基于新型儲能裝置的便攜式電力蹬桿器的研發(fā)

黎立 李金玉 周倍光 李嘉興

摘要：新世紀以來，我國電力事業(yè)取得了長足的進步，為我國社會主義各項事業(yè)的發(fā)展貢獻了不可磨滅的力量，電網(wǎng)建設事業(yè)對于社的發(fā)展至關重要，隨著我國社會經(jīng)濟健康、快速、持續(xù)增長，電力行業(yè)也在不斷的發(fā)展，如何實現(xiàn)電力可持續(xù)發(fā)展、樹立科學的電力發(fā)展觀更加引起人們的關注。電子工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重點在于解決電力工業(yè)發(fā)展中結(jié)構問題、提高電力工業(yè)的效率和效益。改革開放的40年，是我國經(jīng)濟發(fā)展書寫奇跡的40年。我國的經(jīng)濟規(guī)模從1978年的3679億元人民幣增長到2017年的82.71萬億元人民幣，占世界經(jīng)濟的比重由1978年的1.8%上升到2017年的16%。從2010年起我國穩(wěn)居世界第二大經(jīng)濟體。在這樣的發(fā)展奇跡的背后，是我國電力工業(yè)作為國民經(jīng)濟發(fā)展最重要的基礎產(chǎn)業(yè)，為經(jīng)濟增長和社會進步提供的強力保障和巨大動力。登高作業(yè)是電力施工中最常見的作業(yè)方式，特別是在山區(qū)電力施工過程中，在長途作業(yè)的情況下進行登高作業(yè)，對電力施工人員的體力是很大的考驗，同時，在安全性方面存在一定的隱患。本項目旨在通過利用先進的儲能技術為基礎，開發(fā)便攜式蹬桿器，減少電力施工人員的體力消耗；研發(fā)智能型機械互鎖裝置，在保證施工人員的作業(yè)安全的同時，能夠更加精確的到達施工作業(yè)位置；裝置輕便容易攜帶，適用于山區(qū)及平地環(huán)境，從而提高施工作業(yè)效率。

關鍵詞：便攜式電力蹬桿器；新型儲能裝置；登高作業(yè)

引言

國家經(jīng)濟飛速發(fā)展，作為經(jīng)濟發(fā)展的血液，國家的電力發(fā)展也取得了長足的進展1978年底，我國發(fā)電裝機容量為5712萬千瓦，發(fā)電量為2565.5億千瓦時，僅相當于現(xiàn)在一個省的規(guī)模水平。2017年底，我國裝機容量達到17.77億千瓦，發(fā)電量64171億千瓦時，人均發(fā)電裝機容量1.28千瓦，分別是1978年的31倍、25倍、21倍。由于電網(wǎng)規(guī)模的不斷壯大，服務人口也位居世界第一，所以對提升電網(wǎng)維護效率的緊迫性也越來越明顯提升效率是一個系統(tǒng)性的工程，其中電力施工或者維護過程中登高作業(yè)是最常見的一種方式，在交通便利的城市還有自動升舉機可供安裝維護提供必要的幫助，但是對于電網(wǎng)來說除了城市電網(wǎng)安裝維護有專業(yè)作業(yè)工具，還有相當一部分作業(yè)地區(qū)屬于交通不便的山區(qū)，在山區(qū)電力施工過程中，對電力施工人員的體力有很大的消耗，同時人工爬桿對電力線路維修工作是不可缺少的一個環(huán)節(jié)。

1.研究目的

目前電工技術人員蹬桿時候最普遍使用的就是傳統(tǒng)的蹬桿腳扣，這種蹬桿很需要技巧，因為要使用者能找準力的轉(zhuǎn)換平衡才能攀爬，腳扣能否扣緊完全靠作業(yè)者自己掌握，有霜凍雨水容易打滑，不能太松，松了卡不住，太緊了又不容易去除，而且還要隨著桿徑的的變化隨時調(diào)整，對體力消耗也很大，勞動強度也高，上行下降的效率不高，容易導致疲勞，容易使蹬桿著作業(yè)時感覺心跳加速，心里恐慌，造成作業(yè)時精力不集中，容易出現(xiàn)事故，只能慢慢練習，現(xiàn)在就需要利用先進的技術為基礎，開發(fā)便攜式電力蹬桿器，減少施工人員的體力消耗，和安全隱患。

2.研究方向

研究的方向在于提供一種儲備電能蹬桿的工具，具有結(jié)構性強，操作簡單，安全性高，從人機工學角度進行靠研究開發(fā)，合理利用人體的肌肉和提醒尺寸，以及攀爬角度，實現(xiàn)蹬桿動作在上升和下降過程中的方便高效。

