便攜式高空帶電作業(yè)清掃器的研制

張 超，甘正功，宋 彪

蚌埠供電公司輸電運檢工區(qū)，安徽蚌埠，233000

蚌埠地區(qū)主要的輸電線路沿線受化工、礦山、水泥廠的煙塵污染影響較多，使得輸電線路上的絕緣子受到較嚴重的污染。而絕緣子是輸、變電設備的重要部件，絕緣子絕緣程度的好壞，直接影響著輸電和變電設備的安全運行，及時清掃污染嚴重的絕緣子，是輸、變電設備安全運行工作的一項重要任務[1]。

過去，對污染嚴重的絕緣子采取的辦法有帶電水沖洗、帶電氣吹和停電清掃等方法。雖然也收到了一定的效果，但由于輸電線路長、地形復雜、交通不便等原因，使得前二種方法在使用上受到了一定的限制。而采取停電清掃的方法，一則減少供電量；二則影響電網(wǎng)的穩(wěn)定運行，且與“能帶不?！钡脑瓌t相違背。鑒于這些情況，研制輕便可靠、工作效率高，且實用的絕緣子清掃方法成為電力線路工作者急需解決的問題。

1 課題的確定

為使工具輕便易行，減輕帶電作業(yè)人員勞動強度，提高勞動效率，蚌埠供電公司線路工區(qū)大膽提出了由汽油機作為動力的設想。在新課題提出后，絕緣傳動部分成為新課題的重點、難點。因為既要保證把動力傳輸?shù)剿㈩^上去，以保證絕緣子得到徹底清掃，又要絕對保證帶電人員的人身安全。為解決這個難題，線路工區(qū)有關人員翻閱了大量資料，集思廣益，并在局領導的關心和有關科室的支持下，最后提出采用絕緣操作桿作為傳動部分，即大絕緣桿作外管，小絕緣桿作傳動軸，用軸承作轉動。這樣，汽油機的動力由軟軸連接傳動到絕緣操作桿上，帶動清掃刷，使絕緣子得以清掃。

2 機械設計原理

2.1 動力的選用

為使選用的動力與實際清掃所需動力相匹配，蚌埠供電公司線路工區(qū)組織有關人員對更換下來的220 kV線路上整串污穢絕緣子在地面固定好后，用電動機帶動清掃刷進行實際清掃試驗。具體數(shù)據(jù)表1所示。

表1 電動機清掃實驗數(shù)據(jù)

通過上述清掃試驗得出：在轉速達到1 000 r/min時，可以將所有灰塵完全清除。考慮到在桿塔上清掃時，其清掃角度受到一定限制，清掃效果相應受到一定影響，故將其刷頭轉速確定為1 200 r/min左右。

根據(jù)測定的刷頭轉速，經(jīng)過考察最終決定采用肩背式汽油機作為動力，其外形尺寸為：250×250×350(mm)；整體重量控制在4.2 kg以內，其主要技術參數(shù)見表2。

通過比較，確定所選定的汽油機動力滿足實際清掃的要求。

2.2 傳動部分

汽油機動力輸出采用軟管輸出，軟管內部用軟軸傳動，兩頭采取螺絲口固定，一頭與汽油機動力輸出口連接，另一頭與絕緣傳動桿連接。絕緣傳動操作桿的傳動部分和刷頭結構如圖1。

表2 肩背式汽油機主要技術參數(shù)

圖1 絕緣傳動操作桿及刷頭結構圖

2.3 絕緣內桿機械強度的校核

絕緣內桿采用空心絕緣桿，其外徑為18.5 mm；內徑為14 mm；經(jīng)拉力試驗得出破壞拉斷力為8.22 kN；根據(jù)汽油機技術參數(shù)得出，其汽油機輸出功率即絕緣內桿的輸出功率為0.138 kW。

為了保證絕緣內桿能正常的工作，應使危險截面上最大工作切應力τmax不超過材料的許用切應力τ。所以,絕緣內桿扭轉時的強度條件為：

τmax=Tn/WP≤τ

(1)

式中：Tn為內力偶矩，同外力偶矩T相等，單位是N·m；WP為抗扭截面系數(shù)，單位是mm3；τ為許用切應力，單位是N/mm2或MPa。

外力偶矩T的計算公式：

T=9550·P/n

(2)

式中：P為軸所傳遞的功率，單位是kW；n為軸的轉速，單位是r/min。

根據(jù)平衡條件：Tn-T=0

Tn=T

(3)

