便携式高空带电作业清扫器的研制

张 超，甘正功，宋 彪

蚌埠供电公司输电运检工区，安徽蚌埠，233000

蚌埠地区主要的输电线路沿线受化工、矿山、水泥厂的烟尘污染影响较多，使得输电线路上的绝缘子受到较严重的污染。而绝缘子是输、变电设备的重要部件，绝缘子绝缘程度的好坏，直接影响着输电和变电设备的安全运行，及时清扫污染严重的绝缘子，是输、变电设备安全运行工作的一项重要任务[1]。

过去，对污染严重的绝缘子采取的办法有带电水冲洗、带电气吹和停电清扫等方法。虽然也收到了一定的效果，但由于输电线路长、地形复杂、交通不便等原因，使得前二种方法在使用上受到了一定的限制。而采取停电清扫的方法，一则减少供电量；二则影响电网的稳定运行，且与“能带不停”的原则相违背。鉴于这些情况，研制轻便可靠、工作效率高，且实用的绝缘子清扫方法成为电力线路工作者急需解决的问题。

1 课题的确定

为使工具轻便易行，减轻带电作业人员劳动强度，提高劳动效率，蚌埠供电公司线路工区大胆提出了由汽油机作为动力的设想。在新课题提出后，绝缘传动部分成为新课题的重点、难点。因为既要保证把动力传输到刷头上去，以保证绝缘子得到彻底清扫，又要绝对保证带电人员的人身安全。为解决这个难题，线路工区有关人员翻阅了大量资料，集思广益，并在局领导的关心和有关科室的支持下，最后提出采用绝缘操作杆作为传动部分，即大绝缘杆作外管，小绝缘杆作传动轴，用轴承作转动。这样，汽油机的动力由软轴连接传动到绝缘操作杆上，带动清扫刷，使绝缘子得以清扫。

2 机械设计原理

2.1 动力的选用

为使选用的动力与实际清扫所需动力相匹配，蚌埠供电公司线路工区组织有关人员对更换下来的220 kV线路上整串污秽绝缘子在地面固定好后，用电动机带动清扫刷进行实际清扫试验。具体数据表1所示。

表1 电动机清扫实验数据

通过上述清扫试验得出：在转速达到1 000 r/min时，可以将所有灰尘完全清除。考虑到在杆塔上清扫时，其清扫角度受到一定限制，清扫效果相应受到一定影响，故将其刷头转速确定为1 200 r/min左右。

根据测定的刷头转速，经过考察最终决定采用肩背式汽油机作为动力，其外形尺寸为：250×250×350(mm)；整体重量控制在4.2 kg以内，其主要技术参数见表2。

通过比较，确定所选定的汽油机动力满足实际清扫的要求。

2.2 传动部分

汽油机动力输出采用软管输出，软管内部用软轴传动，两头采取螺丝口固定，一头与汽油机动力输出口连接，另一头与绝缘传动杆连接。绝缘传动操作杆的传动部分和刷头结构如图1。

表2 肩背式汽油机主要技术参数

图1 绝缘传动操作杆及刷头结构图

2.3 绝缘内杆机械强度的校核

绝缘内杆采用空心绝缘杆，其外径为18.5 mm；内径为14 mm；经拉力试验得出破坏拉断力为8.22 kN；根据汽油机技术参数得出，其汽油机输出功率即绝缘内杆的输出功率为0.138 kW。

为了保证绝缘内杆能正常的工作，应使危险截面上最大工作切应力τmax不超过材料的许用切应力τ。所以,绝缘内杆扭转时的强度条件为：

τmax=Tn/WP≤τ

(1)

式中：Tn为内力偶矩，同外力偶矩T相等，单位是N·m；WP为抗扭截面系数，单位是mm3；τ为许用切应力，单位是N/mm2或MPa。

外力偶矩T的计算公式：

T=9550·P/n

(2)

式中：P为轴所传递的功率，单位是kW；n为轴的转速，单位是r/min。

根据平衡条件：Tn-T=0

Tn=T

(3)

