10kV不停電作業(yè)可拆卸自吸式電動(dòng)雙頭套筒操作桿的研制

國(guó)網(wǎng)浙江省電力有限公司安吉縣供電公司 孫棟梁 陸 洋 許 磊

配網(wǎng)帶電作業(yè)一直是提高供電系統(tǒng)安全性的重要措施，但隨著城市配網(wǎng)帶電作業(yè)數(shù)量的增加，帶電作業(yè)的安全問題越來越受到供電企業(yè)的關(guān)注。在10kV不停電作業(yè)中，由于城市配網(wǎng)導(dǎo)線與密集供電設(shè)備之間的距離較小，技術(shù)人員的活動(dòng)范圍相對(duì)較窄，因此在帶電作業(yè)檢查中多采用電纜絕緣操作桿作業(yè)法或電纜絕緣手套作業(yè)檢查法。

傳統(tǒng)的電纜絕緣桿作業(yè)法是指作業(yè)人員與帶電體保持規(guī)定的安全距離，戴絕緣手套和穿絕緣靴，通過絕緣工具進(jìn)行作業(yè)的方法。當(dāng)桿上作業(yè)人員伸展身體各部位有可能同時(shí)觸及不同電位（帶電體和接地體）的設(shè)備時(shí)，作業(yè)人員應(yīng)對(duì)帶電體進(jìn)行絕緣遮蔽并穿戴全套絕緣防護(hù)用具。絕緣桿作業(yè)法既可在登桿作業(yè)中采用，也可在斗臂車的工作斗或其他絕緣平臺(tái)上采用。絕緣桿作業(yè)法全靠人力操作，操作難度大，操作技術(shù)人員工作強(qiáng)度高、效率低。

雙頭套筒通常用于普通螺栓，由于聯(lián)軸器的厚度過大，螺釘頻繁拆卸是非常不適合的，這就需要設(shè)計(jì)一個(gè)具有緊湊結(jié)構(gòu)的雙頭套筒操作桿。雙頭套筒操作桿可根據(jù)結(jié)構(gòu)不同分為普通雙頭螺栓、單長(zhǎng)雙頭螺栓和U型雙頭套筒。普通雙頭螺栓主要用于一端須擰緊螺紋孔并可靠固定的地方，如大箱體連接、法蘭連接、主體和底座的固定等，該螺栓不適用于安裝和拆卸特殊工具。目前常見的安裝拆解方法是將兩個(gè)螺母擰成一個(gè)打開的螺釘?shù)囊徊糠植⑾嗷Q緊，并利用兩個(gè)螺母的頂部作用使螺栓在額外的電壓和額外的摩擦力下使三者合而為一，形成類似于六角形頭的結(jié)構(gòu)，然后安裝或拆卸扳手使用。對(duì)于整個(gè)安裝拆除工程來說，工藝復(fù)雜、效率低、安裝拆解不穩(wěn)定，都是導(dǎo)致雙頭套筒的螺紋結(jié)構(gòu)出現(xiàn)損壞的影響因素[1]。

在裝配線上廣泛使用的雙頭螺栓插座是一種一端有方形棱形孔、另一端有螺紋孔、孔底有銅套的鋼珠的結(jié)構(gòu)。作業(yè)人員將套筒安裝在氣動(dòng)鑰匙上，雙頭螺栓的一端轉(zhuǎn)入套筒的插口，套筒的頭部與另一端連接，套筒和雙頭螺栓雖然裝在組件上，但在實(shí)際工作中會(huì)有振動(dòng)、沖擊、高速旋轉(zhuǎn)，使鋼珠容易脫落，螺紋底齒容易承受變形或損壞。因此，將雙頭螺桿有效地安裝到套筒的螺孔或旋轉(zhuǎn)套筒的雙頭螺孔中，進(jìn)一步造成套筒壽命短、成本增加。

不停電作業(yè)是指作業(yè)人員在電流運(yùn)行情況下利用各種絕緣工具對(duì)故障修正設(shè)備進(jìn)行檢修，實(shí)現(xiàn)用戶可以正常用電。其運(yùn)行模式可分為邊欄運(yùn)行模式、絕緣手套運(yùn)行模式和全面停電運(yùn)行模式。而配網(wǎng)停電作業(yè)中最基本的行業(yè)項(xiàng)目是帶電斷電和帶電作業(yè)，帶電斷電后可由帶電作業(yè)轉(zhuǎn)化為普通停電作業(yè)?；诖耍疚膹?0kV不停電作業(yè)視角出發(fā)，研制出可拆卸自吸式電動(dòng)雙頭套筒操作桿，旨在電子套筒扳手用于絕緣手柄末端的可能性。

