一種便攜式組合式多功能杖的研制

吳敵 楊忠 李巍 李華鵬 王鑫

摘要：貴州省輸配電線路多建于山地和鄉(xiāng)寨之間，供電人員在山林鄉(xiāng)寨中巡視線路存在諸多安全隱患。除此之外，電力人員進入山林鄉(xiāng)寨巡視需要攜帶大量工器具，如驗電器、砍伐樹木的刀具、絕緣操作棒、測量工具以及醫(yī)護用品等，增加了工作人員的外出工作負荷。為了減輕工作人員的外出工作負荷，提高工作效率，研制了一種便攜式組合式多功能杖。該多功能杖具備以下功能：對10 kV設備進行驗電；內置刀具可用于砍伐巡視通道和電力設備周圍的樹竹障；采用中空結構，可攜帶應急物品和卷尺等測量工具；杖身可用于探路、支撐或用作絕緣棒等。該多功能杖既可作為巡視探路杖，也可拆開分成多節(jié)，充當驗電器、砍伐刀具和絕緣棒等不同工器具。

關鍵詞：便攜式；組合式；多功能；絕緣棒；10 kV驗電器

中圖分類號：TM755? 文獻標志碼：A? 文章編號：1671-0797（2023）11-0049-04

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2023.11.013

0? ? 引言

貴州省的地貌環(huán)境是多高原山地，輸配電線路常常建于山地和鄉(xiāng)寨之上[1]，這大大增加了供電人員開展巡視工作的難度。在山林鄉(xiāng)寨中巡視線路，常遇到諸如蛇蟲咬傷、巡視通道和電力設備周圍長滿雜草影響視線、地形復雜濕滑造成摔倒跌落以及在鄉(xiāng)寨中被狗咬等安全隱患。除此之外，在山林鄉(xiāng)寨巡視中常常需要完成多項工作，如對電力設備進行檢測、現(xiàn)場對電力設備進行驗電、砍伐存在安全隱患的樹竹障以及用絕緣棒進行停送電或絕緣操作等。這就要求電力人員在進入山林鄉(xiāng)寨巡視前攜帶大量工器具，如驗電器、砍伐樹木的刀具、絕緣操作棒、測量工具以及醫(yī)護用品等。這些工器具不僅繁重不利于攜帶，而且大多數(shù)情況下容易被落下。當現(xiàn)場工作人員臨時需要驗電或者使用絕緣棒時卻發(fā)現(xiàn)沒有攜帶相應工器具，便只能原路折返，難免會影響工作進度和工作效率。

針對以上問題，研制了一種便攜式組合式多功能杖。該多功能杖具備以下功能：能對10 kV電力設備進行驗電；內置刀具可用于砍伐巡視通道和電力設備周圍的樹竹障和雜草；采用中空結構，可攜帶防蟲噴霧、創(chuàng)可貼等應急物品和卷尺等測量工具；杖身可用于探路、支撐等。該多功能杖既可作為巡視探路杖，也可拆開分成多節(jié)，充當驗電器、砍伐刀具和絕緣棒等不同工器具。因此，工作人員不用再攜帶大量繁重的作業(yè)工器具，同時也杜絕了漏帶工器具的情形，減輕了工作人員的工作量，加快了工作進度，提高了工作效率。

1? ? 便攜式組合式多功能杖總體設計

1.1? ? 絕緣材料的選擇

便攜式組合式多功能杖主要使用的材料為絕緣材料?，F(xiàn)階段，絕緣材料多種多樣，主要有樹脂、橡膠、大理石和玻璃等。在選擇便攜式組合式多功能杖的絕緣材料時，除考慮材料的絕緣性能外，還需考慮材料的其他性能，如重量要夠輕，易于操作；硬度要夠大，便于支撐；不宜過脆，以防摔斷或者操作過程中受力斷裂；防潮干燥性能要好，防止受潮導致設備導電。綜合考慮以上材料性能需求，玻璃鋼環(huán)氧樹脂具有輕便、質地硬、不易碎裂和防潮等特點[2-3]，因此采用其作為便攜式組合式多功能杖的主要材料。

