三相聯(lián)動可調(diào)型智能絕緣支架的研制

范 軍，蘇東興，楊華鋒，吳春龍，黃原輝，許福忠，陳 俊

(1.國網(wǎng)福建省電力有限公司泉州供電公司，福建 泉州 362000；2.武漢華儀智能設(shè)備有限公司，湖北 武漢 430000)

0 引言

配電系統(tǒng)是電力公司將電力傳輸供應(yīng)到用戶端的最末環(huán)節(jié)，其運(yùn)行情況可以側(cè)面反映經(jīng)濟(jì)社會的效益，配電系統(tǒng)的好壞關(guān)系到能否把優(yōu)質(zhì)的電能源源不斷地供應(yīng)出去，供電可靠性也己成為衡量一個地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)程度的標(biāo)準(zhǔn)之一。近年來，隨著我國帶電作業(yè)工器具、材料的發(fā)展，以及基層作業(yè)項目領(lǐng)域的拓展，配電帶電作業(yè)技術(shù)作為特殊的檢修方式和技術(shù)手段，不斷發(fā)揮著保證供電設(shè)備安全可靠穩(wěn)定運(yùn)行、提高電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)效益和提高用戶電能質(zhì)量的作用，并逐步向不停電作業(yè)技術(shù)邁進(jìn)，即靈活運(yùn)用帶電作業(yè)的方式以及旁路設(shè)備，保障所有用戶的不間斷供電，帶負(fù)荷進(jìn)行施工、檢修等作業(yè)。帶電作業(yè)是在有電的設(shè)備上直接進(jìn)行檢修、更換部件、處理缺陷的一種特殊作業(yè)方式，可應(yīng)用于配網(wǎng)業(yè)擴(kuò)工程、設(shè)備檢修、網(wǎng)絡(luò)改造以及故障檢修，是保障供電系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的技術(shù)措施，已成為提高供電可靠性的重要途徑。

本文為研制一種三相聯(lián)動可調(diào)型智能絕緣支架，首先，進(jìn)行廣泛的資料收集工作，并對現(xiàn)場的實(shí)際作業(yè)環(huán)境進(jìn)行調(diào)研；其次，對輕便式絕緣支架材質(zhì)的選取、三相聯(lián)動可調(diào)型絕緣支架結(jié)構(gòu)的設(shè)計、運(yùn)行電纜狀態(tài)遠(yuǎn)距離的在線監(jiān)測等3個方面展開詳細(xì)工作；最后，對各部分進(jìn)行總裝聯(lián)調(diào)，保證整體功能的可靠運(yùn)行。

1 輕便式絕緣支架材質(zhì)的選取

研究輕便式絕緣支架材質(zhì)的選取，一方面要保障徑向、縱向電氣隔斷距離；另一方面要在保持機(jī)械強(qiáng)度的同時維持上裝輕便的特點(diǎn)，采用輕便絕緣材質(zhì)，工頻耐壓可達(dá)到45 kV/min，無擊穿、無閃絡(luò)。相對密度在1.5～2.0，實(shí)現(xiàn)重量輕、強(qiáng)度高的特點(diǎn)。

符合上述要求的絕緣支架材質(zhì)有真空壓力浸膠板、環(huán)氧玻布層壓板、環(huán)氧聚酯纖維布板、不飽和聚酯玻布模塑板、SMC模塑板等。

經(jīng)查找資料比較可得，環(huán)氧聚酯纖維布板在比重及電氣強(qiáng)度等因素下較有優(yōu)勢，符合絕緣支架輕便與介電強(qiáng)度的特性。環(huán)氧聚酯纖維布板是由玻璃纖維布用環(huán)氧樹脂粘合加溫加壓制作而成，具有較高的機(jī)械和介電性能，以及較好的耐熱性和耐潮性。環(huán)氧樹脂分子鏈中固有的極性羥基和醚鍵的存在，使其對各種物質(zhì)具有很高的粘附力。環(huán)氧樹脂固化時的收縮性低，產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力小，這也有助于提高粘附強(qiáng)度。環(huán)氧樹脂和所用的固化劑的反應(yīng)是通過直接加成反應(yīng)或樹脂分子中環(huán)氧基的開環(huán)聚合反應(yīng)來進(jìn)行的，沒有水或其他揮發(fā)性副產(chǎn)物放出。其與不飽和聚酯樹脂、酚醛樹脂相比，在固化過程中顯示出很低的收縮性(小于2%)；固化后的環(huán)氧樹脂體系具有優(yōu)良的力學(xué)性能。

