滿建越 張建偉 高永強 辛國寶

（國網(wǎng)甘肅省電力公司武威供電公司，甘肅 武威 733000）

1 背景介紹

隨著科技的持續(xù)發(fā)展，10kV 配網(wǎng)帶電作業(yè)檢修水平已經(jīng)取得了長足的進步，其主要優(yōu)勢在于：①縮短停電時間：相比于其他檢修作業(yè)方式而言，配網(wǎng)帶電作業(yè)方法能夠大大縮短停電時間，減小線路檢修工作帶給居民生活以及工業(yè)生產(chǎn)的影響。同時，停電時間的縮短，也有助于減少電量的損失，可以節(jié)約更多電力能源；②縮短檢修時間：就一般線路的檢修工作而言,落實安全技術措施保障,是實施線路檢修的前提。不論是停電、送電，還是掛、拆接地線，都會耗費很多時間。就拿10kV 配網(wǎng)的檢修工作來說，停電檢修工作所耗費的平均時間大概在4 小時左右，檢修人員大概要5-8 人，需用的作業(yè)車至少兩臺。若是采用帶電作業(yè)方法進行檢修工作，所耗費的平均時間大概在2 小時左右，檢修人員只需配備3-5 人，需一臺作業(yè)車即可。雖然說帶電作業(yè)方法在早期的投入成本相對較高，但從長遠角度來說，帶電作業(yè)方法比停電作業(yè)方法在效率上更高，而且減少了人力物力的支出；③及時進行配網(wǎng)線路消缺：配網(wǎng)帶電作業(yè)方法具有方便、快速的特點，在發(fā)現(xiàn)設備故障時，作業(yè)人員不需要再像以前停電作業(yè)方法那般先通知沿線用戶做好停電準備，只需要及時利用絕緣防護工具對線路缺陷進行處理，就可以完成線路檢修工作，這不但提高了配網(wǎng)線路的搶修效率，減少了電量損失，同時還避免了很多不必要的麻煩。

近年來，配網(wǎng)帶電作業(yè)方法也呈現(xiàn)出多樣化特點，當前主要有以下四種帶電作業(yè)方法，其優(yōu)劣勢情況也各不相同，具體情況如下：

（1）絕緣桿作業(yè)法，是指作業(yè)人員與帶電體保持《電業(yè)安全工作規(guī)程》規(guī)定的安全距離，通過絕緣工器具進行作業(yè)的方式。絕緣桿作業(yè)方法既可在登桿作業(yè)中采用，也可在斗臂車的工作斗或其它絕緣平臺上采用。其優(yōu)勢在于作業(yè)絕緣工器具成本造價低、運輸攜帶及操作都較為簡便，而且作業(yè)不受地形限制，作業(yè)前的準備工作和作業(yè)過程中需要的人力較少，所以目前應用最為廣泛；其劣勢在于作業(yè)時對作業(yè)人員的技能水平要求較高，且需要攀爬登高作業(yè)，作業(yè)人員勞動強度大，存在一定的安全隱患。

（2）絕緣手套作業(yè)法，是指作業(yè)人員借助絕緣斗臂車或其它絕緣設施(人字梯、絕緣平臺等)與大地絕緣并直接接近帶電體，作業(yè)人員穿戴全套絕緣防護用具，與周圍物體保持絕緣隔離，通過絕緣手套對帶電體進行檢修和維護的作業(yè)方法。在配網(wǎng)線路的帶電作業(yè)中，不允許作業(yè)人員穿戴屏蔽服和導電手套，采用等電位方式進行作業(yè)，絕緣手套法也不應混淆為等電位作業(yè)法。絕緣手套作業(yè)法優(yōu)勢在于作業(yè)人員的勞動強度低，無需爬桿作業(yè)；其劣勢在于受地形限制較為嚴重，必須是斗臂車或者絕緣平臺能夠展開搭建的區(qū)域，否則無法作業(yè)，而且作業(yè)前期的準備工作較多，不但作業(yè)人員需要穿戴絕緣服，導線也需要使用大量的絕緣毯對導線進行遮蔽包裹，對于安全防護要求較高，所以作業(yè)效率一般。

（3）旁路作業(yè)法，是指在某段線路出現(xiàn)突發(fā)故障需要停電檢修或需要改造時, 使用旁路斷路器和旁路電纜等設備將客戶的負荷轉(zhuǎn)移之后再進行檢修或者改造工作，整個作業(yè)過程可實現(xiàn)“不限客戶一度電”。其優(yōu)勢在于可以進行復雜故障的檢修，而且作業(yè)安全性較高；劣勢在于作業(yè)前期準備工作較多，耗費人力物力較多。

（4）絕緣斗臂車機器人作業(yè)法，是指采用絕緣斗臂車搭載著智能機器人進行高空帶電作業(yè)的方法，其具有升空便利、機動性強、機械強度高、電氣絕緣性能好、作業(yè)安全性高等優(yōu)勢。其劣勢在于受地形限制較為嚴重，必須是斗臂車能夠到達的區(qū)域方可進行作業(yè)，而且對于作業(yè)人員操控設備的技巧要求較高。

