10 kV配電線路輕量電動化射槍操作桿的設計與應用

白劍鋒 雷冬云 楊 淼 喻 暉 陳 濤

（1.國網湖南省電力有限公司技術技能培訓中心，湖南 長沙 410131；2.國網湖南省電力有限公司長沙供電公司，湖南 長沙 410000；3.國網湖南省電力有限公司電力科學研究院，湖南 長沙 410007；4.陜西澤川電力設備有限公司，陜西 西安 710075）

0 引言

10 kV架空線路是配電網的重要電力設施，擔負著區域供電的主要任務，由于其具有點多、線長、面廣、受地理環境和氣候影響的特點，容易遭受各種自然災害和外力的傷害而受損，從而嚴重影響廣大人民群眾的正常生產和生活用電。為了提高供電可靠性，供電部門經常開展配網不停電作業以處理線路上的故障隱患[1-4]。在不停電作業項目中，絕緣桿作業法由于靈活高效得到了普遍使用。在絕緣桿作業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、固定導線、裝拆線夾等操作[5-6]。

隨著配網不停電作業的要求不斷提高，工程人員對操作桿進行了一系列的改進和創新。文獻[7]研制了10 kV絕緣操作桿輔助操作裝置，使得操作更省力、更簡便。文獻[8]采用高強度的航空用特種纖維結構層研制了特高壓用輕型絕緣操作桿，提高了帶電作業效率及安全性。文獻[9]設計了一種多功能伸縮式絕緣操作桿，滿足了多種應用場景和作業項目的需要。文獻[10]設計了一種可折疊絕緣操作桿，實現了轉軸轉動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[11]研制了絕緣導線握力操作桿，降低了檢修過程中接地線掛接難度，提升了工作效率。文獻[12]研制了可視化多功能操作桿，解決了作業位置較遠、視線不佳等易造成操作桿使用不便的難題，提高了帶電作業工作效率和安全水平。

鑒于此，本文針對射槍式絕緣操作桿存在桿身笨重、桿體較粗、旋轉費勁等缺點，導致作業過程中操作難度大、體力消耗高、工作效率低，設計了一種10 kV配電線路射槍操作桿，實現了輕量化和電動化，達到了快捷方便的目的，從而提高了配網不停電作業的質效。

1 傳統射槍操作桿的應用分析

目前配網不停電作業方式主要有3種：絕緣桿作業法、絕緣手套作業法和綜合不停電作業法。絕緣桿作業法作為帶電作業的一種重要方式，其作業項目包括4種簡單作業項目、2種復雜作業項目。6種絕緣桿作業項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。絕緣遮蔽時利用鎖鉤鉤住橫擔絕緣遮蔽罩、針式絕緣子遮蔽罩或導線遮蔽罩，然后安裝到相應裝置，起到絕緣遮蔽的作用。在帶電搭接引線作業時，將射槍式操作桿的掛鉤端與引流線夾上的吊環螺栓連接，通過手動旋轉射槍式操作桿帶動吊環螺栓旋轉，從而實現引流線夾與線路的緊固和分離。一方面，由于人力旋轉時，吊環螺栓鎖緊時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，從而導致對引流線夾的夾緊力難以判斷準確。當夾緊力較小時，容易造成引流線夾安裝不穩定，引起電力故障；夾緊力較大時，又容易造成螺栓滑絲，給后續的穩定運行帶來隱患。另一方面，傳統射槍操作桿在桿外設有傳動軸，用以帶動掛鉤開合動作，當需要通過人力旋轉操作桿時，往往存在抓握直徑過大的弊端，使得操作極為不便。

圖1 傳統射槍操作桿演示圖

2 輕量電動化射槍操作桿的設計

為了解決傳統射槍操作桿在應用中存在的抓握直徑過大、鎖緊力道無標準、質量較重的難題，提出了一種10 kV配電線路輕量電動化射槍操作桿的設計。該裝置摒棄了現有技術中需要工人旋轉操作桿鎖緊螺栓的方式，改用電機驅動掛鉤旋轉。其次，通過設置電機離合器，實現自動停止，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軸外置方式，設計了內置電動轉動軸，有效解決了抓握直徑過大的問題；同時改善了伸縮手柄材質，從而降低了操作桿的質量。

10 kV配電線路輕量電動化射槍操作桿，主要包括主桿、上端掛鉤、端部電機三部分。主桿是本設計的核心部分之一，其內部空腔，內同軸安裝有旋轉軸。主桿下端安裝有電機，上端內通過軸承安裝有旋轉頭，旋轉頭的端部伸出主桿，端部上鉸接有與引流線夾上的吊環螺栓大小相匹配的旋轉掛鉤，詳細如圖2所示。裝置材質及相關參數如表1所示。

