基于無線遙控技術(shù)的配電網(wǎng)帶電作業(yè)工具

張耀月

（蘭州交通大學新能源與動力工程學院，甘肅 蘭州 730070）

中低壓配電網(wǎng)絡(luò)復雜、配電設(shè)施密集且相間及對地距離較小，同桿高低壓或多回架設(shè)較多，使帶電作業(yè)范圍非常狹小，作業(yè)時很容易造成觸碰不同電位或其他帶電設(shè)備。此外，由于配電網(wǎng)電壓低，利用屏蔽服和導電手套直接接觸帶電體的等電位作業(yè)方式，極易發(fā)生短路造成人身傷害，因此，一般禁止等電位帶電作業(yè)[1]。

目前，國內(nèi)采用的配電線路帶電作業(yè)有地電位法、中間電位法或等電位法，按照絕緣方式可分為直接作業(yè)法（絕緣手套作業(yè)法）和間接作業(yè)法（絕緣桿作業(yè)方法）[2-4]。在帶電作業(yè)開展初期，由于個人安全防護用具的限制，間接作業(yè)法較為普遍，但也因為絕緣操作工具靈活性差、有效性不夠、功能單一等因素，不能較好地實現(xiàn)作業(yè)意圖和完成復雜的作業(yè)項目。隨著絕緣服、絕緣手套、絕緣帽，特別是絕緣斗臂車、絕緣梯（或其他絕緣平臺）的引入，直接作業(yè)法由于具有運用靈活、作業(yè)方便、勞動強度小、工藝質(zhì)量好等優(yōu)點，迅速被推廣應用。但是，由于配電網(wǎng)不停電作業(yè)受人員作業(yè)思維、技能素質(zhì)、線路結(jié)構(gòu)等諸多因素影響，同時隨著供電可靠性的提高和用戶對連續(xù)供電的需求，現(xiàn)有帶電作業(yè)法的局限性愈加凸顯。因此，研制一種安全性更高和適應性更強的配網(wǎng)帶電作業(yè)成套工具勢在必行。

1 原理分析

1.1 工作原理

本文提出的無線遙控帶電作業(yè)工具綜合各類作業(yè)方法，并融入電動液壓技術(shù)、不停電作業(yè)技術(shù)和遙控操作技術(shù)。由快速接頭、絕緣油管、操作桿、輔助操作桿和遙控器組成，其中絕緣油管下端連接無線遙控液壓泵，通過絕緣高壓軟管提供油壓，快速接頭聯(lián)接頂部各種不同類型操作件，可實現(xiàn)各類不停電作業(yè)，有效解決了人工作業(yè)的缺陷和局限性，顯著提高帶電作業(yè)效率，提升帶電作業(yè)技術(shù)水平，提高帶電作業(yè)安全性。

多功能組合工具主要參數(shù)如表1所示。

表1 多功能組合成套工具參數(shù)表

1.2 無線通信技術(shù)分析

目前，使用較廣泛的近距無線通信技術(shù)有藍牙（Bluetooth）、無線局域網(wǎng)802.11（Wi-Fi）和紅外數(shù)據(jù)傳輸（ⅠrDA）[5]。同時，還有ZigBee、超寬頻（Ultra WideBand）、短距通信（NFC）、WiMedia、GPS、DECT、無線1394 和專用無線系統(tǒng)等發(fā)展?jié)摿^大的通信技術(shù)[6]。

無線通信的干擾主要分為多址干擾、共道干擾以及碼間串擾等3 大類。對無線通信自身而言，外界干擾只有在特定頻帶和調(diào)制方式時才會造成影響。跳頻技術(shù)應用較早，其抗干擾效果較好，主要應用在微波、毫米波段等民用無線通信，引入自適應技術(shù)后抗干擾能力更加強大。

