曹俊，夏志永，楊艷

貴州電網(wǎng)有限責(zé)任公司貴陽(yáng)供電局，貴州貴陽(yáng)，550002

0 引言

電力系統(tǒng)中輸變電的一次設(shè)備使用量較大，特別是隔離開(kāi)關(guān)數(shù)量多，且維護(hù)工作量大。變電檢修人員在隔離開(kāi)關(guān)維護(hù)工作中，由于隔離開(kāi)關(guān)自身體積大、重量大，不便于檢修人員操作，必須使用大型吊車，工作人員必須頻繁登高作業(yè)方可完成一次檢修工作任務(wù)。而在一次設(shè)備停電工作中，不能完全將一個(gè)帶電間隔全停電，往往是局部停電，而停電部分設(shè)備的周圍間隔均帶電，因此，在一次設(shè)備檢修工作過(guò)程中，一是存在觸及帶電部位的可能，導(dǎo)致人身及設(shè)備的安全事故事件發(fā)生；二是工作人員的工作強(qiáng)度大，導(dǎo)致停電時(shí)間長(zhǎng)，削弱供電的可靠性[1-2]。

1 傳統(tǒng)作業(yè)方式

傳統(tǒng)戶外隔離開(kāi)關(guān)檢修主要采用登高車和吊車配合作業(yè)，所以在檢修時(shí)所需人力、物力巨大，且由于檢修間隔空間狹小，而周圍間隔均帶電，故在吊車檢修作業(yè)時(shí)存在吊臂觸及帶電間隔的可能，并引發(fā)作業(yè)人員觸電死亡，造成安全事故。同時(shí)由于機(jī)具配合、人員配合和流程配合的各種原因?qū)е峦ｋ姇r(shí)間過(guò)長(zhǎng)，供電可靠性差引起供電企業(yè)效益損失。以檢修1臺(tái)110千伏的隔離開(kāi)關(guān)為例：檢修1臺(tái)戶外隔離開(kāi)關(guān)預(yù)計(jì)需要6小時(shí)，需要1臺(tái)登高車、1臺(tái)5～8噸的吊車，以及6名檢修工作人員，且在工作過(guò)程中機(jī)具存在觸及帶電部位的安全風(fēng)險(xiǎn)[3-4]。

2 TRIZ理論

TRIZ理論最早是由蘇聯(lián)科學(xué)家G.S.Altshuller提出的[5-6]，通過(guò)對(duì)20萬(wàn)份高質(zhì)量的專利進(jìn)行分析，他提出了一套具有完整體系的發(fā)明問(wèn)題解決理論。TRIZ理論是通過(guò)對(duì)具體工程問(wèn)題分析找到問(wèn)題的核心，通過(guò)TRIZ理論建模找到對(duì)應(yīng)解決方法，再將解決方法聯(lián)系工程實(shí)際確立解決方案[7]。TRIZ理論本質(zhì)上只是對(duì)我們解決問(wèn)題的一個(gè)指導(dǎo)方法，不能直接得到工程問(wèn)題的實(shí)際解決方案；這要求應(yīng)用創(chuàng)新方法的工程技術(shù)人員不僅要具備TRIZ理論的知識(shí)儲(chǔ)備，又要有具體的工程背景和一定的科學(xué)知識(shí)儲(chǔ)備。在解決實(shí)際工程問(wèn)題時(shí)，運(yùn)用TRIZ理論分析、提取工程問(wèn)題的矛盾，并將矛盾轉(zhuǎn)化為某一種通用的問(wèn)題模型，再運(yùn)用相應(yīng)的工具得到TRIZ理論的解；聯(lián)系工程實(shí)際進(jìn)而得到解決方案[8-9]。

在本文中通過(guò)因果分析對(duì)傳統(tǒng)作業(yè)方式進(jìn)行分析，找出傳統(tǒng)作業(yè)問(wèn)題的關(guān)鍵原因，運(yùn)用功能分析建立功能模型找出傳統(tǒng)作業(yè)的有害功能，通過(guò)功能裁剪得到初步解決方案；通過(guò)初步方案和既定目標(biāo)存在的技術(shù)矛盾，應(yīng)用矛盾矩陣進(jìn)行求解，通過(guò)40個(gè)發(fā)明原理進(jìn)行分析研究，得到最終的創(chuàng)新發(fā)明方案。

