10kV不停電作業可拆卸自吸式電動雙頭套筒操作桿的研制

國網浙江省電力有限公司安吉縣供電公司 孫棟梁 陸 洋 許 磊

配網帶電作業一直是提高供電系統安全性的重要措施，但隨著城市配網帶電作業數量的增加，帶電作業的安全問題越來越受到供電企業的關注。在10kV不停電作業中，由于城市配網導線與密集供電設備之間的距離較小，技術人員的活動范圍相對較窄，因此在帶電作業檢查中多采用電纜絕緣操作桿作業法或電纜絕緣手套作業檢查法。

傳統的電纜絕緣桿作業法是指作業人員與帶電體保持規定的安全距離，戴絕緣手套和穿絕緣靴，通過絕緣工具進行作業的方法。當桿上作業人員伸展身體各部位有可能同時觸及不同電位（帶電體和接地體）的設備時，作業人員應對帶電體進行絕緣遮蔽并穿戴全套絕緣防護用具。絕緣桿作業法既可在登桿作業中采用，也可在斗臂車的工作斗或其他絕緣平臺上采用。絕緣桿作業法全靠人力操作，操作難度大，操作技術人員工作強度高、效率低。

雙頭套筒通常用于普通螺栓，由于聯軸器的厚度過大，螺釘頻繁拆卸是非常不適合的，這就需要設計一個具有緊湊結構的雙頭套筒操作桿。雙頭套筒操作桿可根據結構不同分為普通雙頭螺栓、單長雙頭螺栓和U型雙頭套筒。普通雙頭螺栓主要用于一端須擰緊螺紋孔并可靠固定的地方，如大箱體連接、法蘭連接、主體和底座的固定等，該螺栓不適用于安裝和拆卸特殊工具。目前常見的安裝拆解方法是將兩個螺母擰成一個打開的螺釘的一部分并相互擰緊，并利用兩個螺母的頂部作用使螺栓在額外的電壓和額外的摩擦力下使三者合而為一，形成類似于六角形頭的結構，然后安裝或拆卸扳手使用。對于整個安裝拆除工程來說，工藝復雜、效率低、安裝拆解不穩定，都是導致雙頭套筒的螺紋結構出現損壞的影響因素[1]。

在裝配線上廣泛使用的雙頭螺栓插座是一種一端有方形棱形孔、另一端有螺紋孔、孔底有銅套的鋼珠的結構。作業人員將套筒安裝在氣動鑰匙上，雙頭螺栓的一端轉入套筒的插口，套筒的頭部與另一端連接，套筒和雙頭螺栓雖然裝在組件上，但在實際工作中會有振動、沖擊、高速旋轉，使鋼珠容易脫落，螺紋底齒容易承受變形或損壞。因此，將雙頭螺桿有效地安裝到套筒的螺孔或旋轉套筒的雙頭螺孔中，進一步造成套筒壽命短、成本增加。

不停電作業是指作業人員在電流運行情況下利用各種絕緣工具對故障修正設備進行檢修，實現用戶可以正常用電。其運行模式可分為邊欄運行模式、絕緣手套運行模式和全面停電運行模式。而配網停電作業中最基本的行業項目是帶電斷電和帶電作業，帶電斷電后可由帶電作業轉化為普通停電作業?；诖?，本文從10kV不停電作業視角出發，研制出可拆卸自吸式電動雙頭套筒操作桿，旨在電子套筒扳手用于絕緣手柄末端的可能性。

1 絕緣操作桿作業法現狀

作業技術人員從地面或通過登高設備（腳鐐等）爬到相應的地方，并保證適當的安全距離后直接在絕緣桿上完成相應的安裝作業，直到安裝結束帶電作業才真正的完成。作業人員采用這種操作方法時，在電氣本體與地面之間用絕緣工具進行水平和垂直絕緣保護，并用絕緣控制桿和絕緣罩來控制輔助工具，以避免短路現象的出現。這種操作模式的主要優點是不受交通和地質條件的影響，缺點是全靠人力操作，技術人員的勞動強度大，勞動效率也隨之降低。

