10 kV配電線路輕量電動(dòng)化射槍操作桿的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

白劍鋒 雷冬云 楊 淼 喻 暉 陳 濤

（1.國(guó)網(wǎng)湖南省電力有限公司技術(shù)技能培訓(xùn)中心，湖南 長(zhǎng)沙 410131；2.國(guó)網(wǎng)湖南省電力有限公司長(zhǎng)沙供電公司，湖南 長(zhǎng)沙 410000；3.國(guó)網(wǎng)湖南省電力有限公司電力科學(xué)研究院，湖南 長(zhǎng)沙 410007；4.陜西澤川電力設(shè)備有限公司，陜西 西安 710075）

0 引言

10 kV架空線路是配電網(wǎng)的重要電力設(shè)施，擔(dān)負(fù)著區(qū)域供電的主要任務(wù)，由于其具有點(diǎn)多、線長(zhǎng)、面廣、受地理環(huán)境和氣候影響的特點(diǎn)，容易遭受各種自然災(zāi)害和外力的傷害而受損，從而嚴(yán)重影響廣大人民群眾的正常生產(chǎn)和生活用電。為了提高供電可靠性，供電部門經(jīng)常開展配網(wǎng)不停電作業(yè)以處理線路上的故障隱患[1-4]。在不停電作業(yè)項(xiàng)目中，絕緣桿作業(yè)法由于靈活高效得到了普遍使用。在絕緣桿作業(yè)法中使用最為廣泛的是射槍式絕緣操作桿，常用于掛取遮蔽用具、固定導(dǎo)線、裝拆線夾等操作[5-6]。

隨著配網(wǎng)不停電作業(yè)的要求不斷提高，工程人員對(duì)操作桿進(jìn)行了一系列的改進(jìn)和創(chuàng)新。文獻(xiàn)[7]研制了10 kV絕緣操作桿輔助操作裝置，使得操作更省力、更簡(jiǎn)便。文獻(xiàn)[8]采用高強(qiáng)度的航空用特種纖維結(jié)構(gòu)層研制了特高壓用輕型絕緣操作桿，提高了帶電作業(yè)效率及安全性。文獻(xiàn)[9]設(shè)計(jì)了一種多功能伸縮式絕緣操作桿，滿足了多種應(yīng)用場(chǎng)景和作業(yè)項(xiàng)目的需要。文獻(xiàn)[10]設(shè)計(jì)了一種可折疊絕緣操作桿，實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)連接兩端絕緣操作桿，避免了使用過程中分段式絕緣操作桿容易從高處掉落的問題，提升了絕緣操作桿的便攜性。文獻(xiàn)[11]研制了絕緣導(dǎo)線握力操作桿，降低了檢修過程中接地線掛接難度，提升了工作效率。文獻(xiàn)[12]研制了可視化多功能操作桿，解決了作業(yè)位置較遠(yuǎn)、視線不佳等易造成操作桿使用不便的難題，提高了帶電作業(yè)工作效率和安全水平。

鑒于此，本文針對(duì)射槍式絕緣操作桿存在桿身笨重、桿體較粗、旋轉(zhuǎn)費(fèi)勁等缺點(diǎn)，導(dǎo)致作業(yè)過程中操作難度大、體力消耗高、工作效率低，設(shè)計(jì)了一種10 kV配電線路射槍操作桿，實(shí)現(xiàn)了輕量化和電動(dòng)化，達(dá)到了快捷方便的目的，從而提高了配網(wǎng)不停電作業(yè)的質(zhì)效。

1 傳統(tǒng)射槍操作桿的應(yīng)用分析

目前配網(wǎng)不停電作業(yè)方式主要有3種：絕緣桿作業(yè)法、絕緣手套作業(yè)法和綜合不停電作業(yè)法。絕緣桿作業(yè)法作為帶電作業(yè)的一種重要方式，其作業(yè)項(xiàng)目包括4種簡(jiǎn)單作業(yè)項(xiàng)目、2種復(fù)雜作業(yè)項(xiàng)目。6種絕緣桿作業(yè)項(xiàng)目所使用的工器具皆為絕緣操作桿，其中使用類型最多的是射槍式絕緣操作桿。