1 絕緣操作桿作業(yè)法現(xiàn)狀

作業(yè)技術(shù)人員從地面或通過登高設(shè)備（腳鐐等）爬到相應(yīng)的地方，并保證適當(dāng)?shù)陌踩嚯x后直接在絕緣桿上完成相應(yīng)的安裝作業(yè)，直到安裝結(jié)束帶電作業(yè)才真正的完成。作業(yè)人員采用這種操作方法時(shí)，在電氣本體與地面之間用絕緣工具進(jìn)行水平和垂直絕緣保護(hù)，并用絕緣控制桿和絕緣罩來控制輔助工具，以避免短路現(xiàn)象的出現(xiàn)。這種操作模式的主要優(yōu)點(diǎn)是不受交通和地質(zhì)條件的影響，缺點(diǎn)是全靠人力操作，技術(shù)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度大，勞動(dòng)效率也隨之降低。

絕緣平臺(tái)主要由進(jìn)口或國(guó)內(nèi)開發(fā)的絕緣平臺(tái)操作。操作員站立在絕緣平臺(tái)上戴上絕緣手套，這屬于直接操作法。作業(yè)人員采用直接操作法須配備一套個(gè)人的隔離保護(hù)裝置（隔離帽、手套、衣服和靴子）及隔離安全帶。作業(yè)技術(shù)人員首先按照配網(wǎng)帶電的作業(yè)項(xiàng)目簡(jiǎn)單了解絕緣平臺(tái)，再通過檢查整套絕緣裝置及絕緣屏蔽等工具判斷絕緣平臺(tái)的正確布置方式與部位。操作者可直接接觸帶電裝置并進(jìn)行帶電作業(yè)，其最主要好處就是操作者能象絕緣的鏟臂車那樣直接在帶電裝置上作業(yè)（活動(dòng)靈活方便）。

其主要缺點(diǎn)是，絕緣平臺(tái)只能為操作人員提供操作平臺(tái)/作為操作人員的主要隔離物，不能提供輔助功能、如帶電設(shè)備的臨時(shí)吊裝和支撐。而且絕緣平臺(tái)不能為復(fù)雜的現(xiàn)場(chǎng)工作項(xiàng)目提供軸承支持，只能給操作員提供一種簡(jiǎn)單的平臺(tái)，一般情況下是作為帶電導(dǎo)線與地面間的主要隔斷物；個(gè)人防護(hù)裝置，如絕緣手套、防護(hù)服、隔離靴和其他隔離屏蔽裝置則作為補(bǔ)充隔離。

在絕緣桿的操作方法中，作業(yè)人員一般不會(huì)直接接觸到導(dǎo)體，而是使用各種絕緣工具在一定安全距離內(nèi)對(duì)電氣設(shè)備開展相應(yīng)的維護(hù)工作。作業(yè)人員通過使用絕緣工具來代替他們的手，并完成遠(yuǎn)程較為復(fù)雜、細(xì)致的維護(hù)工作，在這一過程中他們間接操作的絕緣棒、絕緣的絕緣工具、絕緣的絕緣設(shè)備（絕緣服、絕緣手套、絕緣褲）是作為輔助絕緣防護(hù)設(shè)備。另外，在帶電作業(yè)匯總操作員通常會(huì)夾緊雙腳，將桿子抬到適當(dāng)?shù)奈恢茫潭ê冒踩珟?，并保持活絡(luò)的張力和安全距離，然后操作員應(yīng)用端配備了一個(gè)工具附件絕緣體手柄(操作員應(yīng)用端有各種控制裝置)。桿上的操作者始終被認(rèn)為是處于地電位。

保溫桿法的優(yōu)點(diǎn)是不僅可用于道路保溫的挖掘機(jī)臂車作業(yè)，也可用于腳手架和升降板的攀登。在技術(shù)人員進(jìn)行帶電作業(yè)時(shí)電流是呈流動(dòng)性，操作范圍遠(yuǎn)小于在高空絕緣式挖掘機(jī)臂車絕緣手套，進(jìn)一步提高作業(yè)的安全性。現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)督員人體和生物體之間的安全間距主要是絕緣工具的最小有效直徑，并在操作前嚴(yán)格檢驗(yàn)各種用具的電氣性和機(jī)械強(qiáng)度。