以上四種作業(yè)方法優(yōu)劣勢各異，其中尤其以絕緣操作桿作業(yè)法應用最為廣泛，接下來我們將著重分析論述操作桿作業(yè)法所使用的工器具升級改造方案。

2 產(chǎn)品現(xiàn)狀

通過調(diào)研得知，目前廣泛使用的帶電作業(yè)工器具，由于結(jié)構(gòu)及制造工藝落后，存在著重量過重、運輸不便、功能單一、操控性及耐久性差等一系列問題，已經(jīng)無法完全滿足使用要求，所以急需研制一系列輕量化的帶電作業(yè)工器具，來有效改善配網(wǎng)帶電作業(yè)環(huán)境。我們從帶電作業(yè)工器具所存在的關鍵問題切入，引入輕質(zhì)高強的碳纖維復合材料，對帶電作業(yè)工器具進行全面的升級改造，引領國內(nèi)外帶電作業(yè)工器具的新一輪革新。

3 碳纖維復合材料應用

碳纖維復合材料具有重量輕（密度一般是1.6-2.1g/cm3，比許多金屬材料要輕，鋁的密度約為2.7g/cm3，鐵的密度約為7.8g/cm3）、強度高（抗拉強度一般在3500MPa 以上，是鋼的7-9倍）、抗紫外、耐磨、耐沖擊、耐腐蝕等特點，是一種可完美替代金屬的高性能復合材料。

3.1 碳纖維工器具研制（典型案例）

3.1.1 導線剝皮工具的改造

導線剝皮器是配網(wǎng)帶電作業(yè)中使用最頻繁的一種復雜帶電作業(yè)工器具，其重量約為7kg，進口產(chǎn)品最輕的也在5kg 以上。我們通過剖析該產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品重量占比較高的部件是主承力殼體和傳動齒輪，其分別采用鑄鐵和碳鋼材質(zhì)制作，所以我們使用碳纖維材料對其進行輕量化改造。

（1）剝皮器主承力殼體輕量化：主承力殼體（圖1）是剝皮器核心框架，在進行剝線作業(yè)時所產(chǎn)生的力全部作用在該結(jié)構(gòu)上，使用碳纖維復合材料對該結(jié)構(gòu)進行設計重造，在保證結(jié)構(gòu)使用強度的條件下，降低重量75%以上，而且重造后的碳纖維主承力殼體（圖2）還兼有外防護功能，既耐磨又抗沖擊。

圖1 鑄鐵主承力殼體

圖2 碳纖維主承力殼體

（2）錐齒輪傳動機構(gòu)輕量化：錐齒輪傳動機構(gòu)（圖3）使用錐齒輪做力的主要傳動裝置，我們使用C-C 復合材料對錐齒輪進行加工重造，所制成的C-C 復合材料齒輪（圖4）在滿足機械強度的同時達到了減重、耐磨的要求，整體重量相比傳統(tǒng)的碳鋼齒輪降低60%以上。

圖3 碳鋼錐齒輪傳動機構(gòu)

圖4 C-C 復合材料齒輪

3.1.2 碳纖維遮蔽罩工具改造

將原有的玻璃鋼與鋁合金相結(jié)合的遮蔽罩安裝工具（圖5），改造為碳纖維一體化工器具，使用碳纖維內(nèi)負壓發(fā)泡模壓成型工藝一體成型，發(fā)泡材料密度僅為0.5g/cm3，成品碳纖維遮蔽罩安裝工具（圖6）相比傳統(tǒng)的安裝工具重量降低60%以上。

圖5 玻璃鋼遮蔽罩安裝工具

圖6 碳纖維遮蔽罩安裝工具

3.2 碳纖維快速連接件研制

研制一種操作桿碳纖維連接件（圖7），代替?zhèn)鹘y(tǒng)的金屬螺紋連接件（圖8），不但重量輕（降低50%以上）、強度高，而且連接快速、質(zhì)量可靠。

圖7 碳纖維連接件

圖8 金屬螺紋連接件

3.3 碳纖維通用梅花頭研制

研制一種碳纖維通用梅花連接頭（圖9），實現(xiàn)一桿多用，大幅提升絕緣操作桿利用率，工器具采購成本降低40%以上。

圖9

4 結(jié)論

以上所論述的輕量化工器具僅僅是眾多帶電作業(yè)工器具的冰山一角，未來我們還將持續(xù)對碳纖維復合材料在配網(wǎng)帶電作業(yè)方面的應用進行深入的探索與研究，爭取全面實現(xiàn)帶電作業(yè)工器具的全復合化，不但可以有效減重，改善工器具在帶電作業(yè)時的操作靈活性，降低作業(yè)人員勞動強度，提高工作效率；而且還能實現(xiàn)工器具的全絕緣化，進一步提高作業(yè)人員的安全性，其研究應用意義重大，在10kV 配網(wǎng)帶電作業(yè)中能夠發(fā)揮巨大的作用。