一種適用于配電架空線路柱上設(shè)備的多功能絕緣操作桿

國(guó)網(wǎng)北京市電力公司海淀供電公司 吳 鋼 胡家欣 丁燕鵬 北京吉源普惠科技發(fā)展有限公司 孫琦碩

10kV配網(wǎng)架空線路柱上設(shè)備包括配電變壓器、JP柜、電壓互感器、負(fù)荷開關(guān)、計(jì)量表記等設(shè)備，周期性的運(yùn)維檢修工作可保證配網(wǎng)的穩(wěn)定性與安全性，可以更好地為人們?nèi)粘Ｉa(chǎn)生活提供幫助。

柱上配電變壓器及JP柜按行業(yè)規(guī)程安裝位置距離地面3m以上，運(yùn)維人員操作變壓器和JP柜時(shí)需登桿操作。登桿前運(yùn)維人員需要進(jìn)行登高防護(hù)用品的穿戴，登桿后距離變壓器等帶電設(shè)備較近，與帶電設(shè)備安全距離不容易掌控，導(dǎo)致各種操作十分不便捷。較高的操作位置、與帶電設(shè)備較近的距離都給這項(xiàng)工作增加了安全風(fēng)險(xiǎn)。此外，運(yùn)維人員進(jìn)行隱患排查時(shí)還需登高清除帶電設(shè)備纏繞的異物；在進(jìn)行柱上設(shè)備缺陷及銘牌信息收集時(shí)，需要拉近拍攝距離才能使圖像清晰。并且夜間操作時(shí)還會(huì)有照明的需求。近年來(lái)，為全面推進(jìn)臺(tái)區(qū)標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)，提高配網(wǎng)運(yùn)維管理效率，JP柜等架空線路柱上設(shè)備安裝量逐年上漲，使得登桿操作方式所帶來(lái)的高空墜落、誤觸帶電部位和電弧灼傷等風(fēng)險(xiǎn)更加顯著，作業(yè)方式急需調(diào)整。在實(shí)際工作中，滿足安全標(biāo)準(zhǔn)的柱上標(biāo)準(zhǔn)配置的操作工具存在便捷性低、功能缺失的情況，作業(yè)工器具急需進(jìn)行改進(jìn)。

傳統(tǒng)絕緣操作桿滿足絕緣性能的要求，常用于架空線路刀閘的拉合，但功能較為單一。因此，現(xiàn)有文獻(xiàn)多是以絕緣操作桿為基礎(chǔ)對(duì)桿頭進(jìn)行改進(jìn)：文獻(xiàn)[1]研制了一種低壓空氣開關(guān)絕緣操作桿，延長(zhǎng)操作人員與故障點(diǎn)之間的安全距離；文獻(xiàn)[2]提出的多功能絕緣操作桿將驗(yàn)電和操作線路刀閘的功能合二為一；文獻(xiàn)[3]提供一種多功能便攜式絕緣工器具，實(shí)現(xiàn)輸電線路帶電清除導(dǎo)線異物工具、全角度便捷式導(dǎo)線接地線懸掛工具、驗(yàn)電器有機(jī)集成；文獻(xiàn)[4]提出的多功能絕緣操作桿采用了“U+r”結(jié)構(gòu)，具有驗(yàn)電、折斷樹枝、照片拍攝和照明等功能。但現(xiàn)有文獻(xiàn)對(duì)絕緣操作桿的改進(jìn)均未涉及JP柜低壓開關(guān)的可靠開合。

因此本文以絕緣操作桿為基礎(chǔ)，研制了一種適用于配電架空線路柱上設(shè)備多功能絕緣操作桿，使得運(yùn)維人員能夠站在地面遠(yuǎn)距離操作JP柜低壓開關(guān)、進(jìn)行異物清除、照片拍攝，同時(shí)實(shí)現(xiàn)夜間照明，保證電力企業(yè)工作人員的人身安全，提高事故搶修效率，滿足配網(wǎng)架空線路柱上設(shè)備運(yùn)維工作的便攜性。

