10 kV配电线路轻量电动化射枪操作杆的设计与应用.pdf

设计与分析Sheji yuFenxi10kV配电线路轻量电动化射枪操作杆的设计与应用白剑锋1雷冬云杨淼3喻晖陈涛4（1.国网湖南省电力有限公司技术技能培训中心，湖南长沙4 10 131；2.国网湖南省电力有限公司长沙供电公司，湖南长沙4 10 0 0 0；3.国网湖南省电力有限公司电力科学研究院，湖南长沙4 10 0 0 7；4.陕西泽川电力设备有限公司，陕西西安7 10 0 7 5)摘要：随着10 kV配电网供电可靠性要求的提高，不停电作业在配电网检修中的占比逐年增大。射枪式绝缘操作杆作为一种常用的不停电作业设备，在绝缘杆作业法中广泛使用。现分析了传统射枪操作杆在应用中普遍存在的杆身笨重、杆体较粗、旋转费劲等缺点，通过设计旋转电机、内置传动杆、加装电机离合器、改善伸缩手柄材质等方式，研制了一款10 kV配电线路轻量电动化射枪操作杆，实现了轻量化和电动化，达到了快捷方便的目的，有效提高了配网不停电作业的质效。关键词：射枪操作杆；10 kV配电线路；轻量化；电动化中图分类号：TM75D0l:10.19514/32-1628/tm.2023.20.010文献标志码：A文章编号：16 7 1-0 7 97(2 0 2 3)2 0-0 0 38-0 40引言10kV架空线路是配电网的重要电力设施，担负着区域供电的主要任务，由于其具有点多、线长、面广、受地理环境和气候影响的特点，容易遭受各种自然灾害和外力的伤害而受损，从而严重影响广大人民群众的正常生产和生活用电。为了提高供电可靠性，供电部门经常开展配网不停电作业以处理线路上的故障隐患 1-4 。在不停电作业项目中，绝缘杆作业法由于灵活高效得到了普遍使用。在绝缘杆作业法中使用最为广泛的是射枪式绝缘操作杆，常用于挂取遮蔽用具、固定导线、装拆线夹等操作 5-6 。随着配网不停电作业的要求不断提高，工程人员对操作杆进行了一系列的改进和创新。文献 7 研制了10 kV绝缘操作杆辅助操作装置，使得操作更省力、更简便。文献 8 采用高强度的航空用特种纤维结构层研制了特高压用轻型绝缘操作杆，提高了带电作业效率及安全性。文献 9 设计了一种多功能伸缩式绝缘操作杆，满足了多种应用场景和作业项目的需要。文献 10 设计了一种可折叠绝缘操作杆，实现了转轴转动连接两端绝缘操作杆，避免了使用过程中分段式绝缘操作杆容易从高处掉落的问题，提基金项目：国网湖南省电力有限公司科技项目（52 16 A-8220037)升了绝缘操作杆的便携性。文献 11 研制了绝缘导线握力操作杆，降低了检修过程中接地线挂接难度，提升了工作效率。文献 12 研制了可视化多功能操作杆，解决了作业位置较远、视线不佳等易造成操作杆使用不便的难题，提高了带电作业工作效率和安全水平。鉴于此，本文针对射枪式绝缘操作杆存在杆身笨重、杆体较粗、旋转费劲等缺点，导致作业过程中操作难度大、体力消耗高、工作效率低，设计了一种10kV配电线路射枪操作杆，实现了轻量化和电动化，达到了快捷方便的目的，从而提高了配网不停电作业的质效。1传统射枪操作杆的应用分析目前配网不停电作业方式主要有3种：绝缘杆作业法、绝缘手套作业法和综合不停电作业法。