空心絕緣桿的抗扭截面系數(shù)的計算公式：

WP=π·D3·(1-α4)/16

(4)

式中：D為空心絕緣桿的外徑，單位是mm；α=d/D，d為空心絕緣桿的內徑，單位是mm。

許用應力τ在靜荷載作用下，它與許用拉應力σ之間有如下關系：

τ=(0.5～0.6)·σ

(5)

式中：σ為許用拉應力，單位是N/mm2或MPa。

許用拉應力計算公式：

σ=σb/Kb=Fb/A/Kb

步驟3 建立目標回波訓練樣本集z1,z2,…,zL，對目標回波構造描述向量i，wi=1為標準SHNN-CAD，wi≠1為加權SHNN-CAD，根據(jù)式(8)、式(11)可得加權SHNN-CAD的NCM值αi和異常程度值pi，同理可得標準SHNN-CAD的NCM值為βi和異常程度值為pbi；

(6)

式中：σb為極限應力，單位是N/mm2或MPa；Fb為破壞拉斷力，單位是N；A為空心絕緣桿的凈面積，單位是mm2；Kb為安全系數(shù)，一般取5.0。

將已知數(shù)據(jù)分別代入(1)～(6)式中，計算得出有關數(shù)據(jù)：

σ=14.31 MPa

τ=7.15 MPa

TN=T=0.825 N·m

τmax=TN/WP=0.9694 MPa

τmax=0.9694 MPa<<τ=7.15 MPa

經(jīng)過上述驗算得出空心絕緣桿危險截面上最大工作應力τmax遠遠小于該材料的許用切應力τ，機械強度滿足要求[2]。

3 絕緣試驗耐壓標準

由于是帶電作業(yè)，保證人身安全是至關重要的，為此研究小組根據(jù)DL409-91中華人民共和國行業(yè)標準《電業(yè)安全工作規(guī)程》中“絕緣工具的試驗項目及標準”的規(guī)定選擇絕緣電氣試驗的數(shù)據(jù)(表3)。

表3 絕緣工具試驗標準

4 研 制

經(jīng)多次考察，最后確定與江蘇省揚中市江冠電器廠合作。由蚌埠供電公司線路工區(qū)負責圖紙的繪制，江冠電器廠負責加工。廠家初步加工完成后，經(jīng)過20多次改進和試驗，便攜式高空帶電作業(yè)清掃器終于獲得成功。

2001年1月12日上午，在蚌埠供電公司“線路培訓基地”進行了現(xiàn)場模擬清掃絕緣子試驗，從清掃效果看，得到大家的一致認可。

2001年4月13日，在110 kV東西563聯(lián)絡線路上進行實際操作和技術鑒定，參加鑒定的有蚌埠供電公司分管局長、生技科、安監(jiān)科等有關人員。從清掃效果看，所有灰塵均被清除，清掃一串110 kV絕緣子只需要5～7 min。

5 帶電作業(yè)清掃瓷瓶的方法和步驟

帶電清掃絕緣子的方法采用地電位法，其步驟如下：

(1)使用線路第二種工作票，并與調度聯(lián)系停用重合閘。(2)首先有一人登到需清掃的絕緣子串的橫擔上，并將絕緣傳動操作桿系上。(3)第二人身背汽油機登至與絕緣子串平行的位置，將絕緣傳動桿與汽油機的軟軸連接好，啟動汽油機。(4)橫擔上的工作人員將清掃刷用絕緣桿慢慢放下，由肩背汽油機操作人員依次清掃每片絕緣子。(5)一相工作結束移至另一相，逐相完成。(6)工作全部結束后，將絕緣傳動操作桿與軟軸拆開后依次系下。(7)與調度聯(lián)系恢復重合閘。

6 結束語

便攜式高空帶電作業(yè)清掃器自線路工區(qū)提出課題到研制完成，得到了蚌埠供電公司領導、生技科、修試工區(qū)的大力支持，經(jīng)過大家共同的努力，使該項課題獲得成功。該課題獲蚌埠供電局QC成果二等獎；獲安徽省電力公司供電企業(yè)QC成果一等獎。

參考文獻：

[1]章碧輝.輸電線路絕緣子優(yōu)化選擇的技術探討[J].中國科技信息，2010(18)：156-157

[2]范建斌，殷禹，張錦秀，等.復合絕緣子運行狀況評估方法[J].電網(wǎng)技術，2006，30(6)：24-27