帶電作業(yè)可單人安裝的桿上擋板的研究分析

國網(wǎng)咸陽供電公司 劉 歡 辛 龍 余 楊 王 磊

配電網(wǎng)是直接面向用戶的電力網(wǎng)，是服務于人民生計的重要基礎(chǔ)設(shè)施。隨著我國經(jīng)濟和科技的發(fā)展，全社會對電力的需求不斷增加，確保配電網(wǎng)安全可靠運行變得越來越重要。帶電作業(yè)是提高供電安全性的重要手段。配電網(wǎng)在現(xiàn)場運行方面有著悠久的傳統(tǒng)。二十世紀初，美國在配電網(wǎng)中使用電絕緣棒；20世紀60年代，EDF 對中低壓配電網(wǎng)進行了帶電運行試驗，并發(fā)布了配電網(wǎng)帶電運行規(guī)程；20世紀80年代，日本對低壓配電網(wǎng)進行了帶電旁路操作。隨著配電網(wǎng)可靠性要求的不斷提高，我國研究人員對配電網(wǎng)帶電作業(yè)進行了各種研究[1]。

由于防雷要求，通常設(shè)置在到達開關(guān)上，防雷裝置的定期更換和故障后的維護也是日常配電網(wǎng)帶電維護中隔離包運行方式的例行項目，使用橋接管和隔離鎖定桿。然后在避雷針處拆除桿頭，拆除后用屏障條固定，用絕緣布覆蓋更多的零件和設(shè)備，并用絕緣條手動控制電纜的位置。

這種模式有一些缺點：工作步驟復雜，保溫板覆蓋的構(gòu)件較多，整個工程耗時較長，增加了總運行時間，降低了運行效率，增加了運行風險；在操作過程中，帶鎖桿的人員使用絕緣罩覆蓋操作區(qū)域內(nèi)所有裝載和接地的物體，從而提高項目的安全風險。為了使這種操作模式更加舒適和高效，有必要開發(fā)一種新的避雷控制工具，用于電壓傳導替換開關(guān)的水平負載。

絕緣擋板是保護檢修人員的一道重要的安全屏障，在配網(wǎng)業(yè)擴工程間接作業(yè)法安裝分支橫擔中應用十分廣泛。本文針對傳統(tǒng)10kV 絕緣擋板在使用過程中出現(xiàn)的裝設(shè)不良狀況，對絕緣擋板的掛鉤結(jié)構(gòu)、伸展結(jié)構(gòu)以及固定裝置進行重新設(shè)計。設(shè)計的多功能絕緣擋板操作靈活、安裝方便，滿足帶電作業(yè)操作規(guī)范的要求，能提高作業(yè)效率，減少工具使用數(shù)量。

1 配電帶電作業(yè)基本方法與方式

1.1 配電帶電作業(yè)基本方法

1.1.1 絕緣桿作業(yè)法

其屬于間接操作方法，絕緣主要是絕緣和二次絕緣，主絕緣主要靠絕緣工具，輔助絕緣主要靠個人絕緣防護裝備。如果操作者在地板上使用絕緣棒，則是地板電位。操作者使用桿上裝置，將安全帶置于操作位置時，操作者與帶電體之間的距離為安全距離，以保證操作者可使用桿長絕緣后再使用絕緣操作桿進行相關(guān)操作。

在電桿上作業(yè)時，操作者難免會與電桿發(fā)生電接觸。此時操作人員所穿的絕緣鞋將起不到絕緣和保護作用，目前業(yè)界通常以地電位狀態(tài)看待，操作人員帶電作業(yè)，操作人員隔離有時需借助隔離裝置平臺或絕緣斗臂，此時操作者電位高于大地，低于帶電導體，操作者被認為是平均電位。如果操作范圍較小，為保證操作人員的安全，操作人員必須穿戴個人絕緣防護用品，并使用絕緣屏蔽設(shè)備覆蓋電氣體[2]。

為確保隔離人員操作程序的安全，需要以下框架條件：工具的絕緣性能應符合要求；空域應符合為確保在電壓下運行的安全而制定的最低要求；隔離控制人員是操作員直接接觸裝載梯子的唯一方式。為確保操作人員安全，控制人員的最短有效隔離長度應滿足相應電壓等級的要求。

1.1.2 絕緣手套作業(yè)法

指操作人員戴絕緣手套以便直接接觸電源線或其他導電裝置、在電壓下操作的方法。這是直接操作方法的一部分，員工可在地面或保溫農(nóng)場平臺上工作。為確保操作人員安全，在直接操作方法中使用了一套完整的個人防護設(shè)備，操作人員在此工作時須佩戴隔離保護裝置。此時，隔離平臺或隔離手推車作為隔離作業(yè)的主要人員，輔助隔離主要依靠絕緣手套等個人防護裝備，操作員的電位位于地球電位和人體電位之間，可將其視為中間電位。絕緣車輛或平臺的絕緣性能決定了流經(jīng)人體的電流大小。