3.原理

主要原理是設計一款具備儲能裝置的便攜電力蹬桿器，必須要從根本解決傳統(tǒng)的蹬桿器對電力施工人員體力消耗過大，和安全操作效率等問題，基本實現(xiàn)思路是借用這種電力蹬桿器讓施工人員自己調(diào)控，或者遠程地面遙控升降高度，即可實現(xiàn)蹬桿器載人附著在電線桿上，具備抗側(cè)傾，抗下滑，的高穩(wěn)定性和精準性，能夠自動檢測距離地面的高度

3.1原理

依靠輪式抱箍附著在電線桿上，并依靠電能提供上下行的動力，通過電力控制抱箍輪上的剎車片和輪胎對電線桿施加的摩擦力，從而控制在重力作用下抱箍輪在電線桿上的上下滾動。

本項目難點在于，保證摩擦力的緊箍方式，接觸抹擦力保證不下落，材質(zhì)輕盈易攜帶，遠程精準遙控準確。

3.2本產(chǎn)品特色概述

與傳統(tǒng)蹬桿器相比，操作簡單，依靠外部能量完成升降功能，達到省時省力。

裝置采用機械鎖機構，保證器械能在雨雪霜霧天不下滑。

由傳統(tǒng)人力轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏?，可實現(xiàn)較快的上升粗操作頻率，大大提高了作業(yè)效率。

4.應用前景分析

到2020年，中國輸電線路總里程將從2014年的115萬千米增加至159萬千米以上，以進一步加強全國范圍內(nèi)的供電質(zhì)量；這同樣意味著，中國輸電線路建設的年復合增長率將達到6%，高于全球3%的增速。新的輸電線路建設是極有必要的，因為到2020年底，中國的發(fā)電量將跳增51%至2073千瓦，其中風電裝機容量將新增125千瓦。再加上中國大量的發(fā)電資源集中在西部地區(qū)，而電力需求大省則集中在東部和南部地區(qū)。

我國幅員遼闊，多山地區(qū)較多，在電網(wǎng)規(guī)劃建設過程中，山區(qū)配電網(wǎng)的建設在整體電網(wǎng)建設中占有較大的比重，在以往的建設過程中，對于山區(qū)電網(wǎng)的重視不夠，存在著諸多的問題，隨著社會主義新農(nóng)村建設力度的加大及山區(qū)建設在經(jīng)濟發(fā)展中重要性的顯現(xiàn)，對于山區(qū)配電網(wǎng)的建設有著更高的要求，必須要提升操作人員的作業(yè)效率，而其中的蹬桿器對于身處一線的電力施工人員來說，可以很大的節(jié)省他們蹬桿的體力消耗，和提升作業(yè)時精力的集中，提高勞動效率在目前中國電網(wǎng)環(huán)境下是急不可待，能減少蹬桿導致的意外事故，在輸電最后一公里領域作業(yè)范圍內(nèi)有很大的市場需求。

隨著電力設備狀態(tài)檢修的全面推廣和智能電網(wǎng)建設的全面推進，電力設備高壓試驗的市場需求預計將呈現(xiàn)出快速增長勢頭。根據(jù)需求來源不同，可以將電力設備高壓試驗的需求劃分為存量需求和新增建設需求兩大類。存量需求主要指對在既有電力設備中進行檢測、維護以及進行智能化改造所帶來的需求，新增建設需求則是指未來中長期全國范圍內(nèi)新建特高壓輸電線路及新建變電站等所帶來的需求。

長期以來，我國電力工業(yè)處于“重發(fā)輕供”的局面，輸配電建設嚴重滯后于電源建設，城鄉(xiāng)配電網(wǎng)建設滯后于主網(wǎng)建設，負荷中心受端電網(wǎng)建設滯后于送端電網(wǎng)建設。從“十一五”開始，我國加大了電網(wǎng)投資的力度，投資規(guī)模始終保持較高水平。2006 年，我國電網(wǎng)投資規(guī)模為2，105億元，而到了2014年，這一數(shù)字上升至4，118億元，并從2009年開始連續(xù)保持3，000億元以上的高位。預計未來，我國電力工業(yè)投資將會繼續(xù)加大對電網(wǎng)的建設，以彌補電網(wǎng)建設的不足。經(jīng)過兩個五年期計劃對電網(wǎng)的大力建設，電網(wǎng)中輸、配、變、用環(huán)節(jié)所涉及到的變壓器、高壓輸電線路等主要電力設備存量已經(jīng)具備相當規(guī)模。

根據(jù)國家能源局電力可靠性管理中心數(shù)據(jù)，2014 年全國共有37個省級電網(wǎng)企業(yè)及所轄384個地市級供電公司（含所屬發(fā)電廠、檢修公司、超高壓公司）向其報送了220kV 及以上電壓等級架空線路、變壓器、電抗器等十三類輸變電設施（電力一次設備）的可靠性統(tǒng)計數(shù)據(jù)。

