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1研究背景

智能開關控制器可實現操控開關本體分合閘、檢查開關運行狀態及設定保護定值等功能。當線路或用戶發生單相接地故障或相間短路故障時,自動化主站會發出故障處理信號,柱上智能開關控制器控制智能開關自動切除故障,提高供電可靠性。但當用戶專線線路或多個分支線路進行停電檢修、線路改造,或者智能開關設備或通信出現故障時,配電自動化主站將無法實現對智能開關的遙控操作。

此時,需要人工旋轉智能開關控制器上的控制旋鈕實現開關本體分合閘及復位操作。此外,利用控制器觀測開關分合閘、儲能、異常、相間、接地、閉鎖等運行狀態指示及設定保護定值時,也需要專用的三角鑰匙人工松開檢查蓋上的三角螺栓,才能打開檢查蓋,以上三項操作均需操作人員在高空進行手動操作。

據統計,每年人工登桿操作智能開關控制器花費的人力、財力巨大,且人員高空作業容易產生疲勞,存在高空墜落的安全隱患。

2總體方案制定

本設計結合配電線路實際工作經驗,通過頭腦風暴集思廣益,對所要研制的多功能智能開關控制器操作裝置進行了綜合分析,一致認為需要在操作桿頂端安裝照明燈和支持無線傳輸的高清攝像頭,設計的關鍵是確定采用何種操作桿和操作頭。

本著安全可靠、操作簡單、高效便捷的原則,對長度固定操作桿一體式操作頭、長度固定操作桿可拆換式操作頭、可伸縮式操作桿一體式操作頭、可伸縮式操作桿可拆換式操作頭進行了比選。經過試驗對比發現,可伸縮式操作桿一體式操作頭,在安全性方面,可定位至所需高度,操作方便,體積小,攜帶方便,無觸電危險:在實用性方面,控制旋鈕和三角螺栓操作頭一體式,重量輕,節省時間:在經濟性方面,可根據不同高度伸縮定位,耗材少,造價成本較低。

3研制和試驗

免登桿多功能操作桿由操作桿本體和操作桿頭兩部分組成,其具體的設計圖如圖1所示。

圖1免登桿多功能操作桿設計圖

3.1操作桿本體部分

操作桿本體部分分為握柄、主操作桿、警示護環。其中,握柄制作成防滑空心絕緣握柄:主操作桿采用可伸縮式絕緣桿:警示護環選擇絕緣橡膠套確定安全警示線。

3.1.1握柄制作

在加工車間切割長約60cm、直徑為4cm的環氧樹脂套管,表面加裝塑料防滑套管,保證工作人員牢固抓握,在手柄底蓋處加裝黑色橡膠底蓋,實現牢固密封。為驗證握柄手持效果,隨機抽取5位不同身高、體重的成年男性,對握柄進行手握試驗。試驗結果表明,所選握柄尺寸具有良好的手握效果,能夠滿足大部分操作人員的握持要求。

3.1.2可伸縮式操作桿制作

首先,截取長度約為1.5m的三段環氧樹脂絕緣套管,將其銜接組裝,得到三節式可伸縮式主桿,長度約為4.5m,考慮操作人員的身高,總長度可達6m。其次,在絕緣套管未抽出一體時,將三節套管打孔,設計插銷式卡扣,使套管連為一體,防止三節套管自由旋轉。在內部絕緣套管抽出時,仿照雨傘設計彈出式卡扣,使套管連為一體,防止抽出套管部分自由旋轉。3.1.3警示護環制作

將內徑為4cm的黑色絕緣套,采用橡膠膠水粘合于握柄最下端以上60cm處,使之與主操作桿緊密接觸,作為安全警示線,由此警示護環制作完成。為驗證制作的橡膠護環警示效果,進行了模擬手握試驗,隨機抽取4人,每人握持10次,測量試驗者手握距離安全警示環(線）的距離。試驗結果表明,測試者隨機手握握柄時,距離橡膠警示環(線）的距離一般都不小于3cm,達到設計目標。

3.2操作桿頭部分

操作桿頭部分由一體式操作頭、攝像機、照明燈組成。其中,"U"型插入式操作頭、尺寸合適的三角螺栓操作頭是一體式操作頭的核心部件:攝像機選擇微型攝像頭固定于操作桿頂端:照明燈采用體積小、耗電低的貼片LED。

3.2.1"U"型控制旋鈕操作頭制作

為驗證"U"型操作頭操作過程中不會變形,現場采用操作桿試驗撥動控制旋鈕,操作完成后記錄"U"型頭兩撥動片的間距L,隨機抽取100組樣本數據,采用控制圖法進行分析。從控制圖分析可以得知,"U"型頭兩撥動片間距平均值為20.03mm,"U"型頭兩撥動片間距L范圍為19mm<L<22mm,滿足目標值(20±5）mm要求,并且具有良好的穩定性,說明"U"型頭未發生變形,采用鐵片材料制作的"U"型頭強度滿足實際操作要求。

3.2.2三角螺栓操作頭制作

仿照壁紙刀結構原理,在三角螺栓桿頭上安裝長度可調式"L"型拉鉤片,三角螺栓擰下后,將拉鉤片插入到外殼溝槽內往下輕輕一拉,即可將外殼打開。在擰緊三角螺栓時,在三角螺栓操作頭上加裝檢查蓋支撐擋片,方便操作頭擰緊三角螺栓。

3.2.3攝像機安裝

選擇微型攝像機通過支架固定于操作桿頭,將攝像機與手機無線連接,進行10組拍照和1min錄像試驗,每次拍照5張,錄像1min,攝像機能夠實時傳輸圖片和錄像畫面到手機上,拍攝畫面清晰無卡頓。

3.2.4照明燈安裝

將貼片式LED發光燈片嵌入操作桿套筒頂端,在操作桿頭邊緣打孔安裝開關,連接導線放置于中空操作桿內部,由于攝像機通過支架安裝在操作桿頭下端,因此不會對攝像機拍攝角度產生影響。

3.3整機組裝和試驗

在實訓室組裝完成了操作裝置,通過絕緣試驗后在現場進行應用,在戶外實訓模擬線路10kV實訓線#18分界開關控制器進行了100次操作試驗,試驗項目包括撥動控制旋鈕和打開檢查蓋三角螺栓,操作成功100次,成功率達到100%。可見,操作裝置連接組裝非常成功,使用方便,地面操作裝置完全可以取代登桿操作。采用登桿和地面操作兩種方式,完成相同的操作項目,登桿操作平均用時32min,地面操作用平均用時6min,節省時間81%,可靠方便,效果良好。

4結語

本設計結合日常自動化消缺工作,對轄區內56條架空線路上的分段聯絡開關控制器和分界開關控制器進行了地面操作,操作項目包括旋轉控制旋鈕、拆裝三角螺栓觀察狀態指示和核定保護定值三項內容。現場操作結果表明,利用研制的操作裝置現場完成了分界開關控制器和分段開關控制器的各類操作任務,操作簡單方便,成功率達到100%,圓滿完成設計目標。