擴頻技術(shù)。擴頻技術(shù)可以把信號隱藏在噪聲中，采用很寬的頻帶形成偽噪聲通信，對窄帶干擾具有很強的抗干擾能力。

快速跳頻。快速跳頻是針對中、低速跳頻通信易受跟蹤式干擾而出現(xiàn)的一種技術(shù)，它能有效對抗跟蹤式干擾和轉(zhuǎn)發(fā)式干擾，能消除寬帶移動中多徑效應造成的不利影響，大大降低數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼`碼率。

多輸入多輸出技術(shù)（MⅠMO）。MⅠMO技術(shù)是近年來出現(xiàn)的一種新技術(shù)，通過多個發(fā)射天線在發(fā)射端傳送信號，接收端使用多個接收天線接收信號，極大提高了通信容量。

虛擬智能天線技術(shù)。智能天線技術(shù)相對成熟，一個智能天線可以抑制多個方向的干擾信號，該技術(shù)的核心是多通道信號處理和交互。

軟件無線電技術(shù)。該技術(shù)是通過網(wǎng)絡(luò)加載實現(xiàn)各種通信功能，是各種電臺互聯(lián)互通的無線網(wǎng)關(guān)，是空中轉(zhuǎn)信的多功能平臺，可進行智能化通信與電子對抗。

綜上所述，無線通信的難題不只是抗干擾信號處理，而是多元技術(shù)集成、綜合抗干擾技術(shù)應用，無線信號交叉疊加，相互干擾，充分發(fā)揮各類通信技術(shù)的優(yōu)勢，揚長避短，比如，基于傳輸速度、距離、耗電量等特殊要求，或著眼于功能的擴充性，或符合某些單一應用的特別要求，或建立競爭技術(shù)的差異化等。

1.3 抗干擾技術(shù)分析

當前，采用的抗干擾技術(shù)主要有[7]：

利用屏蔽技術(shù)。采用電纜屏蔽，屏蔽層電導為每相導線芯電導的1/10及以下，且可靠接地。

利用接地技術(shù)。所有設(shè)備接地良好，地線直接接地或連接到變頻器接地端子（PE）上。

利用濾波技術(shù)。利用進線電抗器降低諧波，對噪聲敏感的運行環(huán)境，采用FⅠR濾波器減小輻射干擾。

選用磁環(huán)材料。磁環(huán)選用鎳鋅鐵氧體或錳鋅鐵氧體材質(zhì)，可以抑制頻段較寬的干擾信號。

開關(guān)電源電磁干擾的抑制措施。開關(guān)電源電磁干擾分為傳導干擾和輻射干擾2 種。傳導干擾經(jīng)電網(wǎng)傳播，會對其他電子設(shè)備產(chǎn)生嚴重干擾。常用的抑制方法有緩沖器法、減少耦合路徑法、減少寄生元件法等。輻射干擾又分為近場干擾（測量點與場源距離＜λ/σ）和遠場干擾（測量點與場源距離＞λ/σ）（其中，λ為干擾電磁波波長）。根據(jù)電磁場理論，導體中的電流會在周圍空間產(chǎn)生磁場，而磁場又產(chǎn)生電場[8]。干擾受開關(guān)頻率影響，干擾的能量集中在離散的開關(guān)頻率點上。通過將開關(guān)信號的能量調(diào)制分布在較寬的頻帶上，產(chǎn)生分立邊頻帶，則干擾頻譜可以展開，干擾能量被分成小份分布在這些分立頻段上，以符合EMⅠ標準。

共模干擾抑制措施。傳導干擾可分為共模（CM）干擾和常模（DM）干擾。主要抑制方法有優(yōu)化電路元器件布置、延緩開關(guān)的通斷時間、應用緩沖電路減小dv/dt等。

