智能套筒操作桿的研究及應(yīng)用

葉巨偉 包益能 徐發(fā)林 鄧通 湯劍偉

摘 要：配網(wǎng)線路帶電作業(yè)是提高供電可靠性的重要措施，隨著目前配網(wǎng)帶電作業(yè)次數(shù)的增加，帶電作業(yè)的安全性逐漸得到供電企業(yè)的重視。10kV 配電網(wǎng)導(dǎo)線間距離小，配電設(shè)施密集，作業(yè)人員活動(dòng)范圍窄小，帶電作業(yè)主要采用絕緣操作桿作業(yè)法或絕緣手套作業(yè)法。

傳統(tǒng)的絕緣桿作業(yè)法是作業(yè)人員在地面或登桿等安全位置，帶好安全帶，與帶電體保持一定的距離，再通過端部裝上所需的工器具附件利用絕緣桿進(jìn)行作業(yè)。該作業(yè)方法完全依賴人力操作，操作難度大，作業(yè)人員勞動(dòng)強(qiáng)度高，且工作效率低。本文就絕緣操作桿作業(yè)法中在絕緣操作桿端部使用電動(dòng)套筒扳手的可行性和實(shí)施方案進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：帶電作業(yè)；絕緣操作桿作業(yè)法；套筒扳手

一、絕緣操作桿作業(yè)法現(xiàn)狀

作業(yè)人員在地面或通過登桿工具（腳扣等）登桿至適當(dāng)位置，保持與10kV 電壓相適應(yīng)的安全距離，再應(yīng)用端部裝配有不同工具附件的絕緣操作桿進(jìn)行作業(yè)的一種帶電作業(yè)方法。采用該作業(yè)方法時(shí)，一是以絕緣工具、絕緣手套等組成的帶電體與地之間的縱向絕緣防護(hù)，其中絕緣操作桿起主絕緣作用，絕緣手套起輔助絕緣作用； 二是以絕緣遮蔽罩，絕緣服組成帶電體與人之間或不同相帶電體之間的橫向絕緣防護(hù)，避免因人體動(dòng)作幅度過大造成相間短路或相對(duì)地短路。該作業(yè)方法主要優(yōu)勢(shì)在于不受交通和地形條件的限制，缺點(diǎn)在于完全依賴人力操作，操作難度大，作業(yè)人員勞動(dòng)強(qiáng)度高，工作效率低。

二、傳統(tǒng)套筒操作桿存在的問題

傳統(tǒng)套筒操作桿將套筒安裝在絕緣操作桿前端，通過人力旋轉(zhuǎn)操作桿帶動(dòng)前端的套筒扳手，轉(zhuǎn)動(dòng)螺栓完成如并溝線夾的拆裝等作業(yè)。由于絕緣操作桿較長(zhǎng)，人力轉(zhuǎn)動(dòng)扳手扭矩不足，操作費(fèi)力且無法保證螺栓固定緊固，存在一定的安全隱患。此外，在登桿作業(yè)時(shí)，作業(yè)人員的活動(dòng)空間受限，需進(jìn)行螺栓緊固或拆除作業(yè)的地點(diǎn)可能離作業(yè)人員較遠(yuǎn)。若作業(yè)點(diǎn)與作業(yè)人員不在同一垂線上，此時(shí)使用傳統(tǒng)套筒扳手作業(yè)，套筒與螺栓成一定角度，難以對(duì)準(zhǔn)，操作更加困難。

三、改進(jìn)方法

圖1 初始設(shè)計(jì)方案

圖2 最終設(shè)計(jì)方案 圖3 實(shí)物照片

（一）智能套筒操作桿的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。（1）絕緣操作桿與電動(dòng)套筒扳手的固定。絕緣操作桿與電動(dòng)套筒扳手的結(jié)合，需考慮以下幾個(gè)方面：1） 不影響絕緣工作性能；2） 合理設(shè)計(jì)模塊重量分布，避免操作時(shí)晃動(dòng)過大；3） 合理分配模塊設(shè)計(jì)外形，保證視線良好；4） 具有可拓展性，功能可拓展。最終設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)：1） 結(jié)合部件角度可調(diào)，電動(dòng)套筒扳手可與操作桿成一定角度，適應(yīng)更多作業(yè)環(huán)境，工具使用更加靈活；2） 中軸一線設(shè)計(jì)，保證重心，避免晃動(dòng)過大；3） 模塊小型化設(shè)計(jì)，合理布局，減少對(duì)操作人員視線的遮擋；4） 高性能輕重量的電機(jī)和電池選型，控制總重量，便于操作。

（2）電動(dòng)套筒扳手的控制。1）采用2.4G無線通信遙控，實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)套筒扳手的實(shí)時(shí)遙控；2）高耐壓電路設(shè)計(jì)技術(shù)，保障電動(dòng)套筒扳手的正常工作；3）國(guó)家安全無線頻段選擇及技術(shù)應(yīng)用，保障電動(dòng)套筒扳手在強(qiáng)電磁場(chǎng)干擾下的正常工作；4）通用電子模塊設(shè)計(jì)，保證通用性；5）嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)，采集顯示相關(guān)數(shù)據(jù)和信息；6）友好的界面，操作人員可帶絕緣手套進(jìn)行操作。