3 TRIZ理論對(duì)問(wèn)題的分析

3.1 問(wèn)題描述

傳統(tǒng)220kV變電站戶外隔離開(kāi)關(guān)檢修采取吊車和登高車配合作業(yè)，通過(guò)對(duì)吊車和登高車的受力分析的相關(guān)文獻(xiàn)查閱可以發(fā)現(xiàn)吊車和登高車的動(dòng)力臂和阻力臂的比值為8～10[10-11]；這說(shuō)明在保證作業(yè)平臺(tái)載荷在500kg的同時(shí)車體本身配重就在4～5噸，這樣吊車或登高車的總體重量在5～8噸。這就決定了吊車或登高車的體積和占地面積很大。而220kV及以下等級(jí)的變電站間隔面積和空間都較小，吊車作業(yè)就存在觸碰帶電間隔的風(fēng)險(xiǎn)且不易安放。

因此，問(wèn)題可描述為傳統(tǒng)吊車作業(yè)因吊臂過(guò)長(zhǎng)存在觸碰帶電間隔的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)吊車本身配重過(guò)大不易安放，檢修作業(yè)不便[12]。

3.2 因果分析

因果分析就是從系統(tǒng)問(wèn)題出發(fā)層層分析尋找形成問(wèn)題的根本原因，從而解決問(wèn)題。通過(guò)因果分析圖可以快速梳理邏輯關(guān)系，有效聚焦問(wèn)題的根本，從而尋求問(wèn)題的解決方案；針對(duì)問(wèn)題描述對(duì)傳統(tǒng)戶外隔離開(kāi)關(guān)檢修作業(yè)進(jìn)行因果分析得到如圖1所示的因果分析圖[13]。

圖1 因果分析圖

對(duì)因果分析圖進(jìn)行探討發(fā)現(xiàn)只有因果圖中標(biāo)紅的問(wèn)題可以進(jìn)行功能結(jié)構(gòu)上的改進(jìn)。

3.3 功能組件分析

功能是系統(tǒng)組件價(jià)值的體現(xiàn)。通過(guò)對(duì)系統(tǒng)組件的功能屬性分析可以快速確定存在問(wèn)題的組件。當(dāng)前分析的系統(tǒng)為傳統(tǒng)吊車作業(yè)系統(tǒng)；超系統(tǒng)為帶電間隔、檢修間隔、操作或監(jiān)護(hù)人員，子系統(tǒng)為檢修平臺(tái)、吊臂、操作臺(tái)、駕駛室、車體、檢修人員；作用對(duì)象為戶外隔離開(kāi)關(guān)。組件功能分析如表1和圖2所示。

表1 組件功能類型列表

圖2 組件功能模型圖

4 TRIZ理論對(duì)問(wèn)題的解決

4.1 功能裁剪

由功能模型圖可知帶電間隔對(duì)吊臂有害，所以可以先裁掉吊臂，但是裁掉吊臂也帶來(lái)了新的問(wèn)題，檢修平臺(tái)無(wú)法被支撐和升降。所以我們要設(shè)計(jì)新機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行替代；基于將檢修平臺(tái)支撐和升降的功能獨(dú)立出來(lái)，利用功能導(dǎo)向搜索，我們找到了如下兩個(gè)方案。方案1為剪式升降機(jī)如圖3所示，通過(guò)底部安裝液壓傳動(dòng)裝置或者電動(dòng)傳動(dòng)裝置作為動(dòng)力裝置，在剪叉上安裝傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，以此控制剪叉開(kāi)合的角度進(jìn)而控制平臺(tái)上升的高度，實(shí)現(xiàn)平臺(tái)的支撐和升降；但此方案也有缺點(diǎn)，平臺(tái)上升時(shí)穩(wěn)定性不足，能量傳播鏈條多使得動(dòng)力利用不足，上升高度受限、過(guò)高易傾覆。方案2為電動(dòng)提升結(jié)構(gòu)，本方案借助采礦領(lǐng)域的礦井提升機(jī)模型和建筑領(lǐng)域的露天電梯模型作為類比，綜合考慮變電檢修工況與上述工程環(huán)境區(qū)別，得出了適合于變電檢修的平臺(tái)提升機(jī)模型，如圖4所示。相比方案1，方案2能量傳播鏈條減少，傳動(dòng)受力單一，有效避免了平臺(tái)上升不穩(wěn)、動(dòng)力利用不足的問(wèn)題[14-15]。