绝缘杆作业法作为带电作业的一种重要方式，其作业项目包括4 种简单作业项目、2 种复杂作业项目。6 种绝缘杆作业项目所使用的工器具皆为绝缘操作杆，其中使用类型最多的是射枪式绝缘操作杆。射枪操作杆主要用于绝缘遮蔽、拆搭引流线夹等操作，如图1所示。绝缘遮蔽时利用锁钩钩住横担绝缘遮蔽罩、针式绝缘子遮蔽罩或导线遮蔽罩，然后安装到相应装置，起到绝缘遮蔽的作用。在带电搭接引线作业时，将射枪式操作杆的挂钩端与引流线夹上的吊环螺栓连接，通过手动旋转射枪式操作杆带38机电信息2 0 2 3年第2 0 期总第7 16 期Sheji yu Fenxi设计与分析动吊环螺栓旋转，从而实现引流线夹与线路的紧固扭簧和分离。一方面，由于人力旋转时，吊环螺栓锁紧时的夹紧力是靠使用者手感来决定的，不同的使用者锁紧的力道不同，从而导致对引流线夹的夹紧力难以判断准确。当夹紧力较小时，容易造成引流线夹安装不稳定，引起电力故障；夹紧力较大时，又容易造成螺栓滑丝，给后续的稳定运行带来隐患。另一方面，传统射枪操作杆在杆外设有传动轴，用以带动挂钩开合动作，当需要通过人力旋转操作杆时，往往存在抓握直径过大的弊端，使得操作极为不便。挂钩旋转头第二滑槽卡套第二连接件主杆旋转轴第一滑槽连杆连杆杆壁第一连接件第一滑槽第一连接件手柄套底座电机手动旋转杆壁手柄套杆壁底座外置传动杆电机图1传统射枪操作杆演示图图2 装置整体设计图2车轻量电动化射枪操作杆的设计为了解决传统射枪操作杆在应用中存在的抓握直径过大、锁紧力道无标准、质量较重的难题，提出了一种10 kV配电线路轻量电动化射枪操作杆的设计。该装置摒弃了现有技术中需要工人旋转操作杆锁紧螺栓的方式，改用电机驱动挂钩旋转。其次，通过设置电机离合器，实现自动停止，能有效防止螺栓滑丝，且保证每次扭力一致。该装置改变了以往的传动轴外置方式，设计了内置电动转动轴，有效解决了抓握直径过大的问题；同时改善了伸缩手柄材质，从而降低了操作杆的质量。10kV配电线路轻量电动化射枪操作杆，主要包括主杆、上端挂钩、端部电机三部分。主杆是本设计的核心部分之一，其内部空腔，内同轴安装有旋转轴。主杆下端安装有电机，上端内通过轴承安装有旋转头，旋转头的端部伸出主杆，端部上铰接有与引流线夹上的吊环螺栓大小相匹配的旋转挂钩，详细如图2 所示。装置材质及相关参数如表1所示。2.1挂钩的开合设计挂钩的开合状态如图3所示，通过挂钩的开合能够实现物体的取放操作，详细设计如下：装置在旋转挂钩的铰接轴设置有扭簧，且具备挂钩开合角度限位装置，初始状态时，在限位装置与扭簧的作用下，挂钩与主杆垂直，此状态视为旋转挂钩的开状态。装置在主杆上安装有联动的卡套和手柄套，卡套滑动套装在主杆靠近挂钩的一端上，手柄套滑动套装在主杆靠近电机的一端上，卡套和手柄套通过设置在主杆内部的联动机构在轴向联动。当卡套沿主杆轴向且朝挂钩方向滑动时，旋转挂钩将会处于闭合状态。滑动后卡套部分伸出主杆，伸出长度与挂钩的长度相匹配，能够实现牢固地挂取物体。与此同时，在设计时主杆的杆壁上、手柄套与卡套的安装位置处沿轴向布设有第一滑槽和第二滑槽。