电力施工斗臂车防雨风幕系统设计与应用

周彪，刘新，黄晓峰，林峰，王翊之，陈昱豪

(国网浙江省电力有限公司金华供电公司，浙江 金华 321000)

斗臂车是电力户外带电作业不可或缺的工具。随着斗臂车性能的日趋完善，电力施工与事故抢修的效率也日益提高，很多故障通过风幕斗臂车可直接带电快速处理，有效提升了电网的运行可靠性[1-3]。

但现有的风幕斗臂车存在一个较明显的不足，就是无法胜任雨天作业。随着用户对供电可靠性要求的提升，很多计划电力检修与抢修都面临特殊天气下的作业需求。

对于变电站雨天户外作业，有时不得不通过搭建临时遮雨棚来维持施工，费时费力，如果遇到大风，还可能对运行设备产生威胁。对于主变压器、气体绝缘金属封闭开关(GIS)等施工面积较大的设备则更是不便[4-6]，为此本文在现有斗臂车的基础上开发一个能够具备挡雨功能的防雨风幕系统，以提升户外雨季施工的便利性，提高特殊天气户外检修的效率与质量。

1 防雨风幕系统设计方案

1.1 防雨风幕设计思路

借鉴流体力学技术，通过机电一体化设计，在斗臂车工作斗上方设置横向的带状防雨气流风幕，吹散下落的雨滴，实现户外作业的防雨功能。通过对气流作用距离与面积的优化，进一步增大风幕气流，实现约30 m2的挡雨保护范围，实现主变压器等大面积施工区域的挡雨保护。防雨风幕在高速轴流风机的基础上，设计了高速异形射流喷口、旋转型导风板等先进气流控制技术，实现吹风气流的集中，而吹风气流接近航空发动机的尾部排气气流，风速降落缓慢，进而形成风幕[7-9]。

1.2 防雨风幕气流动力学设计

设计的防雨风幕气流扩散角要尽可能小，这样才能给雨滴施加最大的横向速度，使雨滴垂落于航空涡扇发动机的涵道结构。依托射流流体力学原理设计，在高速轴流风机的基础上，利用高速异形射流喷口、机翼曲线无纹流聚风结构、旋转型导风板等先进气流控制技术，实现吹风气流的集中，其风口气流扩散角仅有15°，气流扩散模型与样机模型如图1所示。由图1可见，吹风气流接近航空发动机的尾部排气气流，风速随距离降落缓慢，从而可实现远距离的大面积水平送风，形成隔离雨滴的风幕。

图1 防雨风幕气流扩散模型

射流型喷口： 喷嘴尺寸2 m×0.3 m，喷口设计风速15 m/s，针对雨滴粒径2～3 mm(接近中雨)的模拟条件下，可实现喷口下方2 m×2 m的干燥区域。射流型喷口的挡雨效果仿真如图2所示。

图2 射流型喷口的挡雨效果仿真

环绕型风口(见图3)：为了提高风口的适应性及防雨区域的实用性，后期又开发了环绕型风口。环绕型风口的风口直径为0.56 m，在设计风速15 m/s的条件下，防雨面积可达直径2.5 m范围。

图3 环境型风口结构

1.3 防雨风幕系统管道绝缘安全性

防雨风幕系统管道安全性是其最重要、最基本的技术性能。防雨风幕系统必须有一路可伸缩的波纹气压管道，连接车体下部的风机。该气压管道采用无内衬尼龙结构，本体电场分布均匀，又具有波纹伸缩特性，因此表面爬距很长，材料本体击穿电压达10 kV/mm以上。连接工作斗与金属伸缩臂之间的最短距离也达到1 m以上，因此35 kV以下电压等级的系统电压绝不会对系统的安全性产生任何影响。空压机采用无油旋转压缩机，压缩压力达0.8 MPa以上，空气中大部分的水汽均被凝华排除，实测的压缩空气湿度在15%以下，这种高清洁、高压力、低湿度空气的交流击穿电压可达6 kV/mm以上。由于湿度极低，也不会在管道内形成水汽凝结，可见35 kV以下电压等级的系统电压绝不会对系统的安全性产生任何影响。防雨风幕系统的性能可得到非常充分的保障。

2 防雨风幕系统与斗臂车一体化设计方案

防雨风幕系统与斗臂车一体化设计方案如图4所示。在图4中，1为增速箱，2为离心风机，3为尾气收集管，4为尾气净化器，5为折叠风管，6为喷管支架，7为扇形喷气口，8为温湿度表，9为管道发电机，10为照明灯，11为干燥器，12为高压风管，13为高压风管接口。借助现有斗臂车平台，利用发动机取力器取得动力，带动风机产生气流，实现工作斗上方的防雨效果，同时借助车辆尾气的高温，进一步提升气流的干燥效果，也利用气流带动发电设备，实现工作斗内部的供电。

图4 防雨风幕系统与斗臂车一体化设计

防雨风幕系统与斗臂车一体化设计的原理，是通过增速箱将发动机取力器的转速转化为较高的转速，然后推动离心风机运转，离心风机产生的高压力气流通过折叠风管，从扇形喷气口喷出，形成一个扇形的水平带状风幕；利用该风幕，就能在工作斗的上方形成数十平方米的风帘保护区域，雨水掉落下来后将被风幕吹散，不会掉落到风帘保护区域，实现了遮雨挡雨效果，由于风幕的绝缘作用，就可以安心地用于高压带电设备区域，解决了人工搭建防雨棚离高压设备太近的触点危险。

防雨风幕实现了户外大面积的无雨区域，此外还充分利用汽车尾气，化害为利，将尾气的高温气体一起加入到风幕的折叠风管中。利用汽车发动机尾气的温度高，就可以起到工作区域空气干燥的效果，十分有利于对湿度敏感的电力设备户外作业。通过风幕气流的作用，设置顶部的气流发电机实现工作斗的照明，克服了现有技术工作斗无法接电缆照明的弊端，同时维持了斗臂车的绝缘能力，不影响带电作业，从而有助于大幅提升户外作业效率，使得户外作业不再受雨天的影响。其次利用汽车刹车高压储气筒，一物多用，利用其高压气体，通过绝缘的高压风管，实现了工作斗内部的气源动力，使得风动工具的使用成为可能。

3 现场试验

为进一步验证本文防雨风幕系统的防雨保护范围，通过不同风速和降雨量条件下的试验，验证风幕效果。试验结果如表1所示。

表1 防雨风幕的保护距离

由试验结果可知，本文提出的防雨风幕系统，在4级中风与7 mm/h的中雨条件下，可实现5 m距离的防雨保护距离，形成半径约80 m2的无雨保护范围，对于现场户外设备的施工抢修无疑能带来较大的便利。

4 结语

本文提出的斗臂车防雨风幕方案，能够实现雨天户外作业的需要，在对电力系统运行可靠性日益重视的今天，有着极好的社会效益与经济价值，可以大幅提升户外作业的效率。