圖3 剪式結(jié)構(gòu)

圖4 電動(dòng)提升結(jié)構(gòu)

考慮到平臺(tái)提升方式改變使得車體向小型化發(fā)展，車體占地面積和空間就大大縮小，此時(shí)駕駛室的功能可由人代替，進(jìn)一步優(yōu)化小車，裁剪掉駕駛室如圖5所示。

圖5 駕駛室裁剪后功能模型圖

4.2 技術(shù)矛盾確立

考慮到初步方案與既定目標(biāo)存在技術(shù)矛盾，通過(guò)對(duì)沖突區(qū)域的定位，找到了如下幾個(gè)技術(shù)矛盾如表2所示。通過(guò)技術(shù)矛盾對(duì)查找阿奇舒勒矛盾矩陣查閱創(chuàng)新發(fā)明方法[16-17]。

表2 技術(shù)矛盾對(duì)

查找阿奇舒勒矛盾矩陣得到發(fā)明方法如表3所示。

表3 阿奇舒勒矩陣

4.3 發(fā)明原理運(yùn)用

具體應(yīng)用如下，運(yùn)用分割發(fā)明原理將操作臺(tái)獨(dú)立出來(lái)減小小車體積和重量；運(yùn)用抽取發(fā)明原理將小車底座縮小化，僅保留底座和萬(wàn)向輪滿足小車基本承載和轉(zhuǎn)向功能，將小車底座減小到1.54平方米滿足任何類型的220kV變電站戶外隔離開(kāi)關(guān)的檢修；考慮到作業(yè)平臺(tái)提升，小車整體重心變高、系統(tǒng)不穩(wěn)，運(yùn)用預(yù)先作用發(fā)明原理考慮系統(tǒng)內(nèi)資源，提出了地面預(yù)埋固定螺釘結(jié)合地面和軟、硬抱箍結(jié)合戶外隔離開(kāi)關(guān)瓷瓶、電桿的方式增加小車配重，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性?？紤]到矛盾組4，運(yùn)用復(fù)合材料發(fā)明原理應(yīng)用鋁合金改造作業(yè)平臺(tái)和支撐架，使得在保證作業(yè)時(shí)機(jī)械結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性的同時(shí)，也減輕了作業(yè)平臺(tái)的重量。運(yùn)用動(dòng)態(tài)化發(fā)明原理在作業(yè)平臺(tái)上加裝導(dǎo)軌使得作業(yè)平臺(tái)功能多樣化，更好地服務(wù)于戶外隔離開(kāi)關(guān)檢修[18-20]。

綜合以上所有發(fā)明原理，基于TRIZ的多功能戶外隔離開(kāi)關(guān)檢修操作平臺(tái)效果如圖6所示。

圖6 多功能戶外隔離開(kāi)關(guān)檢修操作平臺(tái)

5 結(jié)論

基于TRIZ理論的多功能戶外隔離開(kāi)關(guān)檢修操作平臺(tái)具有良好的經(jīng)濟(jì)性和推廣性。該裝置應(yīng)用模塊化設(shè)計(jì)便于維修人員搬運(yùn)、組裝；可實(shí)現(xiàn)吊裝功能，能夠?qū)⒏綦x開(kāi)關(guān)的導(dǎo)電部分吊至地面檢修，減少了檢修過(guò)程中吊車和高空作業(yè)車的使用，規(guī)避了安全風(fēng)險(xiǎn)；經(jīng)第三方測(cè)試其有效載荷為150kg，最大上升高度為6m，滿足220kV及以下各類隔離開(kāi)關(guān)檢修需要；在實(shí)際使用中，檢修一臺(tái)隔離開(kāi)關(guān)時(shí)間由傳統(tǒng)作業(yè)的6小時(shí)減少到3小時(shí)，檢修人員由傳統(tǒng)檢修作業(yè)6人減少到2人；相對(duì)于傳統(tǒng)作業(yè)，創(chuàng)新方案節(jié)約了人力資源，提高了供電可靠性。