2 傳統(tǒng)套筒操作桿存在的問題及改進(jìn)方法

傳統(tǒng)套筒操作桿在絕緣操作桿的前端有一個(gè)套筒，通過手動(dòng)旋轉(zhuǎn)操作桿帶動(dòng)前端套筒扳手，轉(zhuǎn)動(dòng)螺栓完成溝夾的拆卸和組裝。由于絕緣操作桿較長(zhǎng)，人體旋轉(zhuǎn)扳手的扭距不足、操作困難，螺栓無法固定存在一定的安全風(fēng)險(xiǎn)。此外，在爬桿時(shí)操作者的活動(dòng)空間受到限制，螺栓連接和拆除操作可能會(huì)遠(yuǎn)離操作者。如操作點(diǎn)和操作者不在同一垂直線上，操作員在使用傳統(tǒng)套筒扳手時(shí)，由于套筒和螺栓的角度是固定不動(dòng)的，則會(huì)導(dǎo)致兩者不能及時(shí)對(duì)準(zhǔn)，操作困難加大。

2.1 設(shè)計(jì)思路

在現(xiàn)行高壓工具桿的基礎(chǔ)上，電子扳手(電動(dòng)棘輪切刀)取代了目前的工業(yè)器具，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)添加了智能控制模塊，作業(yè)人員用電子控制模塊可遠(yuǎn)程操作電開工力建設(shè)器材，大大減少了工具的沉重性，保障了固定異型并溝線夾的工作力矩，減輕了人員的勞動(dòng)負(fù)擔(dān)，極大地提高了作業(yè)效率，以滿足對(duì)帶電作業(yè)工器具現(xiàn)代化的需求。絕緣套筒操作桿智能化改造的關(guān)鍵和難點(diǎn)主要有三點(diǎn)：如何解決電動(dòng)工器具須和現(xiàn)有絕緣操作棒聯(lián)動(dòng)操作；如何提高電動(dòng)工器具和絕緣操作棒在聯(lián)動(dòng)運(yùn)行時(shí)的絕緣性能；如何實(shí)現(xiàn)電動(dòng)工器具遠(yuǎn)程控制的方法。

圖1 初始設(shè)計(jì)方案（圖中黑點(diǎn)為螺絲釘）

圖2 最終設(shè)計(jì)方案

2.2 智能套筒操作桿的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

絕緣操縱桿和電子套筒扳手的組合需要重點(diǎn)考慮四個(gè)因素：不破壞絕緣的工作特性；科學(xué)合理地設(shè)計(jì)模塊的重量分布，防止操作時(shí)過度晃動(dòng)；合理分配模塊的設(shè)計(jì)形狀，保持整體視覺的正確性；較高的可擴(kuò)展性和可擴(kuò)展功能。產(chǎn)品最終設(shè)計(jì)完成后具有四大優(yōu)勢(shì)：組合可調(diào)，電子套筒扳手可與控制手柄相連，以適應(yīng)更多的工況和工具；軸線設(shè)計(jì)提高著力點(diǎn)，防止大的晃動(dòng)；模塊小型化設(shè)計(jì)、合理布局，減少操作人員的障礙；高性能、輕質(zhì)特征的重力發(fā)生器和電池的選擇，限制整體重量，更便于操作。

在監(jiān)控電動(dòng)套筒扳手過程中，需要注意以下事項(xiàng)通過2G-4G無線通信遙控完成對(duì)插座鑰匙的即時(shí)遙控；在高壓電路設(shè)技術(shù)計(jì)中要保證插座鑰匙可以正常工作；安全的無線電選擇和應(yīng)用，保證電子插座鑰匙在強(qiáng)電磁場(chǎng)影響下的工作；普通電子模塊產(chǎn)品設(shè)計(jì)，提高通用性；嵌入式控制系統(tǒng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)，采集和顯示重要數(shù)據(jù)和信號(hào)；良好的用戶界面，操作人員可戴絕緣手套進(jìn)行操作[2]。

圖3 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2.3 智能套筒操作桿的技術(shù)指標(biāo)

電動(dòng)套筒扳手的技術(shù)指標(biāo)。最大扭矩250納米，最大負(fù)載速度0～2200rpm，沖擊次數(shù)0～3200ipm，夾子1/2英寸方頭，電池電量18V/2.0Ah（鋰電池）；遙控終端的技術(shù)指標(biāo)。作業(yè)人員使用藍(lán)牙通信模塊，通話距離可以達(dá)到100米左右，控制終端響應(yīng)時(shí)間小于0.05秒。液晶屏、鍵盤控制和語音模塊進(jìn)行UI交互，告知用戶。擁有用戶識(shí)別模塊，但需要權(quán)限才能使用；受控端信息技術(shù)指數(shù)。作業(yè)人員利用藍(lán)牙通信模塊和遙測(cè)端口實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，通過協(xié)議獲得指令，且主控制芯片會(huì)直接控制電氣設(shè)備并驅(qū)動(dòng)電子工具工作。

