一种带观察功能的变电站电力设备杂物清除工具的开发与使用

一种带观察功能的变电站电力设备杂物清除工具的开发与使用

陈延秋 1 魏映华 2

1. 广州供电局 广东广州 510000

2.广州市气象局 广东广州 510000

摘 要：针对当前变电站缺少专门的电力设备杂物清除工具的现状，设计研制了一种带观察功能的变电站电力设备杂物清除工具，能够快速、准确地清除电力设备上的杂物，提高了运维人员的工作效率，确保电力设备的可靠运行。

关键词：清除杂物；故障；控制；试验；观察功能；应用价值

引言

目前，变电站电力设备上经常筑有鸟窝、马蜂窝、飘挂异物等，极易造成接地短路，引发设备跳闸事故，严重威胁电力设备的安全运行。因此，变电运维人员在变电站设备巡视过程中一旦发现电力设备上存在杂物，需要立即对其进行清理。

1 研制背景

在变电运维人员清理电力设备上的杂物时，经常使用验电笔或绝缘杆等安全工器具进行清理。但是鸟窝、马蜂窝等杂物往往存在于位置较高的刀闸、横梁、支架等隐蔽部位，受到位置和观察角度的影响，常规工具难以完成清除任务，给设备的安全运行带来隐患。因此，迫切需要研制一种带观察功能的电力设备杂物清除工具，弥补常规工器具的不足，提高杂物清理工作效率。该工具需简单轻便，应用机械传动夹取原理，满足带电作业要求，并带有观察和照明防水功能，能便于变电站不同工作环境下运维人员的使用。

2 设计方案

2.1 研制目标

2.1.1 安全可靠性高

需要满足带电作业要求，工具伸缩单元部分采用绝缘伸缩杆或组合式绝缘杆，主控单元、机械手控制单元外壳采用绝缘材料，机械手采用塑料材料制作，清除工具绝缘杆能够承受足够的重量，与支架、传动部件、主控部件之间连接牢固可靠，电气控制功能完好，具有优良的机械特性。

2.1.2 轻巧、灵活、便携

需要由伸缩单元、主控单元、传动单元、机械手控制单元和机械手组成，各部件能够实现简单的拆卸和组装，灵活可靠，各部件材料应简单轻便，携带方便，工具使用符合人体工程力学原理。

2.1.3 电气控制灵敏

要求主控单元与传动杆的电气控制灵敏可靠，机械手控制单元对机械手的电气控制灵敏可靠，主控单元与机械手控制单元、观察功能的设备通信正常，主控单元对各部件的控制灵活可靠，机械传动正常，其他照明等工具辅助性功能完善。

2.1.4 现场适应性强

要求能广泛应用于不同电压等级的变电站中不同的设备，如：刀闸、断路器等电力设备和变电站支柱、横梁、构架等区域。能满足在台风、大雨等特殊天气和夜间条件下的清除工作，能达到提高运维人员清除效率，快速清理杂物的目的。

2.2 设计方案的确定

针对设定的研制目标提出了多种方案，主要为机械传动控制夹取、机械电动控制夹取、机械无线控制夹取等，但鉴于目前市场没有可以直接借鉴的产品，只能采用自行采购零部件组装的方法，综合分析了各方案的优缺点，确定了最终的方案为机械无线控制夹取的方式作为设计方向，该方案具有安全可靠、拆装方便、适用性强、便于推广的优点，但制作水平较高，难度不小。不同方案的工具关键工艺分析如表1所示。

表1 工具关键工艺分析

2.3 原理分析

最终设计方案确定采用机械无线控制夹取方式，并绘制了设计图（图1）。根据该方案的配置对工具零部件进行了采购，并完成了组装，如图1所示，

图1

整套清理工具主要融合无线操控技术、视频远程可视化技术、清理机构万向调节技术、机构传动技术、能源存储、安全隔离绝缘技术、多功能转动套筒及其部件组合而成的。使用该工具在进行异物清理时，还可通过高清无线摄像头对作业位置进行实时观察，提高精准度，大大减轻设备运维人员的工作量及工作难度，提高设备安全运行水平。