絕緣手套作業(yè)法需要注意：此方法作業(yè)時作業(yè)人員所處電位處較高，因此與地電位及其他相線路間需保持規(guī)定的安全距離，防止誤觸誤碰，威脅生命安全；作業(yè)時作業(yè)人員與地面作業(yè)人員或處在其他相電位的作業(yè)人員人員間嚴禁直接傳遞金屬工具及相關(guān)材料。

1.1.3 綜合不停電作業(yè)法

是指旁路系統(tǒng)在工作區(qū)內(nèi)跨越電線，在整個工作區(qū)內(nèi)臨時供電并隔離工作區(qū)內(nèi)電線，這種作業(yè)方法對運營商的專業(yè)素質(zhì)和工具提出了更高的要求。10kV 配電網(wǎng)的穩(wěn)定可靠運行直接關(guān)系到用戶的用電體驗，因此10kV 輸電線的帶電運行可顯著改善能源供應公司在公司核心的形象，但常規(guī)配電線路的帶電運行將不可避免地影響居民的電力體驗。旁路方式可保證不間斷供電，還可顯著提高帶電運行的安全性。

1.1.4 機器人作業(yè)方法

機器人現(xiàn)場操作方法起源于國外。20世紀80年代全世界開始研究實戰(zhàn)機器人。機器人作業(yè)方法僅保證了員工的人身安全、降低了工人的工作強度，而且提高了工作效率。國內(nèi)1999年開始開發(fā)一種實時操作機器人，2002年成功研制第一代實戰(zhàn)機器人。經(jīng)過20年的發(fā)展，第四代人工智能實戰(zhàn)機器人在天津濱海新區(qū)成功研制完成，性能滿足要求，已全面投入配電網(wǎng)運行。

到目前為止，中國國家電網(wǎng)公司運營的現(xiàn)場操作機器人有三種，包括來自雙層獨立人工智能配電網(wǎng)的現(xiàn)場操作機器人、用于人工智能的單臂人機協(xié)同分配網(wǎng)絡和單臂獨立IT 分配網(wǎng)絡的實時操作機器人。配電網(wǎng)采用帶電作業(yè)機器人，有效保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行，有效防范運行中的人身安全風險。機器人操作可先完成，大大降低了操作者的工作強度，同時保證了操作者與高壓電場之間的較大距離，減少了電磁輻射對操作者的影響[3]。

1.2 配電帶電作業(yè)基本方式

配電網(wǎng)的動力運行可根據(jù)工具和操作的不同動力形式進行劃分，可分為支撐、拉動、夾緊和提升四種形式。支路：是利用絕緣工具將電線和其他帶電體支撐在剛性絕緣棒上，并將帶電體固定在工作位置；圖紙：軟絕緣工具，如絕緣繩和滑動組，通常用于將電線拉到一邊或其他方面，以增加帶電操作的安全距離，方便操作人員操作；固定式：沿帶電體原受力方向牽引，增加帶電作業(yè)安全距離，方便操作人員操作。

2 絕緣擋板設(shè)計要求

在10kV 配電線路施工中，通常會出現(xiàn)三種情況：由于上部水平負荷與下部停電設(shè)備之間的垂直距離＜0.4m，小于絕緣鉤的限制長度（轉(zhuǎn)換后為0.45m），因此不能暫停，并強制上部線路停電運行；由于周圍設(shè)備復雜，空間密集，隔離墻未打開，懸掛不規(guī)范，甚至操作員與負載體之間的安全距離＜0.4m；在隔音墻安裝過程中，系外殼繩索時應戴上絕緣手套。手指不靈活、費時費力，不確定是否要取下絕緣手套。

以上情況分析，結(jié)合保溫板的使用環(huán)境和安全工具的設(shè)計要求，要求保溫板的施工滿足以下要求：技術(shù)要求。絕緣工具的設(shè)計、制造和測試必須符合帶電操作的10kV 標準，具有足夠的機械強度和耐腐蝕性，絕緣材料的絕緣電阻為700兆歐；外觀要求。表面處理工藝應符合要求警告顏色的安全工具的要求；功能要求。滿足安全規(guī)程要求，具有操作靈活性和安裝舒適性。適合帶電作業(yè)，提高作業(yè)效率，減少工具數(shù)量。