射槍操作桿主要用于絕緣遮蔽、拆搭引流線夾等操作，如圖1所示。絕緣遮蔽時(shí)利用鎖鉤鉤住橫擔(dān)絕緣遮蔽罩、針式絕緣子遮蔽罩或?qū)Ь€遮蔽罩，然后安裝到相應(yīng)裝置，起到絕緣遮蔽的作用。在帶電搭接引線作業(yè)時(shí)，將射槍式操作桿的掛鉤端與引流線夾上的吊環(huán)螺栓連接，通過手動(dòng)旋轉(zhuǎn)射槍式操作桿帶動(dòng)吊環(huán)螺栓旋轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)引流線夾與線路的緊固和分離。一方面，由于人力旋轉(zhuǎn)時(shí)，吊環(huán)螺栓鎖緊時(shí)的夾緊力是靠使用者手感來決定的，不同的使用者鎖緊的力道不同，從而導(dǎo)致對(duì)引流線夾的夾緊力難以判斷準(zhǔn)確。當(dāng)夾緊力較小時(shí)，容易造成引流線夾安裝不穩(wěn)定，引起電力故障；夾緊力較大時(shí)，又容易造成螺栓滑絲，給后續(xù)的穩(wěn)定運(yùn)行帶來隱患。另一方面，傳統(tǒng)射槍操作桿在桿外設(shè)有傳動(dòng)軸，用以帶動(dòng)掛鉤開合動(dòng)作，當(dāng)需要通過人力旋轉(zhuǎn)操作桿時(shí)，往往存在抓握直徑過大的弊端，使得操作極為不便。

圖1 傳統(tǒng)射槍操作桿演示圖

2 輕量電動(dòng)化射槍操作桿的設(shè)計(jì)

為了解決傳統(tǒng)射槍操作桿在應(yīng)用中存在的抓握直徑過大、鎖緊力道無標(biāo)準(zhǔn)、質(zhì)量較重的難題，提出了一種10 kV配電線路輕量電動(dòng)化射槍操作桿的設(shè)計(jì)。該裝置摒棄了現(xiàn)有技術(shù)中需要工人旋轉(zhuǎn)操作桿鎖緊螺栓的方式，改用電機(jī)驅(qū)動(dòng)掛鉤旋轉(zhuǎn)。其次，通過設(shè)置電機(jī)離合器，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)停止，能有效防止螺栓滑絲，且保證每次扭力一致。該裝置改變了以往的傳動(dòng)軸外置方式，設(shè)計(jì)了內(nèi)置電動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)軸，有效解決了抓握直徑過大的問題；同時(shí)改善了伸縮手柄材質(zhì)，從而降低了操作桿的質(zhì)量。

10 kV配電線路輕量電動(dòng)化射槍操作桿，主要包括主桿、上端掛鉤、端部電機(jī)三部分。主桿是本設(shè)計(jì)的核心部分之一，其內(nèi)部空腔，內(nèi)同軸安裝有旋轉(zhuǎn)軸。主桿下端安裝有電機(jī)，上端內(nèi)通過軸承安裝有旋轉(zhuǎn)頭，旋轉(zhuǎn)頭的端部伸出主桿，端部上鉸接有與引流線夾上的吊環(huán)螺栓大小相匹配的旋轉(zhuǎn)掛鉤，詳細(xì)如圖2所示。裝置材質(zhì)及相關(guān)參數(shù)如表1所示。

表1 輕量電動(dòng)化射槍操作桿材質(zhì)明細(xì)表

圖2 裝置整體設(shè)計(jì)圖

2.1 掛鉤的開合設(shè)計(jì)