1.2? ? 總體設計

便攜式多功能杖總體設計圖如圖1所示。

便攜式多功能杖長1.6 m，寬0.15 m，整個設備由手柄、絕緣儲物棒1、絕緣儲物棒2、10 kV驗電器和支撐端五部分組成。設備外殼除了連接處的螺口和螺牙為金屬制品外，其他均為絕緣材料制作而成。該多功能杖的首端是絕緣儲物棒1，長0.3 m，主要功能是存儲防蟲噴霧、創(chuàng)可貼等應急物品和卷尺等測量工具，同時也是砍伐刀具的手柄和絕緣操作棒的最末端。多功能杖中間段是絕緣儲物棒2，整體長1 m，主要功能是存放砍伐刀具和絕緣操作棒的操作頭，同時也是絕緣操作棒的主體部分。10 kV驗電器部分長0.2 m，主要功能是對10 kV電力設備和線路進行驗電。驗電器的尾部連接著支撐端，支撐端長0.1 m，用于支撐地面，特別是泥濘濕滑的山路和鄉(xiāng)村土路，同時也對10 kV驗電器感應端起到保護作用。

2? ? 便攜式組合式多功能杖主要部分設計

2.1? ? 絕緣儲物棒1設計

絕緣儲物棒1設計圖如圖2所示。

絕緣儲物棒1為中空結構，主要用于儲存防蟲噴霧、創(chuàng)可貼等應急物品和卷尺等測量工具，同時也是砍伐刀具的手柄和絕緣操作棒的最末端。絕緣儲物棒1與手柄的連接處是螺口，該螺口平時用于連接手柄，也可用于連接砍伐刀具，使絕緣儲物棒1充當?shù)毒叩氖直?，或者連接絕緣操作頭，整體充當絕緣操作棒的最末端。絕緣儲物棒1與絕緣儲物棒2的連接處是螺牙，該螺牙下端僅連接絕緣儲物棒2。

2.2? ? 絕緣儲物棒2設計

絕緣儲物棒2設計圖如圖3所示。

絕緣儲物棒2為中空結構，主要用于存放砍伐刀具和絕緣操作棒的操作頭，絕緣儲物棒2自身也是絕緣操作棒的主要組成部分。絕緣儲物棒2與絕緣儲物棒1的連接處是螺口，該螺口平時用于連接絕緣儲物棒1；絕緣儲物棒2與10 kV驗電器的連接處是螺牙，平時用于連接10 kV驗電器。將絕緣儲物棒2作為絕緣操作棒使用時，可根據(jù)現(xiàn)場實際高度決定，將多節(jié)絕緣儲物棒2相連接，再在末端接上帶絕緣操作棒操作頭的絕緣儲物棒1，便構成了一根完整的絕緣操作棒。

砍伐刀具設計圖如圖4所示。

砍伐刀具的刀柄端為螺牙，用于連接絕緣儲物棒1，刀身為鐵制品，設計上采用電力運維常用的刀具規(guī)格，即刀寬為0.1 m，長為0.3 m。

絕緣操作棒操作頭設計圖如圖5所示。

絕緣操作棒操作頭整體均為金屬材料所制，其左側的螺牙用于連接絕緣儲物棒1。操作頭設計兩個彎鉤，彎鉤1彎曲幅度大，且整體較厚重，易于勾住物體，使其不易掉落，適合將物體從地面套住送到電桿設備處，如將跌落式熔斷器的活動端送上電桿并與跌落式熔斷器進行組合；彎鉤2彎曲幅度小，整體較為尖細，適合人在低處操作絕緣操作棒套住高處設備的操作環(huán)，如對高處設備的停送電操作。

2.3? ? 10 kV驗電器設計

10 kV驗電器設計圖如圖6所示。

驗電器右側的螺口用于連接絕緣儲物棒2。當對10 kV電力設備進行驗電時，需要保持0.7 m的安全距離。而對處于電桿上的輸配電線路或電力設備進行驗電時，則可以根據(jù)實際高度連接多節(jié)絕緣儲物棒2，以達到需求高度進行安全驗電。驗電器左側連接著金屬支撐端，支撐端除支撐作用外，主要用于保護驗電器的金屬接頭不被損壞，在使用驗電器時需將支撐端取下。驗電器的表面設置一控制聲光的按鈕和一排并聯(lián)的LED燈，聲光按鈕用于自檢裝置聲光系統(tǒng)是否正常，LED燈是在檢測到設備帶電時起到警示作用。

