智能斷線鉗操作桿的研究及應用

包益能++葉巨偉++陳新和++蔣超俊++何燁赟

摘 ?要：配網(wǎng)線路帶電作業(yè)是提高供電可靠性的重要措施，隨著目前配網(wǎng)帶電作業(yè)次數(shù)的增加，帶電作業(yè)的安全性逐漸得到供電企業(yè)的重視。10kV 配電網(wǎng)導線間距離小，配電設施密集，作業(yè)人員活動范圍窄小，帶電作業(yè)主要采用絕緣操作桿作業(yè)法或絕緣手套作業(yè)法。

傳統(tǒng)的絕緣桿作業(yè)法是作業(yè)人員在地面或登桿等安全位置，帶好安全帶，與帶電體保持一定的距離，再通過端部裝上所需的工器具附件利用絕緣桿進行作業(yè)。該作業(yè)方法完全依賴人力操作，操作難度大，作業(yè)人員勞動強度高，且工作效率低。本文就絕緣操作桿作業(yè)法中在絕緣操作桿端部使用電動液壓斷線鉗的可行性和實施方案進行了探討。

關鍵詞：帶電作業(yè);絕緣操作桿作業(yè)法;斷線鉗

一、絕緣操作桿作業(yè)法現(xiàn)狀

作業(yè)人員在地面或通過登桿工具（腳扣等）登桿至適當位置，保持與10kV 電壓相適應的安全距離，再應用端部裝配有不同工具附件的絕緣操作桿進行作業(yè)的一種帶電作業(yè)方法。采用該作業(yè)方法時，一是以絕緣工具、絕緣手套等組成的帶電體與地之間的縱向絕緣防護;二是以絕緣遮蔽罩，絕緣服組成帶電體與人之間或不同相帶電體之間的橫向絕緣防護，避免因人體動作幅度過大造成相間短路或相對地短路。該作業(yè)方法主要優(yōu)勢在于不受交通和地形條件的限制，缺點在于完全依賴人力操作，操作難度大，作業(yè)人員勞動強度高，工作效率低。

二、傳統(tǒng)絕緣斷線鉗存在的問題

傳統(tǒng)絕緣斷線鉗使用人力操作，通過棘輪式切刀完成剪斷電纜的工作?，F(xiàn)有的絕緣斷線桿總長為2.1m，由于 10kV 配網(wǎng)帶電作業(yè)操作規(guī)程規(guī)定操作桿的有效絕緣長度不得低于0.7m，減去握手部分0.6m，其有效作業(yè)長度就剩0.8m，因此絕緣斷線鉗的操作桿長度不足，對作業(yè)人員作業(yè)時與帶電體需保持的安全距離較難控制;或是通過長杠桿進行操作，使用起來十分笨拙不便。絕緣斷線鉗的棘輪式切刀雖具有省力結構，但在剪切直徑較粗的導線需要復位時十分不便。此外，在切割鋼芯鋁絞線等含有硬質材料的線纜時，人力操作就顯得更為吃力了。

三、改進方法

（一）智能斷線鉗操作桿。（1）絕緣操作桿與電動斷線鉗的固定。絕緣操作桿與電動斷線鉗的結合，需考慮以下幾個方面：1） 不影響絕緣工作性能;2） 棘輪切刀能夠正反轉動，以便切刀自動復位;3） 解決線纜放入切刀開口的問題;4） 合理設計模塊重量分布，便于操作;5） 合理分配模塊設計外形，保證視線良好;6） 具有可拓展性，功能可拓展。

最終設計實現(xiàn)：1） 開式電動液壓切刀代替電動棘輪切刀方案，刀刃可打開，便于電纜置入;2） 電動液壓機構具有自動泄壓復位和手動泄壓復位功能;3） 結合部件角度可調，電動剪線鉗可與操作桿成一定角度，剪切頭可旋轉，適應更多作業(yè)環(huán)境，工具使用更加靈活;4） 結合點置于電動斷線鉗中部（重心處），優(yōu)化不同角度下絕緣桿的受力情況;5） 模塊小型化設計，合理布局，減少對操作人員視線的遮擋;6） 高性能輕重量的電機和電池選型，控制總重量，便于操作。

圖1 ?初始設計方案

圖2 ?最終實物照片

（2）電動斷線鉗的控制。1）采用2.4G無線通信遙控，實現(xiàn)對電動斷線鉗的實時遙控;2）高耐壓電路設計技術，保障電動斷線鉗的正常工作;3）國家安全無線頻段選擇及技術應用，保障電動斷線鉗在強電磁場干擾下的正常工作;4）通用電子模塊設計，保證通用性;5）嵌入式系統(tǒng)設計，采集顯示相關數(shù)據(jù)和信息;6）友好的界面，操作人員可帶絕緣手套進行操作。

