一种带观察功能的变电站电力设备杂物清除工具的

引言

目前,变电站电力设备上经常筑有鸟窝、马蜂窝等,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

一种带观察功能的变电站电力设备杂物清除工具,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

一种带观察功能的变电站电力设备杂物清除工具,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,工具整体重量控制在2kg以内,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

一种带观察功能的变电站电力设备杂物清除工具,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

一种带观察功能的变电站电力设备杂物清除工具,要求能广泛应用于110kV及以下电压等级的刀闸、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,职创小组邀请了5位专家进行可行性分析和评估打分,综合了各方案的优缺点,确定了最终的方案为机械无线控制夹取,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。

2.3原理分析

最终一种带观察功能的变电站电力设备杂物清除工具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2所示,该工具主要由伸缩绝缘杆、主控元件、传动伸缩杆、wi二Fi摄像头、机械手控制元件和机械手组成。伸缩绝缘杆调节工具的高度和长度,满足不同的电力设备或横梁、支架的位置要求。伸缩绝缘杆的手握端配置有手机或平板支架,可以通过手机或平板APP对工具的主控单元进行控制,同时通过wi二Fi摄像头对工具的使用情况进行观察,并接收wi二Fi摄像头的照片、视频等信息。伸缩绝缘杆的顶端为主控单元,主控单元上方配置一个带wi二Fi功能的摄像头,主控单元可以实现对wi二Fi摄像头、LED照明小灯及传动伸缩杆的控制。主控单元通过扩展无线wi二Fi控制插件对机械手控制单元建立无线通信,并通过机械手控制单元对机械手进行操作,达到清除杂物的效果。传动伸缩杆是主控单元与机械手控制单元的重要连接部分,其作用为增加或缩短杆架长度,有利于调整到合适的杂物清除位置,同时可以实现在机械手夹取杂物后将杂

物拖出,达到清除的目的。主控单元和机械手控制单元内部均由电路板、电源及小电机组成,是实现工具驱动和控制的核心部件。机械手是直接用于夹取和清除杂物的部件,主要通过电机的正反转控制分合夹取杂物。

当需要对变电站内电力设备上的杂物清理时,先调整伸缩绝缘杆到设备高度,然后通过伸缩绝缘杆手握端的手机或平板运行APP软件开启wi-Fi摄像头,对需要清理的杂物位置和角度进行观察,在准确对杂物进行定位后,通过APP软件控制传动伸缩杆伸到指定位置,然后控制机械手对杂物进行夹取和清除,在完成清除后可以通过摄像头对清除杂物的部位进行检查和确认,确保清除工作全部完成。

图.工具设计图

图1工具组装图

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,制作了主控单元、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,并在职创室中对机构的机械特性、灵活性与可操作性进行了试验验证,结果如表2所示。

表1工具试验结果分析表

该工具已通过广东电网有限责任公司的专业评审,该项目列入职工创新项目库,并在2019年批准出库实施,同时向国家专利局申请了实用新型专利,目前已获得专利授权。

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、漂移物体等的杂物清除,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。

由于该工具主要采用机械无线控制夹取的控制方式,机械手采用12V弱电控制电路,不能用于较大零部件及超过500g物体的夹取,也不能用力敲击物体,更不能作为支撑工具使用,避免对工具造成破坏或引起故障,并且需要定期对工具各部件进行保养和检查。

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、飘移物等杂物,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

据不完全统计,某地区变电站每年平均发生20个设备间隔异物需要停电处理的事件,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15min,每年发生2次杂物清除事件,则每年单个设备间隔停电可以节省30min,设一条35kV线路平均负荷为7000kw,年供电量价值=7000×0.5×20×0.6=42000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,同时还减少停电时间、停电范围,产生较大的经济效益。

5结语

一种带观察功能的变电站电力设备杂物清除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,后续将进一步在广东电网各领域推广。