第一滑槽和第二滑槽处于同一直线，且第一滑槽和第二滑槽内分别滑动连接有第一连接件和第二连机电信息2 0 2 3年第2 0 期总第7 16 期39设计与分析Sheji yuFenxi表1轻量电动化射枪操作杆材质明细表序号12345678910名称线夹卡套伸缩手柄套操作杆主体电机旋转杆伸拉连接轴挂钩及挂钩安装座旋转电机连接套轴承座旋转电机其余配件材质高强尼龙高强尼龙环氧绝缘管环氧杆环氧杆铝合金铝合金铝合金一总重量参数质量轻（密度约2.2 g/cm)吸水率低（0.3%）、绝缘性能良好绝缘性能、机械性能良好绝缘性能、机械性能良好强度高、重量轻、便于制作强度高、重量轻、便于制作强度高、重量轻、便于制作转速0 4 0 0 r/min可调，扭力330 Nm重量/kg0.650.10.780.30.040.060.010.061.50.43.9电动旋转电机驱动内置传动杆图4 内置传动杆示意图内的传动杆将电机的动力传给挂钩，即可实现挂钩(1)挂钩打开状态图3挂钩开合示意图接件，轴向布设的连杆一端通过第一连接件与手柄套固定连接，另一端通过第二连接件与卡套固定连接。第一滑槽和第二滑槽的长度与卡套沿主杆轴向滑动距离相匹配。2.2挂钩的旋转设计挂钩的旋转主要是为了能够实现对器件的旋转操作，常用于引流线夹中螺栓的松紧操作，详细设计如下：在主杆下端安装有电机，其扭力值0 330 Nm可调节，挂钩通过内置传动杆与电机相连，如图4 所示。同时在电机中搭载离合器，当扭力值达到预设值时，电机将会与挂钩旋转轴脱离，进行空转，以保护螺栓不会滑丝、保护电机不会过载损坏。本设计中的电机通过蓄电池供电，蓄电池与电机集成在底座内，底座与连杆连接。蓄电池采用容量为2 0 Ah的锂电池。当启动电机时，通过内置在主杆(2)挂钩闭合状态的旋转。当反向启动电机时，挂钩的旋转方向将会改变。3轻量电动化射枪操作杆的操作步骤轻量电动化射枪操作杆主要可以用来进行挂取引流线夹、绝缘遮蔽等操作。操作过程中主杆的电机一侧为手持侧,挂钩一侧为工作侧。本文以安装导线遮蔽罩和挂装引流线夹为例进行讲解。3.1安装导线遮蔽罩首先将挂钩扣住导线遮蔽罩的挂环，然后推动手柄套，通过连杆带动卡套部分滑出主杆，将挂钩从与主杆垂直的状态推动到与主杆平行的状态，即可锁住导线遮蔽罩的挂环。之后将导线遮蔽罩放到指定位置，收回手柄套，挂钩将会处于打开状态，如此即可解开遮蔽罩挂环与挂钩的连接。3.2挂挂装引流线夹首先将引流线夹的吊环穿在挂钩上，之后推动40机电信息2 0 2 3年第2 0 期总第7 16 期Sheji yu Fenxi设计与分析手柄套，使得挂钩处于闭合状态。然后使用者手握手持侧，利用主杆的长度将置于主杆端部的引流线夹挂在线路上。控制电机启动，电机带动挂钩旋转，从而带动吊环螺栓将引流线夹的夹头锁紧在线路上。最后回退手柄套，使得卡套滑回主杆，释放挂钩，挂钩在扭簧的作用下回位到打开状态。此时只需沿径向移动主杆，即可使得挂钩脱离吊环，如此即完成引流线夹的安装。4测试应用带电作业工具是比较精密的工具，参考GB13398一2008对带电作业用空心绝缘管的要求，对该装置开展了干态泄漏电流、受潮后泄漏电流、淋雨等电气特性试验，进行了弯曲、扭力、管材径向挤压等机械特性测试，测试情况显示轻量电动化射枪操作杆符合要求。