絕緣平臺主要由進口或國內開發的絕緣平臺操作。操作員站立在絕緣平臺上戴上絕緣手套，這屬于直接操作法。作業人員采用直接操作法須配備一套個人的隔離保護裝置（隔離帽、手套、衣服和靴子）及隔離安全帶。作業技術人員首先按照配網帶電的作業項目簡單了解絕緣平臺，再通過檢查整套絕緣裝置及絕緣屏蔽等工具判斷絕緣平臺的正確布置方式與部位。操作者可直接接觸帶電裝置并進行帶電作業，其最主要好處就是操作者能象絕緣的鏟臂車那樣直接在帶電裝置上作業（活動靈活方便）。

其主要缺點是，絕緣平臺只能為操作人員提供操作平臺/作為操作人員的主要隔離物，不能提供輔助功能、如帶電設備的臨時吊裝和支撐。而且絕緣平臺不能為復雜的現場工作項目提供軸承支持，只能給操作員提供一種簡單的平臺，一般情況下是作為帶電導線與地面間的主要隔斷物；個人防護裝置，如絕緣手套、防護服、隔離靴和其他隔離屏蔽裝置則作為補充隔離。

在絕緣桿的操作方法中，作業人員一般不會直接接觸到導體，而是使用各種絕緣工具在一定安全距離內對電氣設備開展相應的維護工作。作業人員通過使用絕緣工具來代替他們的手，并完成遠程較為復雜、細致的維護工作，在這一過程中他們間接操作的絕緣棒、絕緣的絕緣工具、絕緣的絕緣設備（絕緣服、絕緣手套、絕緣褲）是作為輔助絕緣防護設備。另外，在帶電作業匯總操作員通常會夾緊雙腳，將桿子抬到適當的位置，固定好安全帶，并保持活絡的張力和安全距離，然后操作員應用端配備了一個工具附件絕緣體手柄(操作員應用端有各種控制裝置)。桿上的操作者始終被認為是處于地電位。

保溫桿法的優點是不僅可用于道路保溫的挖掘機臂車作業，也可用于腳手架和升降板的攀登。在技術人員進行帶電作業時電流是呈流動性，操作范圍遠小于在高空絕緣式挖掘機臂車絕緣手套，進一步提高作業的安全性?，F場監督員人體和生物體之間的安全間距主要是絕緣工具的最小有效直徑，并在操作前嚴格檢驗各種用具的電氣性和機械強度。

2 傳統套筒操作桿存在的問題及改進方法

傳統套筒操作桿在絕緣操作桿的前端有一個套筒，通過手動旋轉操作桿帶動前端套筒扳手，轉動螺栓完成溝夾的拆卸和組裝。由于絕緣操作桿較長，人體旋轉扳手的扭距不足、操作困難，螺栓無法固定存在一定的安全風險。此外，在爬桿時操作者的活動空間受到限制，螺栓連接和拆除操作可能會遠離操作者。如操作點和操作者不在同一垂直線上，操作員在使用傳統套筒扳手時，由于套筒和螺栓的角度是固定不動的，則會導致兩者不能及時對準，操作困難加大。

2.1 設計思路

在現行高壓工具桿的基礎上，電子扳手(電動棘輪切刀)取代了目前的工業器具，其內部結構添加了智能控制模塊，作業人員用電子控制模塊可遠程操作電開工力建設器材，大大減少了工具的沉重性，保障了固定異型并溝線夾的工作力矩，減輕了人員的勞動負擔，極大地提高了作業效率，以滿足對帶電作業工器具現代化的需求。絕緣套筒操作桿智能化改造的關鍵和難點主要有三點：如何解決電動工器具須和現有絕緣操作棒聯動操作；如何提高電動工器具和絕緣操作棒在聯動運行時的絕緣性能；如何實現電動工器具遠程控制的方法。

圖1 初始設計方案（圖中黑點為螺絲釘）

圖2 最終設計方案

2.2 智能套筒操作桿的設計與實現

絕緣操縱桿和電子套筒扳手的組合需要重點考慮四個因素：不破壞絕緣的工作特性；科學合理地設計模塊的重量分布，防止操作時過度晃動；合理分配模塊的設計形狀，保持整體視覺的正確性；較高的可擴展性和可擴展功能。產品最終設計完成后具有四大優勢：組合可調，電子套筒扳手可與控制手柄相連，以適應更多的工況和工具；軸線設計提高著力點，防止大的晃動；模塊小型化設計、合理布局，減少操作人員的障礙；高性能、輕質特征的重力發生器和電池的選擇，限制整體重量，更便于操作。

