摘要：伴随着GIS变电站的大量投运，六氟化硫充气、补气工作量逐渐增加。而传统上通过人力搬运六氟化硫气瓶上下楼不仅费时费力、还存在较大的安全隐患。文章设计了一种针对六氟化硫气瓶爬楼的装置，它可以降低搬运六氟化硫气瓶的安全风险，显著提高检修工作效率。
关键词：GIS变电站 六氟化硫气瓶爬楼的装置
1 引言
变电站使用的GIS（gas insulated switchgear）设备是气体绝缘全封闭组合电器，由断路器、隔离开关、接地开关、互感器、避雷器、母线、连接杆和出线终端等组成，这些设备或部件全部密封在金属接地的外壳中，在其中充有一定压力的六氟化硫绝缘气体。现实中GIS变电站维护六氟化硫气体充气、补气工作量较大，而动辄几十上百公斤的圆筒型六氟化硫气瓶上下楼搬运，成为对GIS充气、补气的一大负担，且由于圆筒型构造，气瓶无法没有扶手，人力上下楼搬运过程中存在较大安全隐患。
2 爬楼装置发展现状
国外对爬楼装置的研究开始得相对较早，最早的专利是1892年美国的Bray发明的爬楼轮椅。此后，各国纷纷开始投入此项研究，其中美国、英国、德国和日本占主导地位，技术相对比较成熟，且有一些产品已经投入市场使用。我国对此类装置的研究虽然起步较晚，但近年来也涌现了很多这方面的专利，然而投入实际使用的还很少。总结目前国内外现有的爬楼梯装置和专利，按爬楼梯功能实现的原理主要分为履带式、轮组式、步行式爬楼梯装置。
早期的爬楼梯装置一般都采用步行式，其爬楼梯执行机构由铰链杆件机构组成。上楼时先将负重抬高，再水平向前移动，如此重复这两个过程直至爬完一段楼梯。步行式爬楼梯装置模仿人类爬楼的动作，外观可视为足式机器人，采用多条机械腿交替升降、支撑座椅爬楼的原理。
履带式爬楼梯装置的原理类似于履带装甲运兵车或坦克，其原理简单，技术也比较成熟。英国Baronmead公司开发的一种电动轮椅车，底部是履带式的传动结构，可爬楼梯的最大坡度为35°，上下楼梯速度为每分钟15-20个台阶。法国Topchair公司生产的电动爬楼梯轮椅，它的底部有四个车轮供正常情况下平地运行使用，当遇到楼梯等特殊地形时，用户通过适当操作将两侧的橡胶履带缓缓放下至地面，然后把这四个车轮收起，依靠履带无需旁人辅助便能自动完成爬楼等功能。
轮组式爬楼梯装置按轮组中使用小轮的个数可分为两轮组式、三轮组式以及四轮组式。单轮组式结构稳定性较差，在爬楼过程中需要有人协助才能保证重心的稳定；而双轮组式虽能实现自主爬楼，但由于其体积庞大且偏重，影响了它的使用范围。
3 爬楼装置方案设计
3.1 机械结构选择
机械结构设计的目的应满足爬楼系统机械结构紧凑、整体重量小，操作简单。选择移动速度快、结构简单、损耗小、阻力小的两轮轮式结构，轮子直径选择为250mm。
3.2 电机选择
本装置选择可充电锂电池作为动力电源，采用普通无刷直流电机作为动力源,以六氟化硫气瓶质量为100kg,车身自重15kg（包括电机和电池重量）计，橡胶充气轮半径为0.125m，则爬楼装置的线速度为
则爬楼装置搬运六氟化硫气瓶的最大瞬时功率为
P最大=FV=369W
再考虑机械传输的功率损耗，取系数为0.6，则需要选择的电动机功率最小为
P=P最大/0.6=614W
由此，我们装置选择700W电动机。
4 爬楼装置的现场应用
装置制作完毕后，在作业现场进行测试，下表为对于搬运同一罐六氟化硫气瓶，传统人力作业方法、使用爬楼装置对3个不同变电站中搬抬六氟化硫气瓶人数和作业时间对比统计表：
作业情况
通过对比统计表，可以看到对于搬运同一罐六氟化硫气瓶，使用人力搬运时需要4人共同作业，搬运平均市场8分钟，而对于使用爬楼装置进行搬运需要1人，平均时长为6分钟。使用爬楼装置进行搬运不仅减少3名辅助人员，而且解决了搬运用时，具有明显优势。
5.结论
目前，针对爬楼装置的研究已经取得了一定的成效，但也看到目前阶段主要还多在民用领域。未来电力生产领域的六氟化硫气瓶爬楼装置将朝着质量轻、更高的可靠性、多功能、低价格等方向发展，随着科学技术的快速进步，相信不久的将来，六氟化硫气瓶爬楼装置将大大改善GIS变电站六氟化硫充气补气的检修环境，从而提高工作效率的同时还能彻底解决人员工作强度高的难题，减少用工成本，并能极大的保证作业人员的人身安全和设备安全，对电力供应的及时性提供了极大的保障。
参考文献
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论文作者:仇学礼1,杨世凯1,马林生1,章晋2,郑军超1,吴
论文发表刊物:《基层建设》2019年第20期
论文发表时间:2019/9/21
标签：装置论文; 气瓶论文; 爬楼梯论文; 六氟化硫论文; 作业论文; 变电站论文; 补气论文; 《基层建设》2019年第20期论文;