)整、旋轉(zhuǎn)調(diào)整機(jī)構(gòu)組成。在上中下GIL單元的調(diào)整過程中要先將管托垂直移動(dòng)到待調(diào)整管的要求位置，然后推出調(diào)整支架使管托移動(dòng)到GIL單元下方，托住GIL單元進(jìn)行調(diào)整。調(diào)整支架在GIL單元之間升降時(shí)速度高、定位粗即可，但GIL單元對(duì)接調(diào)整時(shí)要求高精度。調(diào)整支架的所有機(jī)構(gòu)均設(shè)有導(dǎo)向，保證在坡道上調(diào)整對(duì)位的準(zhǔn)確性。各機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方式如下：升降機(jī)構(gòu)帶動(dòng)軸向調(diào)整支架在支架體中上下運(yùn)動(dòng)，軸向機(jī)構(gòu)帶動(dòng)徑向調(diào)整支架在軸向調(diào)整支架中軸向運(yùn)動(dòng)，徑向調(diào)整機(jī)構(gòu)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)調(diào)整支架在徑向支架中前后移動(dòng)，旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)油缸推動(dòng)托管座在旋轉(zhuǎn)調(diào)整支架的環(huán)形導(dǎo)槽內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)管實(shí)現(xiàn)調(diào)整。

3.2 液壓系統(tǒng)

液壓系統(tǒng)通過泵站為升降調(diào)整、水平軸向調(diào)整、水平徑向調(diào)整、旋轉(zhuǎn)調(diào)整及調(diào)整支架推出機(jī)構(gòu)提供動(dòng)力。泵站采用變量泵，負(fù)載敏感反饋多路閥對(duì)油缸提供動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)上下、軸向、徑向、旋轉(zhuǎn)四向調(diào)節(jié)對(duì)位。泵站設(shè)大、小排量?jī)膳_(tái)泵用來滿足快速移動(dòng)和精確調(diào)整兩種對(duì)位要求，所有液壓驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)采用電液比例控制，控制精度高，運(yùn)行平穩(wěn)并帶有斜坡功能。

3.3 電氣系統(tǒng)

安裝機(jī)具采用管廊內(nèi)380 V AC電源，車上設(shè)24 V電源及控制器。除行走機(jī)構(gòu)外，其他機(jī)構(gòu)采用無線遙控/手持線控方式，兩臺(tái)安裝車均配有控制系統(tǒng)且具有良好的聯(lián)動(dòng)性能，兩臺(tái)車的所有相同液壓驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)都可以實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)聯(lián)動(dòng)，為保證軸向移動(dòng)機(jī)構(gòu)和旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)聯(lián)動(dòng)的同步性，相應(yīng)油缸帶有長(zhǎng)度傳感器，保證控制精度。電控箱設(shè)顯示屏，可隨時(shí)顯示車的工作狀態(tài)、工作壓力及各機(jī)構(gòu)位置，實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)檢測(cè)、自診斷、報(bào)警及故障處理方法。

4 結(jié)論

蘇通GIL管廊工程是國家特高壓交流工程跨越長(zhǎng)江的創(chuàng)新性重點(diǎn)工程，GIL單元運(yùn)輸車和安裝機(jī)具的開發(fā)應(yīng)用是該工程保質(zhì)保量、按期完工的前提和重要保證。

目前運(yùn)輸車和安裝機(jī)具已投入工程使用，并且已成功通過了GIL單元運(yùn)輸預(yù)就位和對(duì)接安裝的試用階段，可以說此項(xiàng)管廊內(nèi)GIL運(yùn)輸車和安裝機(jī)具的開發(fā)研制為國內(nèi)和國際同類項(xiàng)目提供了先例和有效的借鑒。