3 多功能絕緣擋板設(shè)計方案

3.1 可伸縮式掛鉤設(shè)計

產(chǎn)品設(shè)計為可拉伸式的絕緣掛鉤，其舒卷范圍限制在0.3～0.6m，通過調(diào)整上橫擔和下停電設(shè)備間的距離調(diào)整掛鉤長度，并按照電纜絕緣測桿原理產(chǎn)品設(shè)計制成彈簧銷型調(diào)節(jié)掛鉤，其絕緣部分以每30cm 為節(jié)，并設(shè)有一個自動彈出的減振彈簧銷，共二節(jié)。實際應用時按照所需要長度，調(diào)整掛鉤的節(jié)長如圖1所示。

圖1 彈簧銷

為實現(xiàn)伸縮裝置，在其延伸區(qū)域內(nèi)能夠緊固在任何長度部位，可設(shè)計一個旋轉(zhuǎn)鎖緊裝置，該裝置分成二節(jié)，內(nèi)置了一個凸輪，可利用轉(zhuǎn)動凸輪緊固在調(diào)整管內(nèi)部.該鎖緊裝置可緊固在調(diào)整管任意一個部位，以便于實現(xiàn)任意調(diào)整管掛鉤長度.利用反轉(zhuǎn)凸輪就可解除鎖緊，如圖2所示。

圖2 凸輪及鎖定裝置設(shè)計圖

3.2 可伸展擋板的設(shè)計

絕緣擋板材質(zhì)聚砜樹脂擋板，并具備適當?shù)臋C械強度和耐腐蝕，絕緣材質(zhì)的絕緣阻力≥七百兆歐，滿足10kV 的帶電作業(yè)絕緣條件，絕緣擋板表層涂上黃褐警示色，并作了拋光熱加工，單元模塊擋板規(guī)格重量小于10公斤。為滿足不同的工作空間，產(chǎn)品設(shè)計了能夠調(diào)整擴展尺寸的擋板，能夠按照作業(yè)點空隙的多少調(diào)整擋板的擴展寬度。

充分考慮到擋板的絕緣性能特點，本文制造時選用絕緣材質(zhì)設(shè)計制作的擋板擴展架構(gòu)，摒棄了利用傳統(tǒng)金屬轉(zhuǎn)臂。關(guān)于可推拉型折折翼設(shè)計，主要包括母板和子板二片，母版二端還可用絕緣材質(zhì)制成的推拉導軌，作為子板推拉和定位用。使用時，技術(shù)人員只能按照具體空隙大小通過絕緣棒或推拉子板調(diào)整擋板的遮蔽覆蓋面，推拉型反折翼設(shè)計圖見圖3。

圖3 推拉式折疊翼設(shè)計圖

3.3 對接固定裝置設(shè)計

雙層連接裝置的設(shè)計完全代替了傳統(tǒng)絕緣周圍的桿件，動作靈活簡單，可確保二個絕緣板銜接的緊密安全。二板的連接固定方式主要靠防撞柱，而安全帶由鎖芯和鎖緊環(huán)構(gòu)成，分別設(shè)在二個主板上。連接兩個面板后，僅在手指插入閉合芯的情況下插入閉合環(huán)。對接的保險渠道建設(shè)示意圖見圖4。鎖式保險扣采用了絕緣材料設(shè)計，以確保二個絕緣板安全銜接的需要，從而提高了絕緣要求和物理強度。

圖4 對接保險扣設(shè)計圖

綜上，本文設(shè)計的多功能絕緣擋板在功能、光學等方面均滿足電氣安全工具的要求。本文設(shè)計的旋轉(zhuǎn)鎖鉤在裝配過程中無需斷電。推挽式折疊翼結(jié)構(gòu)的設(shè)計能充分保證對保溫墻體的屏蔽面積，并使得保溫墻體在懸掛過程中的伸縮設(shè)置在同一安全間距水平，從而有效克服了周圍設(shè)備的問題，使周圍空氣更加密集，甚至使作業(yè)人員和帶電體間的安全間距＜0.4m。設(shè)置聲屏障時，鎖緊安全帶扣，無須佩帶絕緣手套，動作更為靈巧、方便、安全。

多功能保溫玻璃的應用有效地提升了效率，提高了工作的安全與可靠性，改變了傳統(tǒng)保溫玻璃裝配時的不標準化狀況。隨著新絕緣材料的大量問世以及生產(chǎn)工藝的不斷進步，多功能絕緣板的生產(chǎn)工藝也變得越來越復雜、完美、舒適，操作速度也越來越快。多功能隔離墻也有望作為10kV 配電網(wǎng)帶電運行中安全儀表的標準，并進行廣告和使用。