一種防觸電安全預警操割工具的研發及應用

摘 要：為解決一線工作人員在正常運維和應急搶修工作中攜帶工具品類多，整體重，護管難，工具形狀固定、功能單一，操作使用傳統工具誤碰帶電體易發生人身觸電的生產事故的問題，研發出一種可以提醒、照明、傳遞信號且易操作、砍伐和切割的成套多功能工具。實操結果表明，該多功能工具可以通過握持絕緣桿保持操作安全距離，通過采集電信號，發出聲光預警提醒操作人員注意危險點識別;可以通過更換工具刀頭變成不同種類多功能工具使用來提高工作效益，降低操作難度。實踐證明，該多功能工具不僅具有傳統工具的使用和操作功能，且攜帶方便、智能、整體輕，使用時能確保操作人員不被電傷及。

關鍵詞：工具;操作切割;功能;特性

中圖分類號：TM08" " 文獻標志碼：A" " 文章編號：1671-0797（2024）04-0076-04

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2024.04.019

0" " 引言

當前，巡視人員對線路的巡視檢修是高、低壓線路同時進行，需要面對各種故障工作環境，同時攜帶各種品類繁多的傳統工具在山區野外行走[1]。這些傳統工具多、雜、重且形狀固定，在一些特殊的地理環境中操作不便，因此線路檢修需要一種多功能操割成套工具來方便特殊地理環境中的現場操作，避免因使用傳統工具不當，操作過程中誤碰帶電體而發生觸電的風險[2]。

針對上述問題，摸索出一種多功能操割工具替代功能單一且多而雜的傳統工具，該多功能操割工具具有傳統工具的使用功能和形狀，能360°全方位旋轉操作，對10～36 kV不同電壓等級的電氣設備帶電、漏電發出聲光預警，防止操作人員誤碰帶電體[3]。

1" " 工具研發的安全理念和原則

工具研發的安全理念：一切事故都可以預防，不被使用的傳統工具傷及，控制一切風險，消除一切隱患。具體而言，為保障巡視檢修人員使用工具清理樹障、切割藤蔓、操作設備、停送電時不被電氣設備帶電傷及，提高生產行為安全性，把安全意識與使用的工具有機結合，增強憂患風險意識，做到居安思危，研發出一種不存在使用隱患的多功能操割工具，消除檢修人員使用傳統工具誤碰帶電體發生觸電的風險。

這種工具研發設計做到了科學化、專業化、智能化和精細化，并使操作者始終保持在安全距離外使用工具進行操作，避免了誤碰觸電事故的發生[4]。

2" " 使用傳統工具誤碰帶電體發生觸電風險情況分析

（1）電氣設備因接地電阻增大而帶電;或由于長時間使用、設備老化、維護不當等原因，設備絕緣性能下降，發生觸電。

（2）使用破損或老化的絕緣傳統工具，誤碰帶電體時引發觸電風險。

（3）未能正確識別巡視線路的帶電體和非帶電體，導致觸電風險。

（4）濕度大、高溫或灰塵較多的環境中，設備和工具的絕緣性能可能降低，增加觸電風險。

（5）沒有嚴格遵守操作規程，操作人員安全意識不足。

（6）砍伐清理巡視線路上的樹枝、藤蔓，樹枝、藤蔓碰到帶電體帶電，導致觸電。

3" " 工具的設計思路

為避免使用傳統工具誤碰帶電體發生觸電風險，把經常在線路上使用到的各類刀、鋸、斧、爪、鐮刀、10 kV拉閘桿、高低壓驗電器、照明等傳統工具進行整合，成為一套智能工具，方便攜帶。該智能工具不僅具有傳統工具的應用和操作功能，同時還把形狀固定的傳統工具變成活動旋轉的智能工具，并安裝防觸電聲光預警裝置，這樣就避免了使用傳統工具操作時誤碰帶電體發生觸電的危險[5]。

4" " 操割工具的結構及設計原理

該多功能操割工具總裝圖如圖1所示，由頭部機構、調節機構、預警機構、持握機構構成。其中頭部機構由彎口刀、爪刀、拉閘桿頭、鋸刀組成，通過頭部機構刀頭絲口與調節機構的安裝塊絲口連接，得到不同形狀的工具，如鐮刀、柴刀、鋸、斧頭、鋤頭、高壓拉閘桿、10 kV絕緣棒等，這些工具在電力行業的用途是清理線路走廊中的樹木，切割纏繞在電桿、拉線、變壓器臺架上的藤蔓和枯枝樹葉，進行停送電操作，這類工具品類多，每件刀、鋸、高壓拉閘桿等都帶有絕緣桿、手柄，如表1所示。