2 三相聯(lián)動可調(diào)型絕緣支架結(jié)構(gòu)的設(shè)計

三相聯(lián)動可調(diào)型絕緣支架結(jié)構(gòu)是一種由絕緣管材相互連接，并增加了可伸縮滑套、可測溫測流電纜夾、重力自鎖夾、帶電纜夾橫擔(dān)以及掛鉤等零件，可以獨(dú)立懸掛在導(dǎo)線上，作為旁路引下電纜的支撐及與導(dǎo)線的絕緣隔斷，同時可以監(jiān)測線路在旁路作業(yè)過程中電流和溫度變化的絕緣支撐架，如圖1所示。

圖1 三相聯(lián)動可調(diào)型絕緣支架結(jié)構(gòu)

三相聯(lián)動可調(diào)型絕緣支架主體結(jié)構(gòu)呈立式長方體，首行2個重力自鎖夾與垂直式架空線路一相掛接并限位固定，立柱可伸縮滑套活動調(diào)節(jié)可適應(yīng)不同導(dǎo)線線間距，中間行和末行掛鉤分別掛于架空導(dǎo)線上，避免整裝前后晃動，絕緣支架底部設(shè)置有電纜快速固定夾具，可托舉旁路引下電纜，起主要承力作用，外側(cè)支架上設(shè)置可測溫測流電纜夾，導(dǎo)向的同時起數(shù)據(jù)采集的作用。

主結(jié)構(gòu)尺寸主要包含縱向支架掛鉤間尺寸、可伸縮滑套滑動范圍、支架總體長度、支架伸出長度，支架寬度等問題。查詢標(biāo)準(zhǔn)DL/T 5220—2005《10 kV及以下架空配電線路設(shè)計技術(shù)規(guī)范》，得到了10 kV配電線路主干線、分干線以及分支線導(dǎo)線截面積的數(shù)值范圍為50～150 mm2，配電線路城鎮(zhèn)地段檔距為40～50 m，相對應(yīng)絕緣導(dǎo)線線間距離為0.4～0.5 m，裸導(dǎo)線線間距離為0.6～0.65 m。故縱向支架掛鉤間尺寸設(shè)計為0.4 m，可伸縮滑套滑動范圍為0.25 m，支架總體長度1.3 m，支架伸出長度為2.05 m，支架寬度為0.45 m。

其中，重力自鎖夾的特點(diǎn)是利用夾體自身和所負(fù)載重物的重力達(dá)到鎖緊不松脫的目的，其具有操作簡單，安全可靠，快鎖快松的優(yōu)點(diǎn)，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 重力自鎖夾

當(dāng)夾頭未懸掛在導(dǎo)線上時，夾頭開口側(cè)下移，為開口狀態(tài)，如圖3所示；當(dāng)夾頭懸掛在導(dǎo)線上時，受夾體自身和所負(fù)載重物的重力作用，夾頭連接重物側(cè)下移，為閉口狀態(tài)，達(dá)到鎖緊及支架晃動時防脫落的目的，如圖4所示。

圖3 開口狀態(tài)

圖4 閉口狀態(tài)

