引言

目前,變電站電力設備上經(jīng)常筑有鳥窩、馬蜂窩等,極易造成接地短路,引發(fā)設備跳閘事故,嚴重威脅電力設備的安全運行。因此,變電運維人員在變電站設備巡視過程中一旦發(fā)現(xiàn)電力設備上存在雜物,需要立即對其進行清理。

1研制背景

在變電運維人員清理電力設備上的雜物時,經(jīng)常使用驗電筆或絕緣桿等安全工器具進行清理。但是鳥窩、馬蜂窩等雜物往往存在于位置較高的刀閘、橫梁、支架等隱蔽部位,受到位置和觀察角度的影響,常規(guī)工具難以完成清除任務,給設備的安全運行帶來隱患。因此,迫切需要研制一種帶觀察功能的電力設備雜物清除工具,彌補常規(guī)工器具的不足,提高雜物清理工作效率。該工具需簡單輕便,應用機械傳動夾取原理,滿足帶電作業(yè)要求,并帶有觀察和照明防水功能,能便于變電站不同工作環(huán)境下運維人員的使用。

2設計方案

2.1研制目標

2.1.1安全可靠性高

一種帶觀察功能的變電站電力設備雜物清除工具,需要滿足帶電作業(yè)要求,工具伸縮單元部分采用絕緣伸縮桿或組合式絕緣桿,主控單元、機械手控制單元外殼采用絕緣材料,機械手采用塑料材料制作,清除工具絕緣桿能夠承受足夠的重量,與支架、傳動部件、主控部件之間連接牢固可靠,電氣控制功能完好,具有優(yōu)良的機械特性。

2.1.2輕巧、靈活、便攜

一種帶觀察功能的變電站電力設備雜物清除工具,需要由伸縮單元、主控單元、傳動單元、機械手控制單元和機械手組成,各部件能夠?qū)崿F(xiàn)簡單的拆卸和組裝,靈活可靠,各部件材料應簡單輕便,工具整體重量控制在2kg以內(nèi),攜帶方便,工具使用符合人體工程力學原理。

2.1.3電氣控制靈敏

一種帶觀察功能的變電站電力設備雜物清除工具,要求主控單元與傳動桿的電氣控制靈敏可靠,機械手控制單元對機械手的電氣控制靈敏可靠,主控單元與機械手控制單元、觀察功能的設備通信正常,主控單元對各部件的控制靈活可靠,機械傳動正常,其他照明等工具輔助性功能完善。

2.1.4現(xiàn)場適應性強

一種帶觀察功能的變電站電力設備雜物清除工具,要求能廣泛應用于110kV及以下電壓等級的刀閘、斷路器等電力設備和變電站支柱、橫梁、構架等區(qū)域,能滿足在臺風、大雨等特殊天氣和夜間條件下的清除工作,能達到提高運維人員清除效率,快速清理雜物的目的。

2.2設計方案的確定

針對設定的研制目標提出了多種方案,主要為機械傳動控制夾取、機械電動控制夾取、機械無線控制夾取等,但鑒于目前市場沒有可以直接借鑒的產(chǎn)品,只能采用自行采購零部件組裝的方法,職創(chuàng)小組邀請了5位專家進行可行性分析和評估打分,綜合了各方案的優(yōu)缺點,確定了最終的方案為機械無線控制夾取,該方案具有安全可靠、拆裝方便、適用性強、便于推廣的優(yōu)點,但制作水平較高,難度不小。不同方案的工具關鍵工藝分析如表1所示。

2.3原理分析

最終一種帶觀察功能的變電站電力設備雜物清除工具設計方案確定采用機械無線控制夾取方式,并繪制了設計圖（圖1）。根據(jù)該方案的配置對工具零部件進行了采購,并完成了組裝,如圖2所示,該工具主要由伸縮絕緣桿、主控元件、傳動伸縮桿、wi二Fi攝像頭、機械手控制元件和機械手組成。伸縮絕緣桿調(diào)節(jié)工具的高度和長度,滿足不同的電力設備或橫梁、支架的位置要求。伸縮絕緣桿的手握端配置有手機或平板支架,可以通過手機或平板APP對工具的主控單元進行控制,同時通過wi二Fi攝像頭對工具的使用情況進行觀察,并接收wi二Fi攝像頭的照片、視頻等信息。伸縮絕緣桿的頂端為主控單元,主控單元上方配置一個帶wi二Fi功能的攝像頭,主控單元可以實現(xiàn)對wi二Fi攝像頭、LED照明小燈及傳動伸縮桿的控制。主控單元通過擴展無線wi二Fi控制插件對機械手控制單元建立無線通信,并通過機械手控制單元對機械手進行操作,達到清除雜物的效果。傳動伸縮桿是主控單元與機械手控制單元的重要連接部分,其作用為增加或縮短桿架長度,有利于調(diào)整到合適的雜物清除位置,同時可以實現(xiàn)在機械手夾取雜物后將雜