1 功能需求分析

1.1 操作JP柜低壓開關(guān)功能需求

JP柜全稱配電變壓器綜合配電箱，屬于10kV配電柱上變壓器臺(tái)區(qū)配套設(shè)備。0.4kV線路的計(jì)劃?rùn)z修、事故搶修和運(yùn)行處缺工作中，需通過(guò)JP柜低壓開關(guān)完成斷電和送電操作。采用絕緣操作桿在地面對(duì)JP柜低壓開關(guān)進(jìn)行遠(yuǎn)距離拉合時(shí)，桿頭的光滑曲面與開關(guān)扳手屬于線接觸，容易出現(xiàn)滑脫和誤操作的現(xiàn)象。因此，為實(shí)現(xiàn)低壓開關(guān)的可靠開合，需要絕緣操作桿桿頭存在平面結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)與開關(guān)扳手大面積接觸，同時(shí)考慮開關(guān)扳手在閉合和斷開狀態(tài)下與垂直平面形成的不同角度。此外，考慮到低壓開關(guān)位于JP柜內(nèi)，施力方向應(yīng)無(wú)柜體、橫擔(dān)等柱上設(shè)備的遮擋。

1.2 拍攝功能需求

在10kV線路運(yùn)行維護(hù)中，工作人員需要對(duì)巡視過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的缺陷進(jìn)行拍照收集，并能夠清晰讀取記錄柱上設(shè)備的銘牌信息。部分運(yùn)維人員為了省時(shí)省力，采用手機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)距離拍攝，但拍攝效果通常不夠理想，畫面清晰度低，且部分角度存在遮擋，無(wú)法在地面直接進(jìn)行拍攝。為獲得清晰的圖像信息，可將拍照設(shè)備固定在絕緣操作桿頭上，從而拉近拍攝距離，實(shí)現(xiàn)多角度拍攝。拍照設(shè)備外形需輕便小巧，裝設(shè)在操作桿頭上方便人員控制。拍照設(shè)備應(yīng)配備藍(lán)牙功能，操作人員能夠在地面通過(guò)手機(jī)進(jìn)行觀察和抓拍。

1.3 異物清除需求

及時(shí)處理柱上設(shè)備誤纏繞的異物是配網(wǎng)架空線路日常維護(hù)的重要工作。在大風(fēng)天氣，經(jīng)常會(huì)有風(fēng)箏線、塑料袋等纏繞至設(shè)備上；春夏季節(jié)，植物茂密生長(zhǎng)也會(huì)導(dǎo)致與設(shè)備的距離過(guò)近，如不及時(shí)清理，當(dāng)大霧或是雨雪天時(shí)異物絕緣強(qiáng)度降低，極易導(dǎo)致線路短路，引發(fā)線路跳閘。傳統(tǒng)異物清除辦法需要登高采用手鋸割斷，或使用絕緣操作桿將纏繞物挑撥下來(lái)，效率低、工作量大。為實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離清除異物的功能，可將特制的手鋸固定在絕緣操作桿桿頭，且方向與桿體方向一致，便于運(yùn)維人員操作。

1.4 照明功能需求

緊急情況下進(jìn)行夜間運(yùn)維工作時(shí)，人員手持照明設(shè)備無(wú)法完全覆蓋到柱上設(shè)備，光源從地面照射不僅亮度不夠，還容易在設(shè)備上形成陰影，影響工作效率。因此，近距離光源對(duì)于夜間操作是很有必要的。照明功能既可以獨(dú)立存在，但更需要的是為操作JP柜低壓開關(guān)、照片拍攝和異物清除時(shí)提供照明輔助。因此，照明設(shè)備需保證能分別與上述三種功能同時(shí)安裝于絕緣操作桿桿頭，其安裝位置需與各個(gè)功能結(jié)構(gòu)相配合。

現(xiàn)有絕緣操作桿無(wú)法滿足上述四種功能，因此需要對(duì)絕緣操作桿桿頭進(jìn)行改進(jìn)?？紤]到電氣設(shè)備操作工器具嚴(yán)格的絕緣要求，需設(shè)計(jì)一款不破壞絕緣操作桿原始結(jié)構(gòu)，且可轉(zhuǎn)換功能的模塊固定在絕緣操作桿桿頭，在進(jìn)行相關(guān)操作時(shí)可對(duì)模塊上的功能設(shè)備進(jìn)行快速的進(jìn)行更換，同時(shí)在實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)功能時(shí)能更加的便捷。

2 多功能絕緣操作桿

2.1 總體結(jié)構(gòu)

本文研制的適用于配網(wǎng)架空線路柱上設(shè)備的多功能絕緣操作桿主要是由三部分結(jié)構(gòu)組成：桿體、轉(zhuǎn)換模塊和功能結(jié)構(gòu)。其中，功能結(jié)構(gòu)包括JP柜低壓開關(guān)操作結(jié)構(gòu)、異物清除結(jié)構(gòu)、拍攝結(jié)構(gòu)、照明結(jié)構(gòu)。桿體選擇的是絕緣操作桿，電壓等級(jí)10kV、長(zhǎng)度3m，符合行業(yè)規(guī)范的生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，并且能夠出示在保質(zhì)期內(nèi)的絕緣檢測(cè)報(bào)告。

