一種用于狹長空間可伸縮式蓄電池測量工具的研制

云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司玉溪供電局 雷亞蘭 黃義琪 胡文娟 王文杰 李建東 朱坤華

1 引言

電網(wǎng)系統(tǒng)為各個(gè)領(lǐng)域提供核心支撐，電網(wǎng)系統(tǒng)的正常運(yùn)行離不開變電站一、二次設(shè)備的可靠運(yùn)行，而變電站直流蓄電池是否正常、可靠運(yùn)行，直接影響到二次設(shè)備保護(hù)動作的準(zhǔn)確性。2017年12月，某220kV變電站因系統(tǒng)發(fā)生接地故障后，引起接于該直流系統(tǒng)上的一、二次設(shè)備異常，無法正常運(yùn)行，同時(shí)某號蓄電池內(nèi)阻無窮大而開路，繼而引發(fā)斷路器拒動擴(kuò)大事故范圍。由此可見，保證直流蓄電池的安全、可靠運(yùn)行，是變電站工作人員的核心任務(wù)。由于變電站蓄電池柜光線不足，導(dǎo)致運(yùn)行人員手臂不便使用萬用表深入進(jìn)去測量蓄電池單只電壓，可能導(dǎo)致人員易誤碰、誤觸帶電的部位造成直流觸電風(fēng)險(xiǎn)。針對上述問題，研制了一種變電站測量蓄電池電壓的工具，解決光線不足、空間狹小、作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)等問題，較大提高測量變電站蓄電池電壓工作的速度、效率和安全性[1]。

2 現(xiàn)狀分析

變電站蓄電池屏柜，屏柜深度60cm，屏柜分為4層，每層緊密排列2～3排蓄電池。因?yàn)樾铍姵嘏帕胁贾迷?，蓄電池測量點(diǎn)空間狹長，且光線不足，運(yùn)行人員需要將手臂帶著萬用表筆伸入測量點(diǎn)進(jìn)行工作。狹窄昏暗的測量環(huán)境延長了尋找電池測量點(diǎn)的時(shí)間，進(jìn)而增加了整個(gè)維護(hù)工作的時(shí)間，同時(shí)狹窄的空間布滿帶電設(shè)備，對測量人員增加了觸電風(fēng)險(xiǎn)[2]。

2.1 光線分析

110kV某變電站直流蓄電池配置1組，該組蓄電池排列布置在蓄電池屏柜，屏柜深度60cm，一共2套屏柜（且屏柜只能打開前門，后門無法打開），每套屏柜分為4層，每層緊密排列2～3排蓄電池。因?yàn)樾铍姵嘏帕胁贾迷颍铍姵販y量點(diǎn)空間狹長，測量點(diǎn)與層頂?shù)木嚯x僅有10cm，每一層沒有獨(dú)立的光源，只能依靠自然光進(jìn)行采光，采光困難。密集蓄電池布置造成柜內(nèi)且光線不足。

圖1 提升變電站直流蓄電池運(yùn)維效率工具原理圖

圖2 未使用設(shè)計(jì)工具測量蓄電池時(shí)間分析圖

圖3 單層蓄電池柜刨面圖

圖4 提升變電站直流蓄電池運(yùn)維效率工具原理圖

2.2 耗時(shí)分析

由于屏柜空間狹長、光線不足，操作人員的視線受到阻礙，而把大量額外時(shí)間花費(fèi)在尋找蓄電池正負(fù)極測試點(diǎn)上，多組運(yùn)行人員對110kV某變電站內(nèi)直流蓄電池組開展單只電池電壓測量工作測試，通過上圖數(shù)據(jù)看出，測量整組17只蓄電池電壓平均花費(fèi)時(shí)間565.767s，而尋找測量點(diǎn)時(shí)間就平均花費(fèi)時(shí)間了336.4s，近乎占維護(hù)操作時(shí)間的60%。

2.3 風(fēng)險(xiǎn)分析

作業(yè)人員在變電站進(jìn)行蓄電池單只電壓測量作業(yè)任務(wù)時(shí)，因空間狹小，視線不佳，造成人員觸電。根據(jù)《中國南方電網(wǎng)公司作業(yè)危害辨識與風(fēng)險(xiǎn)評估技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》風(fēng)險(xiǎn)評估公式：風(fēng)險(xiǎn)值=后果（S）×暴露（E）×可能性（P）對蓄電池單只電壓測量的風(fēng)險(xiǎn)等級進(jìn)行評估，得出蓄電池單只電壓測量的風(fēng)險(xiǎn)值為25分，為低風(fēng)險(xiǎn)作業(yè)。

3 一種用于狹長空間可伸縮式蓄電池測量工具的研制

3.1 一種用于狹長空間可伸縮式蓄電池測量工具設(shè)計(jì)目標(biāo)