物拖出,達到清除的目的。主控單元和機械手控制單元內(nèi)部均由電路板、電源及小電機組成,是實現(xiàn)工具驅(qū)動和控制的核心部件。機械手是直接用于夾取和清除雜物的部件,主要通過電機的正反轉(zhuǎn)控制分合夾取雜物。

當需要對變電站內(nèi)電力設備上的雜物清理時,先調(diào)整伸縮絕緣桿到設備高度,然后通過伸縮絕緣桿手握端的手機或平板運行APP軟件開啟wi-Fi攝像頭,對需要清理的雜物位置和角度進行觀察,在準確對雜物進行定位后,通過APP軟件控制傳動伸縮桿伸到指定位置,然后控制機械手對雜物進行夾取和清除,在完成清除后可以通過攝像頭對清除雜物的部位進行檢查和確認,確保清除工作全部完成。

圖.工具設計圖

圖1工具組裝圖

3應用與測試

根據(jù)最終方案對各部件進行設計安裝,并對該工具的部件進行加工和優(yōu)化,加工的關鍵部位為伸縮絕緣桿及傳動伸縮桿、機械手等連接部件。通過不斷改進與三維動態(tài)設計,制作了主控單元、機械手控制單元的外殼,3D打印制作,最終完成了該雜物清除工具的制作,并在職創(chuàng)室中對機構的機械特性、靈活性與可操作性進行了試驗驗證,結果如表2所示。

表1工具試驗結果分析表

該工具已通過廣東電網(wǎng)有限責任公司的專業(yè)評審,該項目列入職工創(chuàng)新項目庫,并在2019年批準出庫實施,同時向國家專利局申請了實用新型專利,目前已獲得專利授權。

該工具不僅可應用于變電站內(nèi)的電力設備、支架、橫梁位置的鳥窩、馬蜂窩、漂移物體等的雜物清除,還可應用于各類高低壓配網(wǎng)、發(fā)電廠、用戶電力設備等方面的帶電雜物清除作業(yè)。另外,該工具還可應用于其他任何需要雜物清除的地方,具有靈活、可靠、安全的優(yōu)點。

由于該工具主要采用機械無線控制夾取的控制方式,機械手采用12V弱電控制電路,不能用于較大零部件及超過500g物體的夾取,也不能用力敲擊物體,更不能作為支撐工具使用,避免對工具造成破壞或引起故障,并且需要定期對工具各部件進行保養(yǎng)和檢查。

4創(chuàng)新與效益

4.1創(chuàng)新點(1）工具采用絕緣材料,滿足帶電作業(yè)要求,可以輕松清除帶電設備上的鳥窩、蜂窩、飄移物等雜物,無需電力設備停電處理,確保了供電可靠性。(2）傳統(tǒng)的人工使用絕緣工器具清理的方法,不但費時費力,而且清理不干凈,給電力設備安全運行帶來隱患,通過自動控制清除的方式,實現(xiàn)可靠抓取并清理雜物,簡單快捷,清除面積大,清理效果好,提高了工作效率。(3）該工具通過采用無線攝像頭實現(xiàn)觀察功能,可以一邊觀察一邊進行工具的角度和位置調(diào)整,使得清除效果更加明顯、有效,減少雜物可能引起的設備故障風險。(4）該工具輕便、簡單、便攜,方便拆卸,在機械手控制部分具有可拓展性,必要時可將機械手控制部分拆下更換為其他帶電處理部件、帶電清掃部件等,在帶電作業(yè)空間的應用非常廣泛。

4.2經(jīng)濟效益

據(jù)不完全統(tǒng)計,某地區(qū)變電站每年平均發(fā)生20個設備間隔異物需要停電處理的事件,按變電站發(fā)現(xiàn)雜物需要停電處理計算,假設單個設備間隔停電進行雜物清除時間為15min,每年發(fā)生2次雜物清除事件,則每年單個設備間隔停電可以節(jié)省30min,設一條35kV線路平均負荷為7000kw,年供電量價值=7000×0.5×20×0.6=42000元,因此在使用該雜物清除工具后可節(jié)省大量人力物力,提升工作效率,同時還減少停電時間、停電范圍,產(chǎn)生較大的經(jīng)濟效益。

5結語

一種帶觀察功能的變電站電力設備雜物清除工具的各項性能滿足設計及安全要求,能實現(xiàn)在電力設備上利用觀察功能快速清理雜物的目的。該工具具有安全可靠、輕便靈活、適用范圍廣等優(yōu)點,大大提高了運維人員清理雜物的工作效率,降低了設備運行風險,具有較高的應用價值,后續(xù)將進一步在廣東電網(wǎng)各領域推廣。