固定模塊應(yīng)根據(jù)絕緣操作桿桿頭的結(jié)構(gòu)特性和四大功能的需求進(jìn)行設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)桿頭與功能結(jié)構(gòu)的緊密連接，同時(shí)實(shí)現(xiàn)功能的自由轉(zhuǎn)換。JP柜低壓開關(guān)操作結(jié)構(gòu)需增大與開關(guān)扳手的接觸面積，防止滑脫現(xiàn)象。異物清除結(jié)構(gòu)采用特制手鋸固定在轉(zhuǎn)換模塊上，實(shí)現(xiàn)柱上設(shè)備異物的快速清除。拍攝結(jié)構(gòu)采用輕巧便捷的攝像頭設(shè)備，便于操作人員來(lái)控制。照明結(jié)構(gòu)以體積小功率大為原則，為夜間工作提供良好的光源。

2.2 轉(zhuǎn)換模塊

轉(zhuǎn)換模塊起到了連接絕緣操作桿和功能結(jié)構(gòu)的作用，提供一個(gè)穩(wěn)固的固定平臺(tái)。目前絕緣操作桿桿頭的固定方式有兩種，一種為螺紋固定，另一種為螺釘固定。對(duì)于螺紋固定方式的桿體，可以制作帶有相同螺紋接口底座的轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行固定，其制作工藝較復(fù)雜，需要建模澆筑，螺紋的制作需與原始桿頭保持高度一致，因此生產(chǎn)成本較高，且對(duì)螺釘固定方式的桿體不適用。對(duì)于螺釘固定方式的桿體，轉(zhuǎn)換模塊的底座無(wú)需制作螺紋，但采用螺釘固定后，更換桿頭不夠便捷，并且改變了絕緣操作桿的原始功能。為了節(jié)約制作成本，保留絕緣操作桿的原始功能，擴(kuò)大適用范圍，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)大部分現(xiàn)有絕緣操作桿的改造，本文決定采用抱箍式的固定方式。

轉(zhuǎn)換模塊需要穿插在桿頭上才能實(shí)現(xiàn)抱箍式固定，同時(shí)桿頭結(jié)構(gòu)對(duì)轉(zhuǎn)換模塊起到限制位移的作用，進(jìn)一步保證了模塊的穩(wěn)定固定。考慮到固定功能結(jié)構(gòu)需要具備較大面積的平面結(jié)構(gòu)，因此，本文提出了“U+I”結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換模塊，使用螺栓和螺母將U形板和I形板緊密固定在桿頭上。U形板和I形板上均進(jìn)行開孔處理，使得功能結(jié)構(gòu)能夠通過(guò)螺栓和螺母進(jìn)行固定。

2.3 功能結(jié)構(gòu)

轉(zhuǎn)換模塊用以連接桿體和各功能結(jié)構(gòu)，多功能絕緣操作桿的具體實(shí)現(xiàn)方式如圖1所示。

JP柜低壓開關(guān)操作結(jié)構(gòu)。為提高遠(yuǎn)距離操作的可靠性，避免滑脫現(xiàn)象的發(fā)生，操作結(jié)構(gòu)需增大與開關(guān)扳手的接觸面積。JP柜低壓開關(guān)扳手在斷開和閉合狀態(tài)下，均與垂直平面呈現(xiàn)60°的銳角。考慮到最省力的施力角度為垂直向下，因此，操作結(jié)構(gòu)需要在U形板兩邊固定向外開口30°的平面彎板，如圖1中結(jié)構(gòu)a所示，朝上的彎板用于閉合開關(guān)，朝下彎板用于斷開開關(guān)。斷開開關(guān)時(shí)，將操作彎板搭接在開關(guān)扳手上，向下拉動(dòng)桿體直至開關(guān)可靠斷開。閉合開關(guān)時(shí)，將操作彎板固定在轉(zhuǎn)換模塊U形板上板邊緣，向上推動(dòng)桿體直至開關(guān)可靠閉合。

