智能套筒操作杆的研究及应用

叶巨伟 包益能 徐发林 邓通 汤剑伟

摘 要：配网线路带电作业是提高供电可靠性的重要措施，随着目前配网带电作业次数的增加，带电作业的安全性逐渐得到供电企业的重视。10kV 配电网导线间距离小，配电设施密集，作业人员活动范围窄小，带电作业主要采用绝缘操作杆作业法或绝缘手套作业法。

传统的绝缘杆作业法是作业人员在地面或登杆等安全位置，带好安全带，与带电体保持一定的距离，再通过端部装上所需的工器具附件利用绝缘杆进行作业。该作业方法完全依赖人力操作，操作难度大，作业人员劳动强度高，且工作效率低。本文就绝缘操作杆作业法中在绝缘操作杆端部使用电动套筒扳手的可行性和实施方案进行了探讨。

关键词：带电作业；绝缘操作杆作业法；套筒扳手

一、绝缘操作杆作业法现状

作业人员在地面或通过登杆工具（脚扣等）登杆至适当位置，保持与10kV 电压相适应的安全距离，再应用端部装配有不同工具附件的绝缘操作杆进行作业的一种带电作业方法。采用该作业方法时，一是以绝缘工具、绝缘手套等组成的带电体与地之间的纵向绝缘防护，其中绝缘操作杆起主绝缘作用，绝缘手套起辅助绝缘作用； 二是以绝缘遮蔽罩，绝缘服组成带电体与人之间或不同相带电体之间的横向绝缘防护，避免因人体动作幅度过大造成相间短路或相对地短路。该作业方法主要优势在于不受交通和地形条件的限制，缺点在于完全依赖人力操作，操作难度大，作业人员劳动强度高，工作效率低。

二、传统套筒操作杆存在的问题

传统套筒操作杆将套筒安装在绝缘操作杆前端，通过人力旋转操作杆带动前端的套筒扳手，转动螺栓完成如并沟线夹的拆装等作业。由于绝缘操作杆较长，人力转动扳手扭矩不足，操作费力且无法保证螺栓固定紧固，存在一定的安全隐患。此外，在登杆作业时，作业人员的活动空间受限，需进行螺栓紧固或拆除作业的地点可能离作业人员较远。若作业点与作业人员不在同一垂线上，此时使用傳统套筒扳手作业，套筒与螺栓成一定角度，难以对准，操作更加困难。

三、改进方法

图1 初始设计方案

图2 最终设计方案 图3 实物照片

（一）智能套筒操作杆的设计与实现。（1）绝缘操作杆与电动套筒扳手的固定。绝缘操作杆与电动套筒扳手的结合，需考虑以下几个方面：1） 不影响绝缘工作性能；2） 合理设计模块重量分布，避免操作时晃动过大；3） 合理分配模块设计外形，保证视线良好；4） 具有可拓展性，功能可拓展。最终设计实现：1） 结合部件角度可调，电动套筒扳手可与操作杆成一定角度，适应更多作业环境，工具使用更加灵活；2） 中轴一线设计，保证重心，避免晃动过大；3） 模块小型化设计，合理布局，减少对操作人员视线的遮挡；4） 高性能轻重量的电机和电池选型，控制总重量，便于操作。

（2）电动套筒扳手的控制。1）采用2.4G无线通信遥控，实现对电动套筒扳手的实时遥控；2）高耐压电路设计技术，保障电动套筒扳手的正常工作；3）国家安全无线频段选择及技术应用，保障电动套筒扳手在强电磁场干扰下的正常工作；4）通用电子模块设计，保证通用性；5）嵌入式系统设计，采集显示相关数据和信息；6）友好的界面，操作人员可带绝缘手套进行操作。

图4 控制系统结构图

（二）智能套筒操作杆的技术指标。（1）电动套筒扳手技术指标。最大扭矩：250 Nm；空载转速：0～2200 rpm；冲击次数：0～3200 ipm；夹头：1/2英寸 四方头；电池：18V / 2.0Ah（锂电池）。（2）遥控端技术指标。采用蓝牙通信模块，通信距离可达100米，操作终端反应时间小于0.05秒。提供LCD屏进行UI交互，具有按键可控制功能，并提供语音模块通知用户。具有用户身份识别模块，必须具有权限才可进行操作。（3）受控端技术指标。采用蓝牙通信模块与遥控终端进行通信，通过协议获取指令。主控芯片直接控制电机，驱动电动工具工作。（4）芯片级技术指标。主控芯片采用STM32F103RBT6，最高72MHZ工作频率，在存储器的0的等待周期访问时可达1.25DMisp。程序加密防破解。自带低功耗管理及数模转换功能。

主控芯片通过串口直接与蓝牙模块HC-05进行数据通信与控制，通过IO接口口直接控制LCD屏的显示。

主控芯片自带电源控制，对系统待机时自动启动低功耗模式。带电时间可达7天以上。

（三）智能套筒操作杆的功能特点。（1） 将电动套筒扳手加入到绝缘操作杆作业法工具中，代替传统工具的人力操作，显著提升作业效率；（2）电动套筒扳手扭矩大，螺栓固定更加紧固，提高线路安全性；（3）通过无线遥控电动工具，解决了电机控制和操作人员的绝缘安全问题；（4）通过可旋转的连接头，电动工具可以与操作杆固定成一定角度，适用各种操作环境，具有更强的操作灵活性；（5）通过使用高性能的电机和电池，在保证电动套筒扳手出力的情况下，将系统总重量保持在了一个合适的范围内；（6）通过结构设计，保证了工器具重心稳定和操作人员视野良好。

在实际测试过程中，使用智能套筒操作杆登杆进行异型并沟线夹的安装和拆卸工作，只需几秒种就能旋紧或松开一根螺栓，相比传统套筒操作杆需要1分钟左右的操作时间，大大提高了作业效率，且降低了作业难度和作业人员的体力负担。此外，用智能套筒操作杆旋紧的螺栓，难以用传统套筒操作杆拆除，螺栓固定更加紧固，提高了线路安全性。

四、结束语

10kV 线路的带电作业还需不断在工器具和作业方式上创新、创造，使该项作业不断得到改进和完善，确保在实际生产工作中安全、高效地开展。

智能套筒操作杆的研发与应用，可以有效降低作业人员的劳动强度和操作难度，提高工作效率和线路安全性。其设计思路可以进一步推广到其他电动工具上，应用到更广泛的场景中。此外，可以在设备上加装摄像头采集工作近况视频，近距离观察操作点；可在系统中加入带电操作安全标示，如：佩戴作业高度指示器，可自动识别安全高度；加装报警装置，靠近高压线安全距离时自动报警等等。通过设备终端采集操作大数据，根据长期数据可得出带电作业适宜标准，扭力对金具的使用寿命影响等等。

综上所述，带电作业工器具还有很大的提升空间，随着智能套筒操作杆推广与应用，将使智能化的电动工器具在电力带电作业上得到更大的应用。

参考文献：

[1] 胡毅.配电线路带电作业技术[M] .中国电力出版社，2002.

[2] 刘夏清，龚政雄，牛捷.带电作业发展现状与未来思考[J] .中国电业·技术，2012（11），477-480.