空心绝缘杆的抗扭截面系数的计算公式：

WP=π·D3·(1-α4)/16

(4)

式中：D为空心绝缘杆的外径，单位是mm；α=d/D，d为空心绝缘杆的内径，单位是mm。

许用应力τ在静荷载作用下，它与许用拉应力σ之间有如下关系：

τ=(0.5～0.6)·σ

(5)

式中：σ为许用拉应力，单位是N/mm2或MPa。

许用拉应力计算公式：

σ=σb/Kb=Fb/A/Kb

步骤3 建立目标回波训练样本集z1,z2,…,zL，对目标回波构造描述向量i，wi=1为标准SHNN-CAD，wi≠1为加权SHNN-CAD，根据式(8)、式(11)可得加权SHNN-CAD的NCM值αi和异常程度值pi，同理可得标准SHNN-CAD的NCM值为βi和异常程度值为pbi；

(6)

式中：σb为极限应力，单位是N/mm2或MPa；Fb为破坏拉断力，单位是N；A为空心绝缘杆的净面积，单位是mm2；Kb为安全系数，一般取5.0。

将已知数据分别代入(1)～(6)式中，计算得出有关数据：

σ=14.31 MPa

τ=7.15 MPa

TN=T=0.825 N·m

τmax=TN/WP=0.9694 MPa

τmax=0.9694 MPa<<τ=7.15 MPa

经过上述验算得出空心绝缘杆危险截面上最大工作应力τmax远远小于该材料的许用切应力τ，机械强度满足要求[2]。

3 绝缘试验耐压标准

由于是带电作业，保证人身安全是至关重要的，为此研究小组根据DL409-91中华人民共和国行业标准《电业安全工作规程》中“绝缘工具的试验项目及标准”的规定选择绝缘电气试验的数据(表3)。

表3 绝缘工具试验标准

4 研 制

经多次考察，最后确定与江苏省扬中市江冠电器厂合作。由蚌埠供电公司线路工区负责图纸的绘制，江冠电器厂负责加工。厂家初步加工完成后，经过20多次改进和试验，便携式高空带电作业清扫器终于获得成功。

2001年1月12日上午，在蚌埠供电公司“线路培训基地”进行了现场模拟清扫绝缘子试验，从清扫效果看，得到大家的一致认可。

2001年4月13日，在110 kV东西563联络线路上进行实际操作和技术鉴定，参加鉴定的有蚌埠供电公司分管局长、生技科、安监科等有关人员。从清扫效果看，所有灰尘均被清除，清扫一串110 kV绝缘子只需要5～7 min。

5 带电作业清扫瓷瓶的方法和步骤

带电清扫绝缘子的方法采用地电位法，其步骤如下：

(1)使用线路第二种工作票，并与调度联系停用重合闸。(2)首先有一人登到需清扫的绝缘子串的横担上，并将绝缘传动操作杆系上。(3)第二人身背汽油机登至与绝缘子串平行的位置，将绝缘传动杆与汽油机的软轴连接好，启动汽油机。(4)横担上的工作人员将清扫刷用绝缘杆慢慢放下，由肩背汽油机操作人员依次清扫每片绝缘子。(5)一相工作结束移至另一相，逐相完成。(6)工作全部结束后，将绝缘传动操作杆与软轴拆开后依次系下。(7)与调度联系恢复重合闸。

6 结束语

便携式高空带电作业清扫器自线路工区提出课题到研制完成，得到了蚌埠供电公司领导、生技科、修试工区的大力支持，经过大家共同的努力，使该项课题获得成功。该课题获蚌埠供电局QC成果二等奖；获安徽省电力公司供电企业QC成果一等奖。

参考文献：

[1]章碧辉.输电线路绝缘子优化选择的技术探讨[J].中国科技信息，2010(18)：156-157

[2]范建斌，殷禹，张锦秀，等.复合绝缘子运行状况评估方法[J].电网技术，2006，30(6)：24-27