2014年，全國220千伏及以上電壓等級的輸電線路總長度57.20萬千米，相比2010 年增長了12.67萬千米。全國220千伏及以上變電設備總?cè)萘?8.57億千伏安，相比2010年增長了8.67億千伏安。

因此，面對如此龐大的電力設備存量，在狀態(tài)檢修全面推廣，智能電網(wǎng)建設不斷推進，以及特高壓工程的陸續(xù)展開，對電網(wǎng)安全性、穩(wěn)定性、可靠性要求不斷提升的情況下，未來高壓電力測試設備的市場需求將會非常巨大。

隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，各行各業(yè)對電力需求量呈穩(wěn)定增長態(tài)勢。在電力需求增長的拉動下，未來電力投資將保持增長勢頭。“十一五”期間全國電力工程建設累計完成投資3.2萬億元，“十二五”的2011年到2015年上半年，全國電力工程建設已完成投資額3.34萬億元，“十二五” 期間整個投資規(guī)模預計為3. 84萬億元，較“十一五”增長20%左右。隨著我國進入能源生產(chǎn)和消費革命的新時代，對能源規(guī)劃特別是電力規(guī)劃提出了更高的要求和期望，需要加強統(tǒng)籌規(guī)劃和系統(tǒng)優(yōu)化，提升能源效率和經(jīng)濟效益?！笆濉?及未來一段時：期，我國電力發(fā)展仍有較大的增量空間。

長期以來，我國電力發(fā)展基本遵循“擴張保供”的思路，即通過發(fā)電裝機和輸配電容量的增加，滿足不同地區(qū)不同時段的用電需求。這種以數(shù)量擴張為主要特征的電力規(guī)劃模式，在電力高度緊張時期對保障電力安全供應發(fā)揮了重要作用，也與當時經(jīng)濟社會發(fā)展要求“不缺電”為第一要務的大環(huán)境相適應，但同時也導致我國電網(wǎng)投資長期滯后于電源投資。美國、英國、日本等發(fā)達國家的電網(wǎng)輸配電投資是電源投資的1.2倍左右。近幾年，我國電網(wǎng)投資才逐步趕上電源投資，未來電網(wǎng)投資仍將保持較高比例的占比。電網(wǎng)投資的增加必將帶動二次設備行業(yè)的需求。

檢查項目：

（1）塔桿是否穩(wěn)固，拉線是否齊全無松動，接地是否良好

（2）導線松弛程度，線夾是否緊固；

（3）絕緣子是否完整，有無放電閃烙痕跡

（4）安裝經(jīng)試驗合格的線路避雷器

（5）桿塔腳釘應完整、牢固。

（6）使用前檢查電力蹬桿工具，抱好安全繩。

5.作業(yè)前準備工作

（1）準備安保用具，包括高壓驗電器、高壓絕緣手套、接地封線、安全帶、腳扣，數(shù)量充足，使用前要認真檢驗，不合格不準使用。

（2）提前將線路避雷器進行試驗，經(jīng)合格后方可使用。

6.安全技術措施

（1）所有參加作業(yè)人員必須頭腦清醒，上班前不得喝酒，服從停送電負責人的指揮。

（2）認真做好停送電工作。停送電嚴格按照停送電程序進行，必須嚴格執(zhí)行工作票、操作制度。

（3）蹬桿前，安全負責人必須反復核對線路編號、標識，確定該線路是否是要檢修的線路，避免蹬錯桿。

7.桿上作業(yè)應遵守下列規(guī)定

（1）工作人員使用安全腰帶，風力不大于五級，并有專人監(jiān)護。

（2）轉(zhuǎn)角桿不宜從內(nèi)角側(cè)上下電桿。正在緊線時不應從緊線側(cè)上下電桿。

（3）檢查橫擔腐朽、銹蝕情況，嚴禁攀登腐朽、銹蝕超限的橫擔。

（4）桿上作業(yè)所用工具、材料應裝在工具袋內(nèi)，用繩子傳遞。嚴禁上下拋扔工具和材料。地上人員應 離開作業(yè)電桿安全距離以外，桿上、地上人員均應戴安全帽。

8.總結(jié)

隨著科學技術、通信技術及自動化技術的發(fā)展，綜合自動化系統(tǒng)在電網(wǎng)中的應用也越來越成熟，在山區(qū)電網(wǎng)中，通過綜合自動化系統(tǒng)的應用，能夠?qū)崿F(xiàn)安裝操作無人化少人話，通過先進的輔助器具，能夠在最少人工的情況下滿足運行需求，自動化技術和綜合繼電保護的應用，保證了在廣大的山區(qū)安裝維護的及時性和效率性，能及時將故障點切除，保護系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性是未來發(fā)展的一大方向。

基金項目：

廣東省清遠市科技計劃項目，項目名稱：基于新型儲能裝置的便攜式電力蹬桿器的研發(fā)（項目編號：031800KK52180033）