3 運(yùn)行電纜狀態(tài)遠(yuǎn)距離的在線監(jiān)測

目前我國的電力設(shè)備在線監(jiān)測包括微機(jī)集中監(jiān)測與分散監(jiān)測2種。第1種是將專業(yè)的監(jiān)測裝置和儀器安裝在變電設(shè)備傳感器當(dāng)中，用以采集信號，然后交由工作人員就地測量，這種在線監(jiān)測系統(tǒng)需要人工安裝調(diào)試網(wǎng)絡(luò)連接和被測設(shè)備，干預(yù)較多；第2種是將被測試的信號，通過數(shù)據(jù)收集和傳遞，送入中控室的微機(jī)裝置，然后由工作人員通過屏幕來監(jiān)測，并能及時完成數(shù)據(jù)的整合、分析、故障判斷等，這種需要搭建好的數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，但在線監(jiān)測方式數(shù)據(jù)容量大、操作方便靈活、擴(kuò)展性良好。通常兩種方式都需要接入獨(dú)立通信裝置和線路，操作麻煩，不適用于短時帶電作業(yè)的場景。

因此，匹配一種結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、更適用于帶電作業(yè)的安全遠(yuǎn)程監(jiān)控的工器具產(chǎn)品，采用工業(yè)級專用電能計量SOC芯片，提高測量精度高。單個模塊實(shí)現(xiàn)采集單相交流電參數(shù)，包括電壓、電流、功率、功率因數(shù)、頻率、電能、溫度等多個電參量，信息全。使用低功耗藍(lán)牙(BLE)通信，建立傳感器iBeacon廣播，用手機(jī)app或微信小程序同時讀取，上傳物聯(lián)網(wǎng)，使用開放API處理數(shù)據(jù)。其特點(diǎn)為：便攜式設(shè)計，方便安裝和使用，使用中不影響原電路；高精度傳感器，數(shù)據(jù)現(xiàn)場可視讀取，安全距離內(nèi)無線采集；故障設(shè)備跟蹤報警及事故記錄；多相傳感器同時數(shù)據(jù)采集/傳輸；傳輸至云端，供Web查詢；數(shù)據(jù)處理分析，數(shù)據(jù)圖表生成；遠(yuǎn)程存儲和維護(hù)；預(yù)留數(shù)據(jù)接口，供有線采集和設(shè)備配套。

三相聯(lián)動可調(diào)型智能絕緣支架能對旁路引下電纜上的實(shí)時電流進(jìn)行在線監(jiān)測，將采集到的電流數(shù)據(jù)，通過iBeacon廣播技術(shù)傳輸?shù)绞殖纸K端或基站(中心)平臺，可預(yù)防因泄漏引起漏電事故。具有安裝簡單可靠，使用方便，測試精度高，能聯(lián)接物聯(lián)網(wǎng)，便于存儲數(shù)據(jù)記錄和遠(yuǎn)程監(jiān)控等優(yōu)點(diǎn)。其技術(shù)參數(shù)如下：支持安卓4.3+，IOS7.0+系統(tǒng)；通信協(xié)議Modbus，藍(lán)牙4.0(ibeacon廣播模式)；工作頻率2.4 GHz的ISM頻段，范圍2 400～2 483.5 MHz；控制距離，空曠無遮擋可達(dá)60 m。

4 試驗

三相聯(lián)動可調(diào)型智能絕緣支架依據(jù)GB/T 17620—2008《帶電作業(yè)用絕緣硬梯》標(biāo)準(zhǔn)完成委托試驗。部分結(jié)果如表1所示。

表1 三相聯(lián)動可調(diào)型智能絕緣支架試驗結(jié)果

結(jié)果證實(shí)：三相聯(lián)動可調(diào)型智能絕緣支架電氣性能及機(jī)械性能均符合標(biāo)準(zhǔn)要求，能夠滿足現(xiàn)場長期安全運(yùn)行的需要。

5 結(jié)語

本文介紹了一種三相聯(lián)動可調(diào)型智能絕緣支架的設(shè)計方案。確定采用環(huán)氧樹脂材質(zhì)為絕緣支架的主要選材；通過參考技術(shù)規(guī)范確定徑向與縱向安全隔斷尺寸，并重點(diǎn)介紹重力自鎖夾的動作方式，保障該裝置安全可靠運(yùn)行；根據(jù)本設(shè)計生產(chǎn)的樣機(jī)，按照GB/T 17620-2008《帶電作業(yè)用絕緣硬梯》標(biāo)準(zhǔn)通過了試驗驗證。