1.4 設(shè)計方案

研制不停電作業(yè)多功能組合成套工具，主要涉及動力機構(gòu)、操作機構(gòu)、連接件、操作件和遙控器等。

主絕緣材料采用環(huán)氧樹脂材料，承力材料采用金屬材質(zhì)，接頭金具采用合金材質(zhì)，滿足絕緣和強度需要。

綜合考慮，為減小復雜電磁環(huán)境下對遙控信號有無干擾，如超高壓、特高壓線路等電磁場對配網(wǎng)帶電作業(yè)的影響，該帶電作業(yè)多功能組合工具選用高頻鎖碼技術(shù)，以及雙頻互鎖自動復核方案，并采用電磁屏蔽效果較好的鋁合金材料作屏蔽體，將主要元器件屏蔽，達到防干擾和防誤操作的目的，確保準確接收、傳達作業(yè)人員的遙控指令，避免誤、拒操作現(xiàn)象。同時，為減小外部擾動的影響，采用超外差無線接收模塊進行電磁干擾屏蔽，應用積分分離PⅠD控制算法進行電流閉環(huán)控制。

采用高強度絕緣油管，配合無線遙控電動油泵，為所掛載的模塊化操作件提供動能。

根據(jù)上述要求，分析不同工作形式和各類作業(yè)場所，完成帶電作業(yè)多功能組合成套工具圖紙設(shè)計。總體設(shè)計如圖1所示。

圖1 總設(shè)計圖

2 成果分析

2.1 性能分析

按設(shè)計圖紙加工制作，并在作業(yè)現(xiàn)場多次試用，根據(jù)試用情況進一步改進、完善，完成多功能組合成套工具加工制作。絕緣操作桿由快速接頭、絕緣油管、操作桿、輔助操作桿及遙控器組成，其中絕緣油管下端連接無線遙控液壓泵，通過絕緣高壓軟管提供動能，快速接頭聯(lián)接不同型號接頭，用于不同作業(yè)場所。絕緣桿的承力部件采用鋁合金材質(zhì)，操作桿長度1.8 m，絕緣油管長度5 m，另配2 m可伸縮式輔助操作桿，如圖2所示。

圖2 多功能配電網(wǎng)作業(yè)工具效果圖

2.1.1 絕緣軟管

絕緣軟管作為主要的連接機構(gòu)，分別連接操作桿、電動液壓油泵及遙控器，可隨意調(diào)節(jié)長度。采用環(huán)氧樹脂材料，具有良好的物理、化學性能，變形收縮率小、穩(wěn)定性好、硬度高，柔韌性好[9]。

2.1.2 快速接頭

快速接頭安裝在絕緣軟管的頂端，用于連接壓線鉗、剪線鉗、破拆器等帶電作業(yè)操作件。

2.1.3 彈簧式金屬快速接頭

彈簧式接頭安裝在絕緣軟管的底端，用于連接電動液壓油泵。

2.1.4 帶電作業(yè)操作件

操作件是多功能組合工具的核心部件，主要有電動壓線鉗、電動剪線鉗、分體式螺母破拆器和沖孔工具等4類。

電動壓線鉗。采用高壓油液壓遠方遙控操作方式，同時配置各種線夾壓接模具。壓接重力可達180 kN，壓接尺寸為16～400 mm2，行程42 mm，自重1.6 kg，具有自動卸壓、省時省力、安全可靠等優(yōu)點。如圖3所示。

圖3 電動壓接鉗

電動剪線鉗。采用液壓遠方遙控工作方式，剪切能力為275 kN，剪切范圍為35～300 mm2鋼芯鋁絞線，自重1.5 kg。具有切口整齊、刀片可調(diào)換、高效耐用等特點。如圖4所示。

圖4 電動剪線鉗

分體式螺母破拆器。最大出力294 kN，破切范圍M10～M24 螺母，自重1.3 kg，采用液壓遙控工作方式，破切頭可360°旋轉(zhuǎn)。具有操作靈活、高效耐用、安全可靠等特點。如圖5所示。