在監控電動套筒扳手過程中，需要注意以下事項通過2G-4G無線通信遙控完成對插座鑰匙的即時遙控；在高壓電路設技術計中要保證插座鑰匙可以正常工作；安全的無線電選擇和應用，保證電子插座鑰匙在強電磁場影響下的工作；普通電子模塊產品設計，提高通用性；嵌入式控制系統產品設計，采集和顯示重要數據和信號；良好的用戶界面，操作人員可戴絕緣手套進行操作[2]。

圖3 控制系統結構圖

2.3 智能套筒操作桿的技術指標

電動套筒扳手的技術指標。最大扭矩250納米，最大負載速度0～2200rpm，沖擊次數0～3200ipm，夾子1/2英寸方頭，電池電量18V/2.0Ah（鋰電池）；遙控終端的技術指標。作業人員使用藍牙通信模塊，通話距離可以達到100米左右，控制終端響應時間小于0.05秒。液晶屏、鍵盤控制和語音模塊進行UI交互，告知用戶。擁有用戶識別模塊，但需要權限才能使用；受控端信息技術指數。作業人員利用藍牙通信模塊和遙測端口實現數據傳輸，通過協議獲得指令，且主控制芯片會直接控制電氣設備并驅動電子工具工作。

平板電腦級別的信息技術指數。一般情況下主控芯片采用STM32F103RBT6，工作頻段高達72MHz，內存零等待階段為1.25DMisp?？刂葡到y帶有低功耗安全控制和數模轉換等功能。主控芯片利用串口直接實現與藍牙模塊HC-V的數據通信和控制，并利用IO接口實時監控LCD屏幕的指示。主控芯片也有自己的電源控制，當系統處于待機狀態時會自動打開低功耗模式，活期充電時間超過7天。

2.4 智能套筒操作桿的功能特點

智能套筒操作桿將電子套筒扳手加入到絕緣操縱桿作業法用具中，替代傳統工具使用的人員動作，明顯增加作業效能；電子套筒扳手力矩大、螺釘定位更加緊固，大大提高線路安全系數；智能套筒操作桿采用了無線遙控器的電子開發工具，有效解決了電器控制系統與作業人員間的絕緣安全工作問題；智能套筒操作桿利用可旋轉的連接頭，電動工具能與操作桿緊固成適當夾角，適應不同操作環境，具備更強的操縱靈活度；由于采用效率高的電機和電池，在確保電子套筒扳手出力的情形下，將整個系統總重量維持在了一種合理的范疇內；智能套筒操作桿的結構設計有效確保了工作器具重心的平穩度和作業人員視線良好。

通過智能套筒操作桿完成異型并溝線夾的裝配與拆除工作時，僅需幾秒種動作就可旋緊或松動一根螺釘，與傳統套筒操作桿需一分鐘以內的作業時間相比極大地提高了作業時間，并減輕了作業難度與對作業技術人員的體力負荷。另外，用智能套筒操作桿旋緊的螺釘更不易用常規套筒操作桿拆卸，螺釘的固定也更加緊密，從而增強了線路穩定性。

3 結語

10kV線路的帶電作業還需進一步地在加工器具和作業方法上革新、創造，使作業技術不斷得以提高與完善，保證在實際的生產工作中安全、有效地進行。智能套筒操作桿的開發和應用可有效降低操作人員的工作強度和操作難度，提高工作效率和線路穩定性。這種產品設計理念也可逐步擴展到其他電子技術工具，并應用于更廣泛的工作場所。此外還可用攝像機監控作業現場，在系統中加入安全標志，如攜帶最高指示器自動識別安全高度，安裝自動報警裝置檢測高壓電纜的安全距離?？衫迷O備終端的大數據分析，通過連續的數據分析可確定高活運行的規范調整，扭轉對硬件壽命的影響等。

帶電作業手工器械目前尚有較大的發展空間，現階段由于智能套筒扳手操縱桿的普及和使用，進一步促進了智能電動雙頭套筒操作桿在帶電作業上獲得更大的廣泛應用。