关键技术及部件介绍如下：

1、万向调节清理机构：万向机构是根据不同的环境和设备，并通过高清摄像头观察异物或飘挂物的形态，再通过无线遥控设备对机械爪机构张开角度进行遥控，可实现机械爪张开不同的角度（0°到180°），然后再对物体进行抓取。

2、传动机构：通过无线遥控设备对微型电机转速和角度进行控制，从而带动传动机构进行动作，并根据预先设计好的程序步骤进行转动，可实现机械机构的正转、反转、复位等动作。

3、多功能转动套筒及其部件：包含可转动套筒及抓手、扒钩、刷子、锯子等各类部件清理工具，各部件功能描述如下：

（1）抓手类部件：用于摘取临近带电设备区域中大块异物，适用于清理空间位置较大的场景。

（2）扒钩类部件：用于清理设备周围较小的缝隙中异物，适用于清理空间位置较小的场景。

（3）刷子类部件：用于对设备及构架等位置退色油漆时行补漆或添加划线等场景。

（4）锯子类部件：用于清理设备周围临近带电区域内树木等异物。

（5）扫除工具：用于清理各种设备表面的灰尘、杂物、异物。

3 应用与测试

根据最终方案对各部件进行设计安装，并对该工具的部件进行加工和优化，加工的关键部位为伸缩绝缘杆及传动伸缩杆、机械手等连接部件。通过不断改进与三维动态设计，制作了控单元、机械手控制单元的外壳，3D打印制作，最终完成了该杂物清除工具的制作，并在实际设备现场对机构的机械特性、灵活性与可操作性进行了试验验证，结果如表2所示。

表2 工具试验结果分析表

该工具不仅可应用于变电站内的电力设备、支架、横梁位置的鸟窝、马蜂窝、漂挂异物等杂物的清除，还可应用于各类高低压配网、发电厂、用户电力设备等方面的带电杂物清除作业。另外，该工具还可应用于其他任何需要杂物清除的地方，具有灵活、可靠、安全的优点。

4 创新与效益

4.1 创新点

（1）工具采用绝缘材料，满足带电作业要求，可以轻松清除带电设备上的鸟窝、蜂窝、飘挂物等杂物，无需电力设备停电处理，确保了供电可靠性。

（2）传统的人工使用绝缘工器具清理的方法，不但费时费力，而且清理不干净，给电力设备安全运行带来隐患，通过自动控制清除的方式，实现可靠抓取并清理杂物，简单快捷，清除面积大，清理效果好，提高了工作效率。

（3）该工具通过采用无线摄像头实现观察功能，可以一边观察一边进行工具的角度和位置调整，使得清除效果更加明显、有效，减少杂物可能引起的设备故障风险。

（4）该工具轻便、简单、便携，方便拆卸，在机械手控制部分具有可拓展性，必要时可将机械手控制部分拆下更换为其他带电处理部件、带电清扫部件等，在带电作业空间的应用非常广泛。

4.2 经济效益

按变电站发现杂物需要停电处理计算，假设单个设备间隔停电进行杂物清除时间为15 min，一条220 kV线路平均负荷为350MVA，则每次停电损失电量价值=350000×0.98×0.25×0.6=51450元，因此在使用该杂物清除工具后可节省大量人力物力，提升工作效率，同时还减少设备停电时间，产生较大的经济效益。

5 结语

本工具的各项性能满足设计及安全要求，能实现在电力设备上利用观察功能，快速清理杂物的目的。该工具具有安全可靠、轻便灵活、适用范围广等优点，大大提高了运维人员清理杂物的工作效率，降低了设备运行风险，具有较高的应用价值，后续可进一步在电网各领域推广。

［参考文献］

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[2] 昌国际，宋恒东，韩学春，等.新型绝缘拉杆快速接头的研制与应用[J].电力安全技术，2019，21（8）：65-67.

[3] 刘斌.新型便携式检修安全带挂架的研究与应用[J].电力安全技术，2018，20（4）：69-71.

作者简介：陈延秋（1983-3-20），男，汉族，广东潮州人，硕士研究生，高级工程师，主要从事变电设备运行维护相关工作。