智能套筒操作桿的研究及應用

葉巨偉 包益能 徐發林 鄧通 湯劍偉

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

傳統的絕緣桿作業法是作業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。該作業方法完全依賴人力操作，操作難度大，作業人員勞動強度高，且工作效率低。本文就絕緣操作桿作業法中在絕緣操作桿端部使用電動套筒扳手的可行性和實施方案進行了探討。

關鍵詞：帶電作業；絕緣操作桿作業法；套筒扳手

一、絕緣操作桿作業法現狀

作業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的一種帶電作業方法。采用該作業方法時，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，其中絕緣操作桿起主絕緣作用，絕緣手套起輔助絕緣作用； 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。該作業方法主要優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，作業人員勞動強度高，工作效率低。

二、傳統套筒操作桿存在的問題

傳統套筒操作桿將套筒安裝在絕緣操作桿前端，通過人力旋轉操作桿帶動前端的套筒扳手，轉動螺栓完成如并溝線夾的拆裝等作業。由于絕緣操作桿較長，人力轉動扳手扭矩不足，操作費力且無法保證螺栓固定緊固，存在一定的安全隱患。此外，在登桿作業時，作業人員的活動空間受限，需進行螺栓緊固或拆除作業的地點可能離作業人員較遠。若作業點與作業人員不在同一垂線上，此時使用傳統套筒扳手作業，套筒與螺栓成一定角度，難以對準，操作更加困難。

三、改進方法

圖1 初始設計方案

圖2 最終設計方案 圖3 實物照片

（一）智能套筒操作桿的設計與實現。（1）絕緣操作桿與電動套筒扳手的固定。絕緣操作桿與電動套筒扳手的結合，需考慮以下幾個方面：1） 不影響絕緣工作性能；2） 合理設計模塊重量分布，避免操作時晃動過大；3） 合理分配模塊設計外形，保證視線良好；4） 具有可拓展性，功能可拓展。最終設計實現：1） 結合部件角度可調，電動套筒扳手可與操作桿成一定角度，適應更多作業環境，工具使用更加靈活；2） 中軸一線設計，保證重心，避免晃動過大；3） 模塊小型化設計，合理布局，減少對操作人員視線的遮擋；4） 高性能輕重量的電機和電池選型，控制總重量，便于操作。

（2）電動套筒扳手的控制。1）采用2.4G無線通信遙控，實現對電動套筒扳手的實時遙控；2）高耐壓電路設計技術，保障電動套筒扳手的正常工作；3）國家安全無線頻段選擇及技術應用，保障電動套筒扳手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）嵌入式系統設計，采集顯示相關數據和信息；6）友好的界面，操作人員可帶絕緣手套進行操作。

圖4 控制系統結構圖

（二）智能套筒操作桿的技術指標。（1）電動套筒扳手技術指標。最大扭矩：250 Nm；空載轉速：0～2200 rpm；沖擊次數：0～3200 ipm；夾頭：1/2英寸 四方頭；電池：18V / 2.0Ah（鋰電池）。（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進行數據通信與控制，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）智能套筒操作桿的功能特點。（1） 將電動套筒扳手加入到絕緣操作桿作業法工具中，代替傳統工具的人力操作，顯著提升作業效率；（2）電動套筒扳手扭矩大，螺栓固定更加緊固，提高線路安全性；（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，適用各種操作環境，具有更強的操作靈活性；（5）通過使用高性能的電機和電池，在保證電動套筒扳手出力的情況下，將系統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定和操作人員視野良好。

在實際測試過程中，使用智能套筒操作桿登桿進行異型并溝線夾的安裝和拆卸工作，只需幾秒種就能旋緊或松開一根螺栓，相比傳統套筒操作桿需要1分鐘左右的操作時間，大大提高了作業效率，且降低了作業難度和作業人員的體力負擔。此外，用智能套筒操作桿旋緊的螺栓，難以用傳統套筒操作桿拆除，螺栓固定更加緊固，提高了線路安全性。

四、結束語

10kV 線路的帶電作業還需不斷在工器具和作業方式上創新、創造，使該項作業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。

智能套筒操作桿的研發與應用，可以有效降低作業人員的勞動強度和操作難度，提高工作效率和線路安全性。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；可在系統中加入帶電操作安全標示，如：佩戴作業高度指示器，可自動識別安全高度；加裝報警裝置，靠近高壓線安全距離時自動報警等等。通過設備終端采集操作大數據，根據長期數據可得出帶電作業適宜標準，扭力對金具的使用壽命影響等等。

綜上所述，帶電作業工器具還有很大的提升空間，隨著智能套筒操作桿推廣與應用，將使智能化的電動工器具在電力帶電作業上得到更大的應用。

參考文獻：

[1] 胡毅.配電線路帶電作業技術[M] .中國電力出版社，2002.

[2] 劉夏清，龔政雄，牛捷.帶電作業發展現狀與未來思考[J] .中國電業·技術，2012（11），477-480.