一种用于狭长空间可伸缩式蓄电池测量工具的研制

云南电网有限责任公司玉溪供电局 雷亚兰 黄义琪 胡文娟 王文杰 李建东 朱坤华

1 引言

电网系统为各个领域提供核心支撑，电网系统的正常运行离不开变电站一、二次设备的可靠运行，而变电站直流蓄电池是否正常、可靠运行，直接影响到二次设备保护动作的准确性。2017年12月，某220kV变电站因系统发生接地故障后，引起接于该直流系统上的一、二次设备异常，无法正常运行，同时某号蓄电池内阻无穷大而开路，继而引发断路器拒动扩大事故范围。由此可见，保证直流蓄电池的安全、可靠运行，是变电站工作人员的核心任务。由于变电站蓄电池柜光线不足，导致运行人员手臂不便使用万用表深入进去测量蓄电池单只电压，可能导致人员易误碰、误触带电的部位造成直流触电风险。针对上述问题，研制了一种变电站测量蓄电池电压的工具，解决光线不足、空间狭小、作业风险等问题，较大提高测量变电站蓄电池电压工作的速度、效率和安全性[1]。

2 现状分析

变电站蓄电池屏柜，屏柜深度60cm，屏柜分为4层，每层紧密排列2～3排蓄电池。因为蓄电池排列布置原因，蓄电池测量点空间狭长，且光线不足，运行人员需要将手臂带着万用表笔伸入测量点进行工作。狭窄昏暗的测量环境延长了寻找电池测量点的时间，进而增加了整个维护工作的时间，同时狭窄的空间布满带电设备，对测量人员增加了触电风险[2]。

2.1 光线分析

110kV某变电站直流蓄电池配置1组，该组蓄电池排列布置在蓄电池屏柜，屏柜深度60cm，一共2套屏柜（且屏柜只能打开前门，后门无法打开），每套屏柜分为4层，每层紧密排列2～3排蓄电池。因为蓄电池排列布置原因，蓄电池测量点空间狭长，测量点与层顶的距离仅有10cm，每一层没有独立的光源，只能依靠自然光进行采光，采光困难。密集蓄电池布置造成柜内且光线不足。

图1 提升变电站直流蓄电池运维效率工具原理图

图2 未使用设计工具测量蓄电池时间分析图

图3 单层蓄电池柜刨面图

图4 提升变电站直流蓄电池运维效率工具原理图

2.2 耗时分析

由于屏柜空间狭长、光线不足，操作人员的视线受到阻碍，而把大量额外时间花费在寻找蓄电池正负极测试点上，多组运行人员对110kV某变电站内直流蓄电池组开展单只电池电压测量工作测试，通过上图数据看出，测量整组17只蓄电池电压平均花费时间565.767s，而寻找测量点时间就平均花费时间了336.4s，近乎占维护操作时间的60%。

2.3 风险分析

作业人员在变电站进行蓄电池单只电压测量作业任务时，因空间狭小，视线不佳，造成人员触电。根据《中国南方电网公司作业危害辨识与风险评估技术标准》风险评估公式：风险值=后果（S）×暴露（E）×可能性（P）对蓄电池单只电压测量的风险等级进行评估，得出蓄电池单只电压测量的风险值为25分，为低风险作业。

3 一种用于狭长空间可伸缩式蓄电池测量工具的研制

3.1 一种用于狭长空间可伸缩式蓄电池测量工具设计目标

针对本课题需要解决由于屏柜空间狭长，导致光线不足而妨碍运行人员的维护工作；降低不必要的工作耗时；此项维护工作存在人员触电的风险的实际问题，笔者对每个维度进行分析改善。关于蓄电池室光线存在不足的问题，可以从补光的角度来看，无论是更换蓄电池室灯管，还是增加照明线路，或者运行人员自行携带手电筒，小组成员认为此问题解决完成率达100%。关于蓄电池室光线存在不足的问题，可以从补光的角度来看，不管是更换蓄电池室灯管，抑或是增加照明线路，或者运行人员自行携带手电筒，小组成员认为此问题解决完成率达100%。此项工作流程可降低的时间为：T降=60%×80%=48%，则总时间则降为：T总=1-T降=52%，即总时间预测会降为52%。此项工作带来的触电风险主要是因为操作人员在测量蓄电池时，手臂要伸入屏柜测量，导致操作人员可能手臂触碰带电设备。运行人员只要手臂不伸入屏柜测量或者采用某种绝缘工具伸入测量，即可消除操作人员触电风险。

小组成员对目标可行性分析后，确定了此次课题的目标：

一是解决光线不足的问题；二是缩减维护工作时间，将总时间降为原来的52%；三是消除触电风险，使风险值降为0。

3.2 一种用于狭长空间可伸缩式蓄电池测量工具原理

一种用于狭长空间可伸缩式蓄电池测量工具由绝缘伸缩杆、补光探测头和显示器三大模块组成。在进行测量蓄电池电压工作时，运行人员将绝缘杆伸入蓄电池屏柜，测量表笔在探测灯补充光线环境下，同时利用显示器传输的探测头采集的柜内画面，顺利找到蓄电池测量点，测量表笔通过专用导线接至万用表而读取数据[3]。