圖5 分體式螺母破拆器

沖孔工具。模具采用高碳鎢合金，沖壓出力392 kN、沖孔直徑范圍6.2～20.5 mm、喉深65 mm、行程62 mm，自重1.3 kg，適用于沖壓3～12 mm 厚各種鋁、銅板，具有單孔回油、一鍵復位、操作靈活、偏差率小、不易破損等特點，如圖6所示。

圖6 沖孔工具

2.2 安全性

對組合成套工具進行電氣試驗、機械試驗和型式試驗。型式試驗在每個部件定型前逐一進行，各項試驗均合格。按照規(guī)定[10]，對多功能組合工具進行整體工頻耐壓試驗和機械試驗。

工頻耐壓試驗[11]。在絕緣配件（絕緣油管、絕緣作業(yè)桿）上施加工頻耐壓102.3 kV/1 min、試驗距離為0.4 m，試驗合格。

機械強度試驗[12]。采用抽檢檢驗，施加2.32 kN/5 min 重力，各部件無損傷、無變形及裂紋。抗拉、抗壓、抗彎強度、抗剪切強度抗扭強度、抗沖擊強度及彈性和彈性模量等主要指標均符合規(guī)定。

2.3 創(chuàng)新性

充分融合電動作業(yè)、液壓動力和無線遙控技術(shù)，創(chuàng)新性提出絕緣操作桿作業(yè)法，利用主輔作業(yè)桿和不同類型操作件，實現(xiàn)各類不停電作業(yè)。

具有無線遙控功能，采用高頻鎖碼技術(shù)及雙頻互鎖自動復核方案，主要元件采用電磁屏蔽，可以消除超高壓、特高壓線路周圍電磁場對附近配電網(wǎng)帶電作業(yè)的影響。

2.4 實用性

2020年11月，選調(diào)4名具有帶電作業(yè)資格的技師，開展10 kV 線路常規(guī)帶電檢修組合操作，在預定時間完成了所有工作任務。

從應用情況來看，本項目綜合了現(xiàn)階段國內(nèi)10 kV 配電網(wǎng)絕緣桿作業(yè)法、絕緣手套作業(yè)與綜合作業(yè)法的優(yōu)點，同時融入電動液壓技術(shù)、不停電作業(yè)技術(shù)和遙控操作技術(shù)，工具大小、重量適中，安全性、實用性、適用性、便攜性、簡便性等方面優(yōu)勢明顯，功能齊全、應用可靠。項目應用后，提高了帶電作業(yè)水平，提升了配網(wǎng)線路安全運行水平，提高了供電可靠性及企業(yè)經(jīng)濟效益，樹立了供電企業(yè)良好形象。

2.5 效益分析

該工具采用液壓動力系統(tǒng)和無線電動遙控技術(shù)，有效拓展配電網(wǎng)帶電作業(yè)類型，尤其適合開展較為復雜的帶電作業(yè)，減少線路重復停電。有效解決了傳統(tǒng)手動和電動作業(yè)費時費力、安全風險高、作業(yè)場所局限大等“短板”[13]，提高了帶電作業(yè)效率和安全性，擴大帶電作業(yè)普及率，擴大了帶電作業(yè)范圍。

3 結(jié)束語

基于無線遙控技術(shù)的配電網(wǎng)帶電作業(yè)工具充分利用無線通信技術(shù)，采用無線遙控操作完成常規(guī)帶電作業(yè)，融合了絕緣桿作業(yè)法、絕緣手套作業(yè)和綜合作業(yè)法的優(yōu)點，融入電動液壓技術(shù)、不停電作業(yè)技術(shù)和遙控操作技術(shù)，實現(xiàn)帶電作業(yè)實用化、標準化、精益化。同時，針對市場多樣化需求，創(chuàng)新提出各個部件矩陣模塊化思路，建立了模塊功能劃分方法，實現(xiàn)功能模塊化并與市場需求相互關(guān)聯(lián)、相互聯(lián)動。