掛鉤的開合狀態(tài)如圖3所示，通過掛鉤的開合能夠?qū)崿F(xiàn)物體的取放操作，詳細(xì)設(shè)計(jì)如下：

圖3 掛鉤開合示意圖

裝置在旋轉(zhuǎn)掛鉤的鉸接軸設(shè)置有扭簧，且具備掛鉤開合角度限位裝置，初始狀態(tài)時(shí)，在限位裝置與扭簧的作用下，掛鉤與主桿垂直，此狀態(tài)視為旋轉(zhuǎn)掛鉤的開狀態(tài)。

裝置在主桿上安裝有聯(lián)動(dòng)的卡套和手柄套，卡套滑動(dòng)套裝在主桿靠近掛鉤的一端上，手柄套滑動(dòng)套裝在主桿靠近電機(jī)的一端上，卡套和手柄套通過設(shè)置在主桿內(nèi)部的聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)在軸向聯(lián)動(dòng)。當(dāng)卡套沿主桿軸向且朝掛鉤方向滑動(dòng)時(shí)，旋轉(zhuǎn)掛鉤將會(huì)處于閉合狀態(tài)?；瑒?dòng)后卡套部分伸出主桿，伸出長(zhǎng)度與掛鉤的長(zhǎng)度相匹配，能夠?qū)崿F(xiàn)牢固地掛取物體。

與此同時(shí)，在設(shè)計(jì)時(shí)主桿的桿壁上、手柄套與卡套的安裝位置處沿軸向布設(shè)有第一滑槽和第二滑槽。第一滑槽和第二滑槽處于同一直線，且第一滑槽和第二滑槽內(nèi)分別滑動(dòng)連接有第一連接件和第二連接件，軸向布設(shè)的連桿一端通過第一連接件與手柄套固定連接，另一端通過第二連接件與卡套固定連接。第一滑槽和第二滑槽的長(zhǎng)度與卡套沿主桿軸向滑動(dòng)距離相匹配。

2.2 掛鉤的旋轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)

掛鉤的旋轉(zhuǎn)主要是為了能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)器件的旋轉(zhuǎn)操作，常用于引流線夾中螺栓的松緊操作，詳細(xì)設(shè)計(jì)如下：在主桿下端安裝有電機(jī)，其扭力值0～330 N·m可調(diào)節(jié)，掛鉤通過內(nèi)置傳動(dòng)桿與電機(jī)相連，如圖4所示。同時(shí)在電機(jī)中搭載離合器，當(dāng)扭力值達(dá)到預(yù)設(shè)值時(shí)，電機(jī)將會(huì)與掛鉤旋轉(zhuǎn)軸脫離，進(jìn)行空轉(zhuǎn)，以保護(hù)螺栓不會(huì)滑絲、保護(hù)電機(jī)不會(huì)過載損壞。

圖4 內(nèi)置傳動(dòng)桿示意圖

本設(shè)計(jì)中的電機(jī)通過蓄電池供電，蓄電池與電機(jī)集成在底座內(nèi)，底座與連桿連接。蓄電池采用容量為20 A·h的鋰電池。當(dāng)啟動(dòng)電機(jī)時(shí)，通過內(nèi)置在主桿內(nèi)的傳動(dòng)桿將電機(jī)的動(dòng)力傳給掛鉤，即可實(shí)現(xiàn)掛鉤的旋轉(zhuǎn)。當(dāng)反向啟動(dòng)電機(jī)時(shí)，掛鉤的旋轉(zhuǎn)方向?qū)?huì)改變。

3 輕量電動(dòng)化射槍操作桿的操作步驟

輕量電動(dòng)化射槍操作桿主要可以用來進(jìn)行掛取引流線夾、絕緣遮蔽等操作。操作過程中主桿的電機(jī)一側(cè)為手持側(cè)，掛鉤一側(cè)為工作側(cè)。本文以安裝導(dǎo)線遮蔽罩和掛裝引流線夾為例進(jìn)行講解。