圖3 ?控制系統(tǒng)結構圖

（二）智能斷線鉗操作桿的技術指標。（1）電動斷線鉗技術指標。剪切范圍：最大直徑為20mm的絞合電纜/導線;剪切出力：23 kN;剪切時間：4 s至6 s（取決于電纜尺寸）;電池：9.6V /

2.0Ah（鎳氫電池）;剪切完成自動退位復位，可手動退位復位。（2）遙控端技術指標。采用藍牙通信模塊，通信距離可達100米，操作終端反應時間小于0.05秒。提供LCD屏進行UI交互，具有按鍵可控制功能，并提供語音模塊通知用戶。具有用戶身份識別模塊，必須具有權限才可進行操作。（3）受控端技術指標。采用藍牙通信模塊與遙控終端進行通信，通過協(xié)議獲取指令。主控芯片直接控制電機，驅動電動工具工作。（4）芯片級技術指標。主控芯片采用STM32F103RBT6，最高72MHZ工作頻率，在存儲器的0的等待周期訪問時可達1.25DMisp。程序加密防破解。自帶低功耗管理及數(shù)模轉換功能。主控芯片通過串口直接與藍牙模塊HC-05進行數(shù)據(jù)通信與控制，通過IO接口口直接控制LCD屏的顯示。主控芯片自帶電源控制，對系統(tǒng)待機時自動啟動低功耗模式。帶電時間可達7天以上。

（三）智能斷線鉗操作桿的功能特點。（1） 將電動液壓斷線鉗加入到絕緣操作桿作業(yè)法工具中，代替?zhèn)鹘y(tǒng)工具的人力操作，顯著提升作業(yè)效率;（2）電動液壓斷線鉗出力大，剪切頭硬度高，可以輕松完成鋼芯鋁絞線等有不銹鋼內芯或其他硬質材料的剪切;（3）通過無線遙控電動工具，解決了電機控制和操作人員的絕緣安全問題;（4）通過可旋轉的連接頭，電動工具可以與操作桿固定成一定角度，同時剪切頭也可旋轉，適用各種操作環(huán)境，具有更強的操作靈活性;（5）通過使用高性能的電機和電池，在保證斷電動液壓斷線鉗出力的情況下，將系統(tǒng)總重量保持在了一個合適的范圍內;（6）通過結構設計，保證了工器具重心穩(wěn)定和操作人員視野良好。

在實際測試過程中，使用智能斷線鉗操作桿登桿進行引流線的切斷工作。通過數(shù)米長的絕緣操作桿，剪切口可以方便的放入線纜，只需幾秒，就能將線纜剪斷，相比傳統(tǒng)手動棘輪切刀需要反復拉動操作桿，大大提高了工作效率和人員安全性，且降低了作業(yè)難度和作業(yè)人員的體力負擔。剪切完成后切刀自動退位復位，免去了傳統(tǒng)切刀需要人工操作的繁瑣過程，再出現(xiàn)沒有對準或是選錯線纜時，可以及時停止工作并進行糾正。此外，電動斷線鉗在切割鋁、銅、不銹鋼等材質時，均表現(xiàn)良好，切刀沒有出現(xiàn)損壞。

結束語：10kV 線路的帶電作業(yè)還需不斷在工器具和作業(yè)方式上創(chuàng)新、創(chuàng)造，使該項作業(yè)不斷得到改進和完善，確保在實際生產工作中安全、高效地開展。智能斷線鉗操作桿的研發(fā)與應用，可以有效降低作業(yè)人員的勞動強度和操作難度，提高工作效率和人員安全性。其設計思路可以進一步推廣到其他電動工具上，應用到更廣泛的場景中。此外，可以在設備上加裝攝像頭采集工作近況視頻，近距離觀察操作點;可在系統(tǒng)中加入帶電操作安全標示。通過設備終端采集操作大數(shù)據(jù)，根據(jù)長期數(shù)據(jù)可得出帶電作業(yè)適宜標準，扭力對金具的使用壽命影響等等。

綜上所述，帶電作業(yè)工器具還有很大的提升空間，隨著智能斷線鉗操作桿廣與應用，將使智能化的電動工器具在電力帶電作業(yè)上得到更大的應用。

參考文獻：

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