平板電腦級(jí)別的信息技術(shù)指數(shù)。一般情況下主控芯片采用STM32F103RBT6，工作頻段高達(dá)72MHz，內(nèi)存零等待階段為1.25DMisp?？刂葡到y(tǒng)帶有低功耗安全控制和數(shù)模轉(zhuǎn)換等功能。主控芯片利用串口直接實(shí)現(xiàn)與藍(lán)牙模塊HC-V的數(shù)據(jù)通信和控制，并利用IO接口實(shí)時(shí)監(jiān)控LCD屏幕的指示。主控芯片也有自己的電源控制，當(dāng)系統(tǒng)處于待機(jī)狀態(tài)時(shí)會(huì)自動(dòng)打開低功耗模式，活期充電時(shí)間超過7天。

2.4 智能套筒操作桿的功能特點(diǎn)

智能套筒操作桿將電子套筒扳手加入到絕緣操縱桿作業(yè)法用具中，替代傳統(tǒng)工具使用的人員動(dòng)作，明顯增加作業(yè)效能；電子套筒扳手力矩大、螺釘定位更加緊固，大大提高線路安全系數(shù)；智能套筒操作桿采用了無線遙控器的電子開發(fā)工具，有效解決了電器控制系統(tǒng)與作業(yè)人員間的絕緣安全工作問題；智能套筒操作桿利用可旋轉(zhuǎn)的連接頭，電動(dòng)工具能與操作桿緊固成適當(dāng)夾角，適應(yīng)不同操作環(huán)境，具備更強(qiáng)的操縱靈活度；由于采用效率高的電機(jī)和電池，在確保電子套筒扳手出力的情形下，將整個(gè)系統(tǒng)總重量維持在了一種合理的范疇內(nèi)；智能套筒操作桿的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有效確保了工作器具重心的平穩(wěn)度和作業(yè)人員視線良好。

通過智能套筒操作桿完成異型并溝線夾的裝配與拆除工作時(shí)，僅需幾秒種動(dòng)作就可旋緊或松動(dòng)一根螺釘，與傳統(tǒng)套筒操作桿需一分鐘以內(nèi)的作業(yè)時(shí)間相比極大地提高了作業(yè)時(shí)間，并減輕了作業(yè)難度與對(duì)作業(yè)技術(shù)人員的體力負(fù)荷。另外，用智能套筒操作桿旋緊的螺釘更不易用常規(guī)套筒操作桿拆卸，螺釘?shù)墓潭ㄒ哺泳o密，從而增強(qiáng)了線路穩(wěn)定性。

3 結(jié)語

10kV線路的帶電作業(yè)還需進(jìn)一步地在加工器具和作業(yè)方法上革新、創(chuàng)造，使作業(yè)技術(shù)不斷得以提高與完善，保證在實(shí)際的生產(chǎn)工作中安全、有效地進(jìn)行。智能套筒操作桿的開發(fā)和應(yīng)用可有效降低操作人員的工作強(qiáng)度和操作難度，提高工作效率和線路穩(wěn)定性。這種產(chǎn)品設(shè)計(jì)理念也可逐步擴(kuò)展到其他電子技術(shù)工具，并應(yīng)用于更廣泛的工作場(chǎng)所。此外還可用攝像機(jī)監(jiān)控作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，在系統(tǒng)中加入安全標(biāo)志，如攜帶最高指示器自動(dòng)識(shí)別安全高度，安裝自動(dòng)報(bào)警裝置檢測(cè)高壓電纜的安全距離?？衫迷O(shè)備終端的大數(shù)據(jù)分析，通過連續(xù)的數(shù)據(jù)分析可確定高活運(yùn)行的規(guī)范調(diào)整，扭轉(zhuǎn)對(duì)硬件壽命的影響等。

帶電作業(yè)手工器械目前尚有較大的發(fā)展空間，現(xiàn)階段由于智能套筒扳手操縱桿的普及和使用，進(jìn)一步促進(jìn)了智能電動(dòng)雙頭套筒操作桿在帶電作業(yè)上獲得更大的廣泛應(yīng)用。