一種帶觀察功能的變電站電力設(shè)備雜物清除工具的

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,嚴重威脅電力設(shè)備的安全運行。因此,變電運維人員在變電站設(shè)備巡視過程中一旦發(fā)現(xiàn)電力設(shè)備上存在雜物,需要立即對其進行清理。

1研制背景

在變電運維人員清理電力設(shè)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(shè)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(shè)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(shè)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(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(shè)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(shè)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(shè)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(shè)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(shè)備和變電站支柱、橫梁、構(gòu)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(shè)計方案的確定

針對設(shè)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(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)計方案確定采用機械無線控制夾取方式,并繪制了設(shè)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(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(shè)備上的雜物清理時,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(shè)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(shè)計安裝,并對該工具的部件進行加工和優(yōu)化,加工的關(guān)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(shè)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(gòu)的機械特性、靈活性與可操作性進行了試驗驗證,結(jié)果如表2所示。

表1工具試驗結(jié)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(quán)。

該工具不僅可應用于變電站內(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(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,不但費時費力,而且清理不干凈,給電力設(shè)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(shè)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(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算,假設(shè)單個設(shè)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(shè)備間隔停電可以節(jié)省30min,設(shè)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(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性能滿足設(shè)計及安全要求,能實現(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,大大提高了運維人員清理雜物的工作效率,降低了設(shè)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(lǐng)域推廣。