10 kV驗電器工作原理圖如圖7所示。

驗電器的金屬接頭連接著銅片傳感器，利用銅片傳感器將10 kV線路的電場信號轉換成一個電壓信號，再用數(shù)模轉換模塊將采集到的電壓模擬信號轉換為數(shù)字信號并傳入微機系統(tǒng)。當微機系統(tǒng)檢測到電壓信號時，則證明電力線路或電力設備帶電，微機系統(tǒng)控制蜂鳴器發(fā)出警報，并閃爍LED燈。當按下聲光按鈕時，微機系統(tǒng)也控制LED燈閃爍和蜂鳴器報警，起到自檢作用，檢測聲光系統(tǒng)是否正常，防止驗電時出現(xiàn)差錯造成人身事故。

3? ? 便攜式組合式多功能杖實驗設計

3.1? ? 10 kV驗電器實驗設計

10 kV驗電器實驗設計主要是測試驗電器工作的極限次數(shù)，以保證設備的可靠性。在此可設置實驗如下：

方案1：選擇一臺明確帶有10 kV電壓的電力設備，用該驗電器在安全情況下進行重復性驗電，直到驗電器聲光系統(tǒng)崩壞為止，記錄驗電次數(shù)，當該驗電次數(shù)大于預期值時，則證明10 kV驗電器具備可靠性。

方案2：選擇一臺明確帶有10 kV電壓的電力設備，設置一組驗電次數(shù)，如每一千次驗電做一次記錄，直到驗電次數(shù)達一萬次，當所有設置組的測驗結果皆為合格時，則證明10 kV驗電器具備可靠性。

3.2? ? 絕緣棒連接牢靠實驗裝置設計

電力操作絕緣棒作業(yè)多數(shù)是在地面操作絕緣棒對四五米高的電桿上的電力設備進行操作，因此需要將四節(jié)1 m的絕緣儲物棒2進行連接。螺口深度和螺牙長度設計不同，多節(jié)絕緣儲物棒2的連接穩(wěn)定性也不同。而當連接后長達4 m的絕緣操作棒穩(wěn)定性不足時，就容易發(fā)生操作時絕緣棒斷裂的情況，造成電力財產和人身事故。因此，需要對絕緣棒連接的穩(wěn)定性進行測試。

絕緣棒連接牢靠實驗裝置設計圖如圖8所示。

絕緣棒由四節(jié)絕緣儲物棒2連接而成。在其他條件不變的前提下，依次設置螺口深度和螺牙長度分別為0.05、0.1、0.15、0.2、0.25 m，啟動電機，帶動絕緣棒旋轉，利用頂端的位移傳感器測量電機旋轉1 min所經過的路程。測量的路程結果越大，證明絕緣棒晃動的幅度越大，穩(wěn)定性越差；測量的路程結果越小，證明絕緣棒晃動的幅度越小，穩(wěn)定性越好。最后綜合中空空間需求選擇對應的螺口深度和螺牙長度。

4? ? 結語

便攜式組合式多功能杖的首端是絕緣儲物棒1，絕緣儲物棒1為中空結構，可攜帶防蟲噴霧、創(chuàng)可貼等應急物品和卷尺等測量工具，棒身可用作砍伐刀具的手柄或絕緣操作棒的末端；位于多功能杖中間的絕緣儲物棒2內置刀具和絕緣操作棒的操作頭，棒身是絕緣操作棒的主要組成部分；10 kV驗電器可對10 kV設備進行驗電。該多功能杖既可作為巡視探路杖，也可拆開分成多節(jié)，充當驗電器、砍伐刀具和絕緣棒等不同工器具，減輕了工作人員的外出工作負荷，加快了工作進度，提高了工作效率。

[參考文獻]

[1] 陳舉，蔡興文.貴州：扎實開展輸電線路隱患整治[J].中國電力企業(yè)管理，2017（2）：11.

[2] 陳平，王清民，毛桂潔.耐高溫玻璃纖維增強環(huán)氧樹脂基拉擠電絕緣芯棒的研制[J].哈爾濱理工大學學報，1998（6）：25-29.

[3] 劉云鵬，李樂，劉賀晨，等.微米氮化硼對有機硅改性環(huán)氧樹脂基輕質絕緣材料熱特性及電氣性能影響研究[J].中國電機工程學報，2021，41（12）：4342-4354.

收稿日期：2023-02-22

作者簡介：吳敵（1994—），男，貴州甕安人，助理工程師，主要從事配網(wǎng)運行與檢修研究工作。