引言

目前,變電站電力設(shè)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(shè)備跳閘事故,嚴(yán)重威脅電力設(shè)備的安全運(yùn)行。因此,變電運(yùn)維人員在變電站設(shè)備巡視過程中一旦發(fā)現(xiàn)電力設(shè)備上存在雜物,需要立即對(duì)其進(jìn)行清理。

1研制背景

在變電運(yùn)維人員清理電力設(shè)備上的雜物時(shí),經(jīng)常使用驗(yàn)電筆或絕緣桿等安全工器具進(jìn)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(wù),給設(shè)備的安全運(yùn)行帶來隱患。因此,迫切需要研制一種帶觀察功能的電力設(shè)備雜物清除工具,彌補(bǔ)常規(guī)工器具的不足,提高雜物清理工作效率。該工具需簡(jiǎn)單輕便,應(yīng)用機(jī)械傳動(dòng)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(yùn)維人員的使用。

2設(shè)計(jì)方案

2.1研制目標(biāo)

2.1.1安全可靠性高

一種帶觀察功能的變電站電力設(shè)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(jī)械手控制單元外殼采用絕緣材料,機(jī)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(dòng)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(jī)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(shè)備雜物清除工具,需要由伸縮單元、主控單元、傳動(dòng)單元、機(jī)械手控制單元和機(jī)械手組成,各部件能夠?qū)崿F(xiàn)簡(jiǎn)單的拆卸和組裝,靈活可靠,各部件材料應(yīng)簡(jiǎn)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(xué)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(shè)備雜物清除工具,要求主控單元與傳動(dòng)桿的電氣控制靈敏可靠,機(jī)械手控制單元對(duì)機(jī)械手的電氣控制靈敏可靠,主控單元與機(jī)械手控制單元、觀察功能的設(shè)備通信正常,主控單元對(duì)各部件的控制靈活可靠,機(jī)械傳動(dòng)正常,其他照明等工具輔助性功能完善。

2.1.4現(xiàn)場(chǎng)適應(yīng)性強(qiáng)

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

2.2設(shè)計(jì)方案的確定

針對(duì)設(shè)定的研制目標(biāo)提出了多種方案,主要為機(jī)械傳動(dòng)控制夾取、機(jī)械電動(dòng)控制夾取、機(jī)械無線控制夾取等,但鑒于目前市場(chǎng)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(qǐng)了5位專家進(jìn)行可行性分析和評(píng)估打分,綜合了各方案的優(yōu)缺點(diǎn),確定了最終的方案為機(jī)械無線控制夾取,該方案具有安全可靠、拆裝方便、適用性強(qiáng)、便于推廣的優(yōu)點(diǎn),但制作水平較高,難度不小。不同方案的工具關(guān)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(shè)備雜物清除工具設(shè)計(jì)方案確定采用機(jī)械無線控制夾取方式,并繪制了設(shè)計(jì)圖（圖1）。根據(jù)該方案的配置對(duì)工具零部件進(jìn)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(dòng)伸縮桿、wi二Fi攝像頭、機(jī)械手控制元件和機(jī)械手組成。伸縮絕緣桿調(diào)節(jié)工具的高度和長(zhǎng)度,滿足不同的電力設(shè)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(jī)或平板支架,可以通過手機(jī)或平板APP對(duì)工具的主控單元進(jìn)行控制,同時(shí)通過wi二Fi攝像頭對(duì)工具的使用情況進(jìn)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(gè)帶wi二Fi功能的攝像頭,主控單元可以實(shí)現(xiàn)對(duì)wi二Fi攝像頭、LED照明小燈及傳動(dòng)伸縮桿的控制。主控單元通過擴(kuò)展無線wi二Fi控制插件對(duì)機(jī)械手控制單元建立無線通信,并通過機(jī)械手控制單元對(duì)機(jī)械手進(jìn)行操作,達(dá)到清除雜物的效果。傳動(dòng)伸縮桿是主控單元與機(jī)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(zhǎng)度,有利于調(diào)整到合適的雜物清除位置,同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)在機(jī)械手夾取雜物后將雜

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

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

圖.工具設(shè)計(jì)圖

圖1工具組裝圖

3應(yīng)用與測(cè)試

根據(jù)最終方案對(duì)各部件進(jìn)行設(shè)計(jì)安裝,并對(duì)該工具的部件進(jìn)行加工和優(yōu)化,加工的關(guān)鍵部位為伸縮絕緣桿及傳動(dòng)伸縮桿、機(jī)械手等連接部件。通過不斷改進(jìn)與三維動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì),制作了主控單元、機(jī)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(duì)機(jī)構(gòu)的機(jī)械特性、靈活性與可操作性進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證,結(jié)果如表2所示。

表1工具試驗(yàn)結(jié)果分析表

該工具已通過廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司的專業(yè)評(píng)審,該項(xiàng)目列入職工創(chuàng)新項(xiàng)目庫,并在2019年批準(zhǔn)出庫實(shí)施,同時(shí)向國家專利局申請(qǐng)了實(shí)用新型專利,目前已獲得專利授權(quán)。

該工具不僅可應(yīng)用于變電站內(nèi)的電力設(shè)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(yīng)用于各類高低壓配網(wǎng)、發(fā)電廠、用戶電力設(shè)備等方面的帶電雜物清除作業(yè)。另外,該工具還可應(yīng)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(diǎn)。

由于該工具主要采用機(jī)械無線控制夾取的控制方式,機(jī)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(duì)工具造成破壞或引起故障,并且需要定期對(duì)工具各部件進(jìn)行保養(yǎng)和檢查。

4創(chuàng)新與效益

4.1創(chuàng)新點(diǎn)(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(shè)備上的鳥窩、蜂窩、飄移物等雜物,無需電力設(shè)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(fèi)時(shí)費(fèi)力,而且清理不干凈,給電力設(shè)備安全運(yùn)行帶來隱患,通過自動(dòng)控制清除的方式,實(shí)現(xiàn)可靠抓取并清理雜物,簡(jiǎn)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(shí)現(xiàn)觀察功能,可以一邊觀察一邊進(jìn)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(shè)備故障風(fēng)險(xiǎn)。(4）該工具輕便、簡(jiǎn)單、便攜,方便拆卸,在機(jī)械手控制部分具有可拓展性,必要時(shí)可將機(jī)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(yīng)用非常廣泛。

4.2經(jīng)濟(jì)效益

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),某地區(qū)變電站每年平均發(fā)生20個(gè)設(shè)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(jì)算,假設(shè)單個(gè)設(shè)備間隔停電進(jìn)行雜物清除時(shí)間為15min,每年發(fā)生2次雜物清除事件,則每年單個(gè)設(shè)備間隔停電可以節(jié)省30min,設(shè)一條35kV線路平均負(fù)荷為7000kw,年供電量?jī)r(jià)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(shí)還減少停電時(shí)間、停電范圍,產(chǎn)生較大的經(jīng)濟(jì)效益。

5結(jié)語

一種帶觀察功能的變電站電力設(shè)備雜物清除工具的各項(xiàng)性能滿足設(shè)計(jì)及安全要求,能實(shí)現(xiàn)在電力設(shè)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(diǎn),大大提高了運(yùn)維人員清理雜物的工作效率,降低了設(shè)備運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn),具有較高的應(yīng)用價(jià)值,后續(xù)將進(jìn)一步在廣東電網(wǎng)各領(lǐng)域推廣。