绝缘伸缩杆采用变电站规格为100cm长的0.4kV验电器伸缩绝缘杆，配置一个可拆卸的旋转式转头，转头顶上有固定探测灯的塑料扣夹，转头中上部有凹槽，凹槽内藏有固定表笔的钢质夹扣，配置可充电的带探测灯的显示器，探测灯与万用表测量表笔使用夹扣固定在绝缘杆头。绝缘杆可伸缩代替手臂伸入带电柜内，无死角测量，安全高效。杆头配置探测灯夹扣和万用表表笔夹扣用以固定，简单有效。设计配置两根规格相同的可伸缩式绝缘杆，绝缘杆有四节组成，单节长度为25cm，完全伸开长度可达100cm。

变电站蓄电池屏柜柜体深度为80cm，宽度为60cm，对角线最大距离为100cm，使用此绝缘杆可以对柜内任何位置的蓄电池进行测量，避免运行人员手臂伸入带电柜体内，消除运行人员触电风险。绝缘杆电压等级选择0.4kV，对应柜内蓄电池电压不超过240V，满足安全需求。绝缘伸缩杆杆头设计可装拆式转头，可装拆式方便转头或绝缘杆出现损坏时仅对其中一个部件进行更换，经济环保，避免资源浪费。转头顶上有固定探测灯的塑料扣夹，转头中上部有凹槽，凹槽内藏有固定表笔的钢质夹扣。探测灯的夹扣使用塑料有弹性方便改变补光角度，对目标点进行针对性照明。固定表笔的夹扣采用钢质对万用表测量表笔进行有效固定，保证在测量过程中表笔笔头与测量点的有效接触，从而保证测量的准确性。

探测灯补充光源并传输影像给显示器显示，以便运行人员通过显示影响迅速定位测量点开展测量工作。探测灯采用照明强度为300lx，满足光线补充要求，对测量点可以进行充分照明，方便运行人员在狭窄光线不足的环境下找到测量点，探测灯在进行照明的同时，对灯头环境进行同步摄像，摄像内容经过数据连接线传输至显示器。连接线采用长度为120cm的数据传输线，可对探测灯头的摄像数据进行传输。

显示器显示灯头传输的影像辅助运行人员，通过显示影响迅速定位测量点开展测量工作。显示器采用6.4英寸大小液晶显示屏，大小满足观察需求，以便运行人员通过显示影响迅速定位测量点开展测量工作，大小适中方便携带和使用。显示器单键操作，操作简单方便。显示器采用USB接口充电和数据传输，显示器内部配置3000mA大容量锂电池，保证连续工作4h以上，保证工作效率不受电池电量不足影响。显示器也为探测灯提供能源支持。

此设计工具满足以下三个功能：一是绝缘杆带着测量表笔很顺利的就深入到蓄电池柜内；二是探测灯补光和影像传输功能帮助找到正负极测量点；三是不需要运行人员手臂伸进去，避免了手臂触电的风险。

3.3 一种用于狭长空间可伸缩式蓄电池测量工具优点

经济性：装置结构简单，材料易得，容易加工，成本较低。

操作性：当运行人员需要测量蓄电池电压时，只需要打开显示器，将伸缩绝缘杆带表笔伸入蓄电池柜在显示器的辅助下找到电池端头即可测量，操作相对简单。

图5 一种用于狭长空间可伸缩式蓄电池测量工具实物图

图6 测量蓄电池电压时间分析图

图7 测量蓄电池电压耗时分析

图8 测量蓄电池电压风险评

美观性：外观简单，美观度一般。

后期维护：此种一种用于狭长空间可伸缩式蓄电池测量工具，各个连接部位比较简单，相对易于生产，探测显示器使用可用充电锂电池，通用接口充电方便，后期维护比较简单。

4 实作验证

运行人员分别使用一种用于狭长空间可伸缩式蓄电池测量工具和使用此工具测量110kV某变电站蓄电池柜蓄电池单只电压做对比实验。通过验证：一是探测灯的补光作用将狭长空间光线不足的问题解决，且在可以从显示器找到测试点的优势下，测量蓄电池电压寻找测量点时间降低93.4%；二是测量蓄电池电压时间由之前的565.8s下降到237.9s，节约用时327.9s，改造后工作总耗时下降至42.1%；三是操作人不必伸手臂去屏柜里面测量蓄电池正负极电压，而是用绝缘杆代替手臂伸入测量，也就不存在人员触电的风险，故“暴露”取值为0，该项作业的风险值也即为0，风险消除。

5 结语

本次研制的一种用于狭长空间可伸缩式蓄电池测量工具带照明功能、带显示柜内情况功能，能套用变电站0.4kV验电杆，携带、使用方便，操作安全性高，从而有效解决了蓄电池单只电池电压测量困难甚至无法测量、工作效率低下的问题，消除了工作过程中存在的人身触电风险，大大提高了工作的效率和安全性。

本次研制的一种用于狭长空间可伸缩式蓄电池测量工具做到了解决光线、节省时间、降低风险。为今后变电运行用于狭长空间可伸缩式蓄电池测量工具设计和方法改良提供了新的思路。设计装置可靠性需要进一步提升，保证使用不出现装置故障，功能失效等情况。怎样进一步提升变电站直流蓄电池运维效率，需要做出进一步研究。