針對本課題需要解決由于屏柜空間狹長，導(dǎo)致光線不足而妨礙運(yùn)行人員的維護(hù)工作；降低不必要的工作耗時(shí)；此項(xiàng)維護(hù)工作存在人員觸電的風(fēng)險(xiǎn)的實(shí)際問題，筆者對每個(gè)維度進(jìn)行分析改善。關(guān)于蓄電池室光線存在不足的問題，可以從補(bǔ)光的角度來看，無論是更換蓄電池室燈管，還是增加照明線路，或者運(yùn)行人員自行攜帶手電筒，小組成員認(rèn)為此問題解決完成率達(dá)100%。關(guān)于蓄電池室光線存在不足的問題，可以從補(bǔ)光的角度來看，不管是更換蓄電池室燈管，抑或是增加照明線路，或者運(yùn)行人員自行攜帶手電筒，小組成員認(rèn)為此問題解決完成率達(dá)100%。此項(xiàng)工作流程可降低的時(shí)間為：T降=60%×80%=48%，則總時(shí)間則降為：T總=1-T降=52%，即總時(shí)間預(yù)測會降為52%。此項(xiàng)工作帶來的觸電風(fēng)險(xiǎn)主要是因?yàn)椴僮魅藛T在測量蓄電池時(shí)，手臂要伸入屏柜測量，導(dǎo)致操作人員可能手臂觸碰帶電設(shè)備。運(yùn)行人員只要手臂不伸入屏柜測量或者采用某種絕緣工具伸入測量，即可消除操作人員觸電風(fēng)險(xiǎn)。

小組成員對目標(biāo)可行性分析后，確定了此次課題的目標(biāo)：

一是解決光線不足的問題；二是縮減維護(hù)工作時(shí)間，將總時(shí)間降為原來的52%；三是消除觸電風(fēng)險(xiǎn)，使風(fēng)險(xiǎn)值降為0。

3.2 一種用于狹長空間可伸縮式蓄電池測量工具原理

一種用于狹長空間可伸縮式蓄電池測量工具由絕緣伸縮桿、補(bǔ)光探測頭和顯示器三大模塊組成。在進(jìn)行測量蓄電池電壓工作時(shí)，運(yùn)行人員將絕緣桿伸入蓄電池屏柜，測量表筆在探測燈補(bǔ)充光線環(huán)境下，同時(shí)利用顯示器傳輸?shù)奶綔y頭采集的柜內(nèi)畫面，順利找到蓄電池測量點(diǎn)，測量表筆通過專用導(dǎo)線接至萬用表而讀取數(shù)據(jù)[3]。

絕緣伸縮桿采用變電站規(guī)格為100cm長的0.4kV驗(yàn)電器伸縮絕緣桿，配置一個(gè)可拆卸的旋轉(zhuǎn)式轉(zhuǎn)頭，轉(zhuǎn)頭頂上有固定探測燈的塑料扣夾，轉(zhuǎn)頭中上部有凹槽，凹槽內(nèi)藏有固定表筆的鋼質(zhì)夾扣，配置可充電的帶探測燈的顯示器，探測燈與萬用表測量表筆使用夾扣固定在絕緣桿頭。絕緣桿可伸縮代替手臂伸入帶電柜內(nèi)，無死角測量，安全高效。桿頭配置探測燈夾扣和萬用表表筆夾扣用以固定，簡單有效。設(shè)計(jì)配置兩根規(guī)格相同的可伸縮式絕緣桿，絕緣桿有四節(jié)組成，單節(jié)長度為25cm，完全伸開長度可達(dá)100cm。

變電站蓄電池屏柜柜體深度為80cm，寬度為60cm，對角線最大距離為100cm，使用此絕緣桿可以對柜內(nèi)任何位置的蓄電池進(jìn)行測量，避免運(yùn)行人員手臂伸入帶電柜體內(nèi)，消除運(yùn)行人員觸電風(fēng)險(xiǎn)。絕緣桿電壓等級選擇0.4kV，對應(yīng)柜內(nèi)蓄電池電壓不超過240V，滿足安全需求。絕緣伸縮桿桿頭設(shè)計(jì)可裝拆式轉(zhuǎn)頭，可裝拆式方便轉(zhuǎn)頭或絕緣桿出現(xiàn)損壞時(shí)僅對其中一個(gè)部件進(jìn)行更換，經(jīng)濟(jì)環(huán)保，避免資源浪費(fèi)。轉(zhuǎn)頭頂上有固定探測燈的塑料扣夾，轉(zhuǎn)頭中上部有凹槽，凹槽內(nèi)藏有固定表筆的鋼質(zhì)夾扣。探測燈的夾扣使用塑料有彈性方便改變補(bǔ)光角度，對目標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行針對性照明。固定表筆的夾扣采用鋼質(zhì)對萬用表測量表筆進(jìn)行有效固定，保證在測量過程中表筆筆頭與測量點(diǎn)的有效接觸，從而保證測量的準(zhǔn)確性。