表1 輕量電動化射槍操作桿材質明細表

圖2 裝置整體設計圖

2.1 掛鉤的開合設計

掛鉤的開合狀態如圖3所示，通過掛鉤的開合能夠實現物體的取放操作，詳細設計如下：

圖3 掛鉤開合示意圖

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

裝置在主桿上安裝有聯動的卡套和手柄套，卡套滑動套裝在主桿靠近掛鉤的一端上，手柄套滑動套裝在主桿靠近電機的一端上，卡套和手柄套通過設置在主桿內部的聯動機構在軸向聯動。當卡套沿主桿軸向且朝掛鉤方向滑動時，旋轉掛鉤將會處于閉合狀態。滑動后卡套部分伸出主桿，伸出長度與掛鉤的長度相匹配，能夠實現牢固地掛取物體。

與此同時，在設計時主桿的桿壁上、手柄套與卡套的安裝位置處沿軸向布設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分別滑動連接有第一連接件和第二連接件，軸向布設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度與卡套沿主桿軸向滑動距離相匹配。

2.2 掛鉤的旋轉設計

掛鉤的旋轉主要是為了能夠實現對器件的旋轉操作，常用于引流線夾中螺栓的松緊操作，詳細設計如下：在主桿下端安裝有電機，其扭力值0～330 N·m可調節，掛鉤通過內置傳動桿與電機相連，如圖4所示。同時在電機中搭載離合器，當扭力值達到預設值時，電機將會與掛鉤旋轉軸脫離，進行空轉，以保護螺栓不會滑絲、保護電機不會過載損壞。

圖4 內置傳動桿示意圖

本設計中的電機通過蓄電池供電，蓄電池與電機集成在底座內，底座與連桿連接。蓄電池采用容量為20 A·h的鋰電池。當啟動電機時，通過內置在主桿內的傳動桿將電機的動力傳給掛鉤，即可實現掛鉤的旋轉。當反向啟動電機時，掛鉤的旋轉方向將會改變。

3 輕量電動化射槍操作桿的操作步驟

輕量電動化射槍操作桿主要可以用來進行掛取引流線夾、絕緣遮蔽等操作。操作過程中主桿的電機一側為手持側，掛鉤一側為工作側。本文以安裝導線遮蔽罩和掛裝引流線夾為例進行講解。

3.1 安裝導線遮蔽罩

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

3.2 掛裝引流線夾

首先將引流線夾的吊環穿在掛鉤上，之后推動手柄套，使得掛鉤處于閉合狀態。然后使用者手握手持側，利用主桿的長度將置于主桿端部的引流線夾掛在線路上。控制電機啟動，電機帶動掛鉤旋轉，從而帶動吊環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。此時只需沿徑向移動主桿，即可使得掛鉤脫離吊環，如此即完成引流線夾的安裝。

4 測試應用

帶電作業工具是比較精密的工具，參考GB13398—2008對帶電作業用空心絕緣管的要求，對該裝置開展了干態泄漏電流、受潮后泄漏電流、淋雨等電氣特性試驗，進行了彎曲、扭力、管材徑向擠壓等機械特性測試，測試情況顯示輕量電動化射槍操作桿符合要求。

2023年在國網湖南帶電作業中心，分別采用傳統射槍操作桿和輕量電動化射槍操作桿進行了現場應用測試，測試項目為“10 kV帶電接空載電纜線路與架空線路連接項目”，應用情況如下：采用輕量電動化射槍操作桿完成該項目的時間約為45 min，相比傳統射槍操作桿要減少25%左右，輕量電動化射槍操作桿重量為3.9 kg，抓握直徑為3.8 cm，相比傳統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，輕量電動化射槍操作桿采用電機驅動掛鉤旋轉，結合電機離合器，實現了螺栓的穩定旋轉，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、螺栓滑絲的難題。

5 結束語

射槍操作桿在10 kV配電線路不停電作業中廣泛使用，為了解決傳統射槍式絕緣操作桿存在的桿身笨重、桿體較粗、旋轉費勁等問題，本文設計了10 kV配電線路輕量電動化射槍操作桿，解決了引流線夾的夾緊力難以準確判斷的難題，既能確保引流線夾安裝牢固，又能避免螺栓滑絲。同時，該裝置有效解決了抓握直徑過大和質量較重的問題，實現了輕量化和電動化，達到了快捷方便的目的。現場測試應用證明了該裝置的可行性和有效性，該裝置在配網不停電作業中的推廣使用，能降低操作難度，減小體力消耗，提高配電網不停電作業的質效。