由表1可知，傳統工具組成數量合計數是16，操割工具組成數量合計數是5，多出了11套，包括絕緣桿、手柄、鐮刀、柴刀、斧頭等，這些工具需要品類繁多的絕緣桿、手柄和刀鋸，而在操作中這些絕緣桿、手柄實際只需要一套，其余的攜帶顯得多余，為此通過采取替換絕緣桿、手柄的方式，取各類工具頭部機構的刀鋸頭與一套握持機構組合，就能得到不同類型的工具，減少攜帶工具的重量和品類。

4.1" " 頭部機構

頭部機構由金屬材料制成，配備四種刀鋸頭，即彎口刀、爪刀、鋸刀、拉閘桿頭。通過與調節機構安裝塊連接，調整限位開關的方向，即可獲得十幾種品類的工具。在操作中，選擇不同的刀鋸頭與安裝塊連接，得到想要的操作工具，然后通過調節機構的后續部件——棘輪、限位開關、換向軸調整能使彎口刀變成鐮刀、柴刀、斧頭形式使用，鋸刀變成直鋸或橫鋸、斜鋸形式使用，爪刀變成橫爪、豎爪、斜爪形式使用，拉閘桿頭變成直、橫、斜等桿頭使用，如圖2所示。

4.2" " 調節機構

調節機構是連接固定彎口刀、爪刀、鋸刀、拉閘桿頭的機構，起到調整彎口刀、爪刀、鋸刀、拉閘桿頭朝向/轉向和刀頭的固定作用，包括安全頭、安全頭上的兩個承載架以及承載部件上的換向部件，即棘輪、限位開關、安裝塊、換向軸等，棘輪帶動換向軸轉動，換向軸又與安裝塊連接。調節機構也由金屬體做成，能采集和傳送頭部機構感應、接觸到的電信號，傳給預警機構，其中安全頭內設有內絲口連接預警機構，如圖2所示。

4.3" " 預警機構

4.3.1" " 預警機構作用

預警機構的作用是保護巡視人員使用工具時不被電氣設備帶電傷及，裝在調節機構下，使得應用的每種工具都具有聲光預警提醒功能，幫助操作人員在巡視的每基電桿、臺區處進行樹障砍伐、藤蔓切割、停送電操作時都能時刻采集到線路帶電情況，保護操作人員的安全。

4.3.2" " 預警機構構成

如圖3所示，預警機構主要由電路板、指示燈、聲音報警器組成，其中電路板負責接收頭部機構和調節機構來自接觸點的電壓信號，并通過指示燈和聲音報警器向操作人員傳遞有關設備帶電狀態的信息。電路板上設有信號傳輸電路，用于將檢測到的電壓信號傳輸到指示燈和聲音報警器，指示燈和聲音報警器根據接收到的信號向操作人員傳遞有關設備帶電狀態的信息。電路板上設有過壓保護電路，當檢測到的電壓超過安全范圍時，過壓保護電路會自動斷開，防止觸電事故的發生。指示燈的顏色通常為紅色和白色，表示設備帶電狀態用紅色，信號、照明指示燈采用白色。而聲音報警器通常采用微型揚聲器，即蜂鳴器，蜂鳴器具有體積小、重量輕、聲音清晰等優點。

4.4" " 持握機構

通過選用具有良好絕緣性能的材料來實現電氣絕緣，通常采用玻璃纖維、復合材料等，這些材料絕緣強度、耐電弧性能和機械強度高。防滑手柄和防雨罩采用橡膠制成，桿身為圓柱形，采用絲口連接方式，能提供良好的持握感和絕緣性能。如圖4所示，持握機構整體由絕緣桿、防雨罩、絕緣防滑手柄、絕緣桿尾內藏收納盒組成，其中絕緣桿由三節或多節組成，每節長1.3～1.5 m，起到保持工具的操作安全距離和短時間對帶電設備進行操作或測量的絕緣工具的作用。除絕緣桿頭節和尾端節外，絕緣桿其中一節有一個長25 cm左右的多層防雨罩來提高絕緣性能，確保絕緣桿在陰雨天氣也能安全使用。收納盒的作用是收納小號的彎口刀、爪刀、鋸刀和電池。絕緣防滑手柄用于防止手心盜汗而拿捏不穩光滑的絕緣桿。

持握機構要根據人手掌大小來設計，不能做得太粗大;頭部機構刀鋸不能做得太小，小了使用不方便，因此設計一大、一小兩套刀鋸，以適應不同的工作環境。

5" " 工具的操作方法和功能

5.1" " 當驗電器用

握住操割工具的絕緣防滑手柄，將操割工具的拉閘桿頭置于被測高低壓電氣設備的接觸點附近，確保接觸點能夠接觸到拉閘桿頭，觀察驗電器的指示燈和聲音提示。根據預警機構的指示燈和聲音提示，判斷被測高壓電氣設備是否帶電。