2023年在国网湖南带电作业中心，分别采用传统射枪操作杆和轻量电动化射枪操作杆进行了现场应用测试，测试项目为“10 kV带电接空载电缆线路与架空线路连接项目”，应用情况如下：采用轻量电动化射枪操作杆完成该项目的时间约为4 5min，相比传统射枪操作杆要减少2 5%左右，轻量电动化射枪操作杆重量为3.9kg，抓握直径为3.8 cm，相比传统射枪操作杆重量减轻了5.8%，抓握直径减小了17.4%，该操作杆使用更为方便；同时，轻量电动化射枪操作杆采用电机驱动挂钩旋转，结合电机离合器，实现了螺栓的稳定旋转，可使引流线夹与线路快速紧固和分离，解决了引流线夹操作过程中夹装不稳、螺栓滑丝的难题。5结束语射枪操作杆在10 kV配电线路不停电作业中广泛使用，为了解决传统射枪式绝缘操作杆存在的杆身笨重、杆体较粗、旋转费劲等问题，本文设计了10kV配电线路轻量电动化射枪操作杆，解决了引流线夹的夹紧力难以准确判断的难题，既能确保引流线夹安装牢固，又能避免螺栓滑丝。同时，该装置有效解决了抓握直径过大和质量较重的问题，实现了轻量化和电动化，达到了快捷方便的目的。现场测试应用证明了该装置的可行性和有效性，该装置在配网不停电作业中的推广使用，能降低操作难度，减小体力消耗，提高配电网不停电作业的质效。参考文献1雷冬云，白剑锋，温智慧，等.基于无人机的10 kV架空配电线路漂浮异物清除装置设计J.湖南电力，2 0 2 0，4 0(5):78-81.2杨淼，隆晨海，周恒逸，等.湖南配网带电作业专业发展思路 J.湖南电力，2 0 2 0，4 0（3）：4 2-4 7.3张国清.10 kV接地线与绝缘操作杆连接装置及接地线盘J.农村电工,2 0 2 0,2 8（6)：2 7-2 8.4白剑锋，雷冬云，肖丽勇，等.复杂地形全方位模块化速装绝缘塔平台的设计与应用 J.湖南电力，2 0 2 2，4 2（4)：64-69.5刘小波，叶宇锋，何小剑，等.多功能操作杆的研究与应用J.电工技术,2 0 2 0（10：8 1-8 2.6张文杰，李牧，张弓达，等.长串复合绝缘子憎水性检测仪带电操作机构设计 J.高压电器，2 0 14，50（10）：7 0-7 2.7李菁，刘涛，鲁涛，等.10 kV绝缘操作杆辅助操作装置的研制 J.电子世界，2 0 2 0（19)：12 6-12 7.8吕强，王胜利，王伟.特高压用轻型绝缘操作杆的研制J.科学技术创新，2 0 2 0（36)：18 5-18 6.9李志刚，刘智辰，成先文，等.一种配网不停电作业用多功能伸缩式绝缘操作杆J.现代工业经济和信息化，2021,11(5):44-46.10】郑路攀，周佳钰.可折叠绝缘操作杆设计研究 J.电工材料,2 0 2 1(2):36-37.11】党广宇绝缘导线握力操作杆研制J.科技创新导报，2018,15(16):37-38.12郭昊，梅文建，甄朝晖，等.可视化多功能操作杆的研制J.电气开关，2 0 17，55（2)：14-16.收稿日期：2 0 2 3-0 7-0 3作者简介：白剑锋（1992 一），男，湖南株洲人，讲师，研究方向：输变电设备状态评估和故障预测。雷冬云（197 4 一），男，湖南耒阳人，高级工程师，国网公司技术专家，国家一级注册建造师，长沙理工大学客座教授，土8 0 0 kV复奉线、锦苏线项目经理、总工，国家电网公司科研项目“土8 0 0 kV特高压带电作业方法”项目负责人，研究方向：架空输电线路运行与检修。机电信息2 0 2 3年第2 0 期总第7 16 期4 1