異物清除結(jié)構(gòu)。架空線路柱上設(shè)備在實(shí)際運(yùn)行中經(jīng)常受到外界環(huán)境干擾，異物纏繞和樹枝觸碰是導(dǎo)致線路短路的主要原因。因此，當(dāng)柱上設(shè)備纏繞異物或周圍樹枝距離過(guò)近時(shí)要及時(shí)進(jìn)行清除，消除隱患。異物清除結(jié)構(gòu)如圖1結(jié)構(gòu)b所示，使用尺寸較小的手鋸并在手柄部位開孔，通過(guò)螺栓和螺母固定在I形板上方，刀尖方向延桿體向上。使用時(shí)對(duì)準(zhǔn)需割鋸的異物，前后推拉絕緣操作桿直至異物清除。

拍攝結(jié)構(gòu)。根據(jù)轉(zhuǎn)換模塊的結(jié)構(gòu)，拍攝結(jié)構(gòu)應(yīng)固定在U形板上方，受限于轉(zhuǎn)換模塊的尺寸大小，拍攝結(jié)構(gòu)應(yīng)使用配備藍(lán)牙功能的小型攝像頭，通過(guò)螺栓和螺母固定在轉(zhuǎn)換模塊上，如圖1結(jié)構(gòu)c所示。拍攝前啟動(dòng)攝像頭與手機(jī)藍(lán)牙配對(duì)，連接成功后進(jìn)入拍照模式，再將攝像頭固定在轉(zhuǎn)換模塊上，手持絕緣操作桿對(duì)準(zhǔn)需要拍照的部位，點(diǎn)擊手機(jī)拍照按鍵即可完成照片或視頻的拍攝。

照明結(jié)構(gòu)。當(dāng)照明結(jié)構(gòu)與其余三項(xiàng)功能結(jié)合使用時(shí)，應(yīng)根據(jù)功能的視覺(jué)特點(diǎn)進(jìn)行靈活布置，如圖1結(jié)構(gòu)d所示。與JP柜低壓開關(guān)操作結(jié)構(gòu)結(jié)合使用時(shí)，照明設(shè)備固定在U形板上板面，彎板的后方；與異物清除結(jié)構(gòu)結(jié)合使用時(shí)，照明結(jié)構(gòu)應(yīng)固定在I形板上，位于異物清除結(jié)構(gòu)的下方；當(dāng)與拍攝結(jié)構(gòu)結(jié)合使用時(shí)，應(yīng)布置在拍攝機(jī)構(gòu)所在位置的前方，以提供充足的光亮。

3 實(shí)例應(yīng)用

多功能絕緣操作桿制作完成后進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，操作人員全程站在地面操作，避免了登高的危險(xiǎn)，與帶電設(shè)備保持3m以上距離。操作JP柜低壓開關(guān)時(shí)，能夠一次成功，沒(méi)有發(fā)生滑脫現(xiàn)象，開關(guān)可靠動(dòng)作。異物清除工作中，平均割鋸一根細(xì)小樹枝僅需2分鐘。在柱上設(shè)備近距離檢查缺陷時(shí)，對(duì)缺陷部位進(jìn)行近距離拍攝，圖像清晰，耗時(shí)明顯減小，提高了缺陷收集工作的效率。夜間巡線及搶修時(shí)，照明結(jié)構(gòu)可為各項(xiàng)功能提供充足的光源。

綜上，本文針對(duì)10kV配網(wǎng)架空線路柱上設(shè)備運(yùn)維檢修工作的實(shí)際需要，研制多功能絕緣操作桿，絕緣桿結(jié)構(gòu)穩(wěn)固，成本低，在保留桿體原始功能的情況下實(shí)現(xiàn)了JP柜低壓開關(guān)的開合、清除異物、拍攝照片以及照明功能，增強(qiáng)單體絕緣工器具功能。

研制配網(wǎng)架空線路柱上設(shè)備多功能絕緣操作桿已推廣使用，實(shí)際使用效果表明，該多功能絕緣操作桿可以增大了操作距離，提高了操作人員的安全；操作JP柜低壓開關(guān)時(shí)可一次成功，避免了滑脫現(xiàn)象的發(fā)生；大大縮短了異物處理時(shí)間，提高異物清除工作效率；開發(fā)了近距離照片拍攝功能，可以獲得清晰的缺陷照片和銘牌信息照片，改變了信息收集的方式；有了照明功能的輔助，解決了夜間巡視時(shí)對(duì)柱上設(shè)備的操作和缺陷搜尋工作。本文提出的配網(wǎng)架空線路柱上設(shè)備多功能絕緣操作桿攜帶方便，使用便捷，可自由轉(zhuǎn)換功能，具有很強(qiáng)的實(shí)際工程使用價(jià)值。