探測燈補(bǔ)充光源并傳輸影像給顯示器顯示，以便運(yùn)行人員通過顯示影響迅速定位測量點(diǎn)開展測量工作。探測燈采用照明強(qiáng)度為300lx，滿足光線補(bǔ)充要求，對測量點(diǎn)可以進(jìn)行充分照明，方便運(yùn)行人員在狹窄光線不足的環(huán)境下找到測量點(diǎn)，探測燈在進(jìn)行照明的同時(shí)，對燈頭環(huán)境進(jìn)行同步攝像，攝像內(nèi)容經(jīng)過數(shù)據(jù)連接線傳輸至顯示器。連接線采用長度為120cm的數(shù)據(jù)傳輸線，可對探測燈頭的攝像數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸。

顯示器顯示燈頭傳輸?shù)挠跋褫o助運(yùn)行人員，通過顯示影響迅速定位測量點(diǎn)開展測量工作。顯示器采用6.4英寸大小液晶顯示屏，大小滿足觀察需求，以便運(yùn)行人員通過顯示影響迅速定位測量點(diǎn)開展測量工作，大小適中方便攜帶和使用。顯示器單鍵操作，操作簡單方便。顯示器采用USB接口充電和數(shù)據(jù)傳輸，顯示器內(nèi)部配置3000mA大容量鋰電池，保證連續(xù)工作4h以上，保證工作效率不受電池電量不足影響。顯示器也為探測燈提供能源支持。

此設(shè)計(jì)工具滿足以下三個(gè)功能：一是絕緣桿帶著測量表筆很順利的就深入到蓄電池柜內(nèi)；二是探測燈補(bǔ)光和影像傳輸功能幫助找到正負(fù)極測量點(diǎn)；三是不需要運(yùn)行人員手臂伸進(jìn)去，避免了手臂觸電的風(fēng)險(xiǎn)。

3.3 一種用于狹長空間可伸縮式蓄電池測量工具優(yōu)點(diǎn)

經(jīng)濟(jì)性：裝置結(jié)構(gòu)簡單，材料易得，容易加工，成本較低。

操作性：當(dāng)運(yùn)行人員需要測量蓄電池電壓時(shí)，只需要打開顯示器，將伸縮絕緣桿帶表筆伸入蓄電池柜在顯示器的輔助下找到電池端頭即可測量，操作相對簡單。

圖5 一種用于狹長空間可伸縮式蓄電池測量工具實(shí)物圖

圖6 測量蓄電池電壓時(shí)間分析圖

圖7 測量蓄電池電壓耗時(shí)分析

圖8 測量蓄電池電壓風(fēng)險(xiǎn)評

美觀性：外觀簡單，美觀度一般。

后期維護(hù)：此種一種用于狹長空間可伸縮式蓄電池測量工具，各個(gè)連接部位比較簡單，相對易于生產(chǎn)，探測顯示器使用可用充電鋰電池，通用接口充電方便，后期維護(hù)比較簡單。

4 實(shí)作驗(yàn)證

運(yùn)行人員分別使用一種用于狹長空間可伸縮式蓄電池測量工具和使用此工具測量110kV某變電站蓄電池柜蓄電池單只電壓做對比實(shí)驗(yàn)。通過驗(yàn)證：一是探測燈的補(bǔ)光作用將狹長空間光線不足的問題解決，且在可以從顯示器找到測試點(diǎn)的優(yōu)勢下，測量蓄電池電壓尋找測量點(diǎn)時(shí)間降低93.4%；二是測量蓄電池電壓時(shí)間由之前的565.8s下降到237.9s，節(jié)約用時(shí)327.9s，改造后工作總耗時(shí)下降至42.1%；三是操作人不必伸手臂去屏柜里面測量蓄電池正負(fù)極電壓，而是用絕緣桿代替手臂伸入測量，也就不存在人員觸電的風(fēng)險(xiǎn)，故“暴露”取值為0，該項(xiàng)作業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)值也即為0，風(fēng)險(xiǎn)消除。

5 結(jié)語

本次研制的一種用于狹長空間可伸縮式蓄電池測量工具帶照明功能、帶顯示柜內(nèi)情況功能，能套用變電站0.4kV驗(yàn)電桿，攜帶、使用方便，操作安全性高，從而有效解決了蓄電池單只電池電壓測量困難甚至無法測量、工作效率低下的問題，消除了工作過程中存在的人身觸電風(fēng)險(xiǎn)，大大提高了工作的效率和安全性。

本次研制的一種用于狹長空間可伸縮式蓄電池測量工具做到了解決光線、節(jié)省時(shí)間、降低風(fēng)險(xiǎn)。為今后變電運(yùn)行用于狹長空間可伸縮式蓄電池測量工具設(shè)計(jì)和方法改良提供了新的思路。設(shè)計(jì)裝置可靠性需要進(jìn)一步提升，保證使用不出現(xiàn)裝置故障，功能失效等情況。怎樣進(jìn)一步提升變電站直流蓄電池運(yùn)維效率，需要做出進(jìn)一步研究。