5.2" " 預警提醒功能

選擇四種頭部機構中的一種與調節機構和絕緣桿連接，得到一種使用工具，使用時握住操割工具的絕緣防滑手柄，當頭部機構接觸到帶電物體，達到設定的最低預警啟動電壓時，預警機構發出紅燈閃爍提示和聲光提示，提醒操作者注意線路設備或樹木藤草帶電，不要靠近帶電體。

5.3" " 當10 kV拉閘桿用

把拉閘桿頭與調節機構、預警機構和持握機構連接，得到一種能預警提醒、用于操作高壓開關設備的工具，該工具能360°全方位變換位置。在操作時要穿戴個人防護裝備，如絕緣手套、絕緣鞋、護目鏡等，以確保安全。用一只手握住絕緣桿的絕緣防滑手柄，確保持握舒適且穩固，根據實際需要將拉閘桿頭插入開關設備的連接裝置中（要是插入的開關設備帶電，預警機構會發出聲光預警），然后用力向自己拉動拉閘桿，使開關設備從合閘狀態切換到拉閘狀態（預警機構沒電不發出聲光預警）。

5.4" " 當刀、鋸、勾、斧、耙、鐮刀、柴刀用

選擇彎口刀、爪刀、鋸刀中的一種與調節機構、預警機構和持握機構連接，得到刀、鋸、勾、耙、鐮刀、柴刀等工具，用于砍、伐、鋸樹木，切、割、勾、拉藤蔓和鋸金屬等，具有傳統工具的使用特性，并能對接觸到的帶電體發出聲光預警，提醒操作者注意安全，保持安全距離。同時，通過調節機構和持握機構的調整和轉動，還可以得到不同類型的工具，即把固定形態的工具變成不同形態的工具。

5.5" " 傳遞信息和照明

接上預警機構和持握機構的絕緣桿，根據地形、草木林和山石的高度，按下信號按鈕，手握絕緣桿的絕緣防滑手柄并高舉發出信號，盡量避免林草地、山坡的遮擋，工作人員根據發出的信號，可以判斷人員所在位置，并根據燈光發出的閃爍情況，辨別傳遞的內容。再按下信號按鈕，LED燈亮，可作為臨時補助照明，或用于在夜間查看高處設備，不受照明燈反射光的影響。它的主要作用是傳遞信息、輔助照明。

6" " 防觸電安全預警操割工具效益

6.1" " 預計經濟效益

從各種替代產品價值核算，該防觸電安全預警操割工具能代替多種工具使用，按每種工具平均400元左右，取5種工具，按照每個局8個班組，每個班組配置4組，產生的經濟效益達5×400×8×4=64 000元。且該工具各部件均可更換，減輕了單位購置工具的負擔。

6.2" " 項目應用及推廣轉化

該工具為一線生產必需品，除電網企業外，多個領域均可使用，覆蓋面廣，使用頻繁，是一種剛需產品。且目前已面向局生產一線，研發了一組工具投入實際現場應用，起到了很好的效果，具有很強的可推廣性。

6.3" " 預計社會效益

能對操作人員的人身安全起到保護作用，提醒操作人員在操作時注意人身安全，且減少工具采購成本，提高工作效率。

7" " 結束語

綜上所述，在線路巡視、檢修、樹木砍伐切割中會應用到多種工具，這些傳統的工具很多都不具備驗電、提醒功能，并且很多工具都只能用在同等電壓等級中，不能高低壓線路通用，因此通用性不好，同時這些傳統的工具不能對線路突發性帶電、感應來電、漏電發出聲光預警提醒，導致巡視檢修消缺過程中容易發生各種意外事故，給檢修巡視人員的生命安全帶來了嚴重的威脅。據此提出一種防觸電安全預警操割工具（專利申請號CN202310581234.9），并對其設計進行了詳細介紹，經應用，該工具不僅擁有良好的通用性，還能幫助巡視人員認清巡視線路是否帶電，巡視工作區域是否安全，面對突發情況及時進行各種提醒，可有效預防觸電事故的發生。

[參考文獻]

[1] 姚福申，應高亮.配電線路工基本技能[M].北京：中國水利水電出版社，2018.

[2] 中國南方電網有限責任公司.安全生產風險管理體系（2017年版）[M].北京：中國電力出版社，2017.

[3] 劉星志，唐仁杰，賴世江，等.一種便攜式樹障清理的組合工具設計[J].電子技術，2020，49（5）：46-47.

[4] 農村低壓電氣安全工作規程：DL 477—1992[S].

[5] 凌松，俞飛，馮玉.10 kV架空配電線路帶電清障裝置設計[J].電工技術，2019（11）：61-62.

收稿日期：2023-10-18

作者簡介：宋順平（1975—），男，貴州羅甸人，助理工程師，從事配網線路連接技術及金具和設備創新工作。