圖4 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

（二）智能套筒操作桿的技術(shù)指標(biāo)。（1）電動(dòng)套筒扳手技術(shù)指標(biāo)。最大扭矩：250 Nm；空載轉(zhuǎn)速：0～2200 rpm；沖擊次數(shù)：0～3200 ipm；夾頭：1/2英寸 四方頭；電池：18V / 2.0Ah（鋰電池）。（2）遙控端技術(shù)指標(biāo)。采用藍(lán)牙通信模塊，通信距離可達(dá)100米，操作終端反應(yīng)時(shí)間小于0.05秒。提供LCD屏進(jìn)行UI交互，具有按鍵可控制功能，并提供語音模塊通知用戶。具有用戶身份識(shí)別模塊，必須具有權(quán)限才可進(jìn)行操作。（3）受控端技術(shù)指標(biāo)。采用藍(lán)牙通信模塊與遙控終端進(jìn)行通信，通過協(xié)議獲取指令。主控芯片直接控制電機(jī)，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)工具工作。（4）芯片級(jí)技術(shù)指標(biāo)。主控芯片采用STM32F103RBT6，最高72MHZ工作頻率，在存儲(chǔ)器的0的等待周期訪問時(shí)可達(dá)1.25DMisp。程序加密防破解。自帶低功耗管理及數(shù)模轉(zhuǎn)換功能。

主控芯片通過串口直接與藍(lán)牙模塊HC-05進(jìn)行數(shù)據(jù)通信與控制，通過IO接口口直接控制LCD屏的顯示。

主控芯片自帶電源控制，對(duì)系統(tǒng)待機(jī)時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)低功耗模式。帶電時(shí)間可達(dá)7天以上。

（三）智能套筒操作桿的功能特點(diǎn)。（1） 將電動(dòng)套筒扳手加入到絕緣操作桿作業(yè)法工具中，代替?zhèn)鹘y(tǒng)工具的人力操作，顯著提升作業(yè)效率；（2）電動(dòng)套筒扳手扭矩大，螺栓固定更加緊固，提高線路安全性；（3）通過無線遙控電動(dòng)工具，解決了電機(jī)控制和操作人員的絕緣安全問題；（4）通過可旋轉(zhuǎn)的連接頭，電動(dòng)工具可以與操作桿固定成一定角度，適用各種操作環(huán)境，具有更強(qiáng)的操作靈活性；（5）通過使用高性能的電機(jī)和電池，在保證電動(dòng)套筒扳手出力的情況下，將系統(tǒng)總重量保持在了一個(gè)合適的范圍內(nèi)；（6）通過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，保證了工器具重心穩(wěn)定和操作人員視野良好。

在實(shí)際測(cè)試過程中，使用智能套筒操作桿登桿進(jìn)行異型并溝線夾的安裝和拆卸工作，只需幾秒種就能旋緊或松開一根螺栓，相比傳統(tǒng)套筒操作桿需要1分鐘左右的操作時(shí)間，大大提高了作業(yè)效率，且降低了作業(yè)難度和作業(yè)人員的體力負(fù)擔(dān)。此外，用智能套筒操作桿旋緊的螺栓，難以用傳統(tǒng)套筒操作桿拆除，螺栓固定更加緊固，提高了線路安全性。

四、結(jié)束語

10kV 線路的帶電作業(yè)還需不斷在工器具和作業(yè)方式上創(chuàng)新、創(chuàng)造，使該項(xiàng)作業(yè)不斷得到改進(jìn)和完善，確保在實(shí)際生產(chǎn)工作中安全、高效地開展。

智能套筒操作桿的研發(fā)與應(yīng)用，可以有效降低作業(yè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度和操作難度，提高工作效率和線路安全性。其設(shè)計(jì)思路可以進(jìn)一步推廣到其他電動(dòng)工具上，應(yīng)用到更廣泛的場(chǎng)景中。此外，可以在設(shè)備上加裝攝像頭采集工作近況視頻，近距離觀察操作點(diǎn)；可在系統(tǒng)中加入帶電操作安全標(biāo)示，如：佩戴作業(yè)高度指示器，可自動(dòng)識(shí)別安全高度；加裝報(bào)警裝置，靠近高壓線安全距離時(shí)自動(dòng)報(bào)警等等。通過設(shè)備終端采集操作大數(shù)據(jù)，根據(jù)長(zhǎng)期數(shù)據(jù)可得出帶電作業(yè)適宜標(biāo)準(zhǔn)，扭力對(duì)金具的使用壽命影響等等。

綜上所述，帶電作業(yè)工器具還有很大的提升空間，隨著智能套筒操作桿推廣與應(yīng)用，將使智能化的電動(dòng)工器具在電力帶電作業(yè)上得到更大的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1] 胡毅.配電線路帶電作業(yè)技術(shù)[M] .中國(guó)電力出版社，2002.

[2] 劉夏清，龔政雄，牛捷.帶電作業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀與未來思考[J] .中國(guó)電業(yè)·技術(shù)，2012（11），477-480.