3.1 安裝導(dǎo)線遮蔽罩

首先將掛鉤扣住導(dǎo)線遮蔽罩的掛環(huán)，然后推動(dòng)手柄套，通過連桿帶動(dòng)卡套部分滑出主桿，將掛鉤從與主桿垂直的狀態(tài)推動(dòng)到與主桿平行的狀態(tài)，即可鎖住導(dǎo)線遮蔽罩的掛環(huán)。之后將導(dǎo)線遮蔽罩放到指定位置，收回手柄套，掛鉤將會(huì)處于打開狀態(tài)，如此即可解開遮蔽罩掛環(huán)與掛鉤的連接。

3.2 掛裝引流線夾

首先將引流線夾的吊環(huán)穿在掛鉤上，之后推動(dòng)手柄套，使得掛鉤處于閉合狀態(tài)。然后使用者手握手持側(cè)，利用主桿的長(zhǎng)度將置于主桿端部的引流線夾掛在線路上?？刂齐姍C(jī)啟動(dòng)，電機(jī)帶動(dòng)掛鉤旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)吊環(huán)螺栓將引流線夾的夾頭鎖緊在線路上。最后回退手柄套，使得卡套滑回主桿，釋放掛鉤，掛鉤在扭簧的作用下回位到打開狀態(tài)。此時(shí)只需沿徑向移動(dòng)主桿，即可使得掛鉤脫離吊環(huán)，如此即完成引流線夾的安裝。

4 測(cè)試應(yīng)用

帶電作業(yè)工具是比較精密的工具，參考GB13398—2008對(duì)帶電作業(yè)用空心絕緣管的要求，對(duì)該裝置開展了干態(tài)泄漏電流、受潮后泄漏電流、淋雨等電氣特性試驗(yàn)，進(jìn)行了彎曲、扭力、管材徑向擠壓等機(jī)械特性測(cè)試，測(cè)試情況顯示輕量電動(dòng)化射槍操作桿符合要求。

2023年在國(guó)網(wǎng)湖南帶電作業(yè)中心，分別采用傳統(tǒng)射槍操作桿和輕量電動(dòng)化射槍操作桿進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用測(cè)試，測(cè)試項(xiàng)目為“10 kV帶電接空載電纜線路與架空線路連接項(xiàng)目”，應(yīng)用情況如下：采用輕量電動(dòng)化射槍操作桿完成該項(xiàng)目的時(shí)間約為45 min，相比傳統(tǒng)射槍操作桿要減少25%左右，輕量電動(dòng)化射槍操作桿重量為3.9 kg，抓握直徑為3.8 cm，相比傳統(tǒng)射槍操作桿重量減輕了5.8%，抓握直徑減小了17.4%，該操作桿使用更為方便；同時(shí)，輕量電動(dòng)化射槍操作桿采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)掛鉤旋轉(zhuǎn)，結(jié)合電機(jī)離合器，實(shí)現(xiàn)了螺栓的穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)，可使引流線夾與線路快速緊固和分離，解決了引流線夾操作過程中夾裝不穩(wěn)、螺栓滑絲的難題。

5 結(jié)束語

射槍操作桿在10 kV配電線路不停電作業(yè)中廣泛使用，為了解決傳統(tǒng)射槍式絕緣操作桿存在的桿身笨重、桿體較粗、旋轉(zhuǎn)費(fèi)勁等問題，本文設(shè)計(jì)了10 kV配電線路輕量電動(dòng)化射槍操作桿，解決了引流線夾的夾緊力難以準(zhǔn)確判斷的難題，既能確保引流線夾安裝牢固，又能避免螺栓滑絲。同時(shí)，該裝置有效解決了抓握直徑過大和質(zhì)量較重的問題，實(shí)現(xiàn)了輕量化和電動(dòng)化，達(dá)到了快捷方便的目的?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)試應(yīng)用證明了該裝置的可行性和有效性，該裝置在配網(wǎng)不停電作業(yè)中的推廣使用，能降低操作難度，減小體力消耗，提高配電網(wǎng)不停電作業(yè)的質(zhì)效。