1研究背景

智能开关控制器可实现操控开关本体分合闸、检查开关运行状态及设定保护定值等功能。当线路或用户发生单相接地故障或相间短路故障时,自动化主站会发出故障处理信号,柱上智能开关控制器控制智能开关自动切除故障,提高供电可靠性。但当用户专线线路或多个分支线路进行停电检修、线路改造,或者智能开关设备或通信出现故障时,配电自动化主站将无法实现对智能开关的遥控操作。

此时,需要人工旋转智能开关控制器上的控制旋钮实现开关本体分合闸及复位操作。此外,利用控制器观测开关分合闸、储能、异常、相间、接地、闭锁等运行状态指示及设定保护定值时,也需要专用的三角钥匙人工松开检查盖上的三角螺栓,才能打开检查盖,以上三项操作均需操作人员在高空进行手动操作。

据统计,每年人工登杆操作智能开关控制器花费的人力、财力巨大,且人员高空作业容易产生疲劳,存在高空坠落的安全隐患。

2总体方案制定

本设计结合配电线路实际工作经验,通过头脑风暴集思广益,对所要研制的多功能智能开关控制器操作装置进行了综合分析,一致认为需要在操作杆顶端安装照明灯和支持无线传输的高清摄像头,设计的关键是确定采用何种操作杆和操作头。

本着安全可靠、操作简单、高效便捷的原则,对长度固定操作杆一体式操作头、长度固定操作杆可拆换式操作头、可伸缩式操作杆一体式操作头、可伸缩式操作杆可拆换式操作头进行了比选。经过试验对比发现,可伸缩式操作杆一体式操作头,在安全性方面,可定位至所需高度,操作方便,体积小,携带方便,无触电危险:在实用性方面,控制旋钮和三角螺栓操作头一体式,重量轻,节省时间:在经济性方面,可根据不同高度伸缩定位,耗材少,造价成本较低。

3研制和试验

免登杆多功能操作杆由操作杆本体和操作杆头两部分组成,其具体的设计图如图1所示。

图1免登杆多功能操作杆设计图

3.1操作杆本体部分

操作杆本体部分分为握柄、主操作杆、警示护环。其中,握柄制作成防滑空心绝缘握柄:主操作杆采用可伸缩式绝缘杆:警示护环选择绝缘橡胶套确定安全警示线。

3.1.1握柄制作

在加工车间切割长约60cm、直径为4cm的环氧树脂套管,表面加装塑料防滑套管,保证工作人员牢固抓握,在手柄底盖处加装黑色橡胶底盖,实现牢固密封。为验证握柄手持效果,随机抽取5位不同身高、体重的成年男性,对握柄进行手握试验。试验结果表明,所选握柄尺寸具有良好的手握效果,能够满足大部分操作人员的握持要求。

3.1.2可伸缩式操作杆制作

首先,截取长度约为1.5m的三段环氧树脂绝缘套管,将其衔接组装,得到三节式可伸缩式主杆,长度约为4.5m,考虑操作人员的身高,总长度可达6m。其次,在绝缘套管未抽出一体时,将三节套管打孔,设计插销式卡扣,使套管连为一体,防止三节套管自由旋转。在内部绝缘套管抽出时,仿照雨伞设计弹出式卡扣,使套管连为一体,防止抽出套管部分自由旋转。3.1.3警示护环制作

将内径为4cm的黑色绝缘套,采用橡胶胶水粘合于握柄最下端以上60cm处,使之与主操作杆紧密接触,作为安全警示线,由此警示护环制作完成。为验证制作的橡胶护环警示效果,进行了模拟手握试验,随机抽取4人,每人握持10次,测量试验者手握距离安全警示环(线）的距离。试验结果表明,测试者随机手握握柄时,距离橡胶警示环(线）的距离一般都不小于3cm,达到设计目标。

3.2操作杆头部分

操作杆头部分由一体式操作头、摄像机、照明灯组成。其中,"U"型插入式操作头、尺寸合适的三角螺栓操作头是一体式操作头的核心部件:摄像机选择微型摄像头固定于操作杆顶端:照明灯采用体积小、耗电低的贴片LED。

3.2.1"U"型控制旋钮操作头制作

为验证"U"型操作头操作过程中不会变形,现场采用操作杆试验拨动控制旋钮,操作完成后记录"U"型头两拨动片的间距L,随机抽取100组样本数据,采用控制图法进行分析。从控制图分析可以得知,"U"型头两拨动片间距平均值为20.03mm,"U"型头两拨动片间距L范围为19mm<L<22mm,满足目标值(20±5）mm要求,并且具有良好的稳定性,说明"U"型头未发生变形,采用铁片材料制作的"U"型头强度满足实际操作要求。

3.2.2三角螺栓操作头制作

仿照壁纸刀结构原理,在三角螺栓杆头上安装长度可调式"L"型拉钩片,三角螺栓拧下后,将拉钩片插入到外壳沟槽内往下轻轻一拉,即可将外壳打开。在拧紧三角螺栓时,在三角螺栓操作头上加装检查盖支撑挡片,方便操作头拧紧三角螺栓。

3.2.3摄像机安装

选择微型摄像机通过支架固定于操作杆头,将摄像机与手机无线连接,进行10组拍照和1min录像试验,每次拍照5张,录像1min,摄像机能够实时传输图片和录像画面到手机上,拍摄画面清晰无卡顿。

3.2.4照明灯安装

将贴片式LED发光灯片嵌入操作杆套筒顶端,在操作杆头边缘打孔安装开关,连接导线放置于中空操作杆内部,由于摄像机通过支架安装在操作杆头下端,因此不会对摄像机拍摄角度产生影响。

3.3整机组装和试验

在实训室组装完成了操作装置,通过绝缘试验后在现场进行应用,在户外实训模拟线路10kV实训线#18分界开关控制器进行了100次操作试验,试验项目包括拨动控制旋钮和打开检查盖三角螺栓,操作成功100次,成功率达到100%。可见,操作装置连接组装非常成功,使用方便,地面操作装置完全可以取代登杆操作。采用登杆和地面操作两种方式,完成相同的操作项目,登杆操作平均用时32min,地面操作用平均用时6min,节省时间81%,可靠方便,效果良好。

4结语

本设计结合日常自动化消缺工作,对辖区内56条架空线路上的分段联络开关控制器和分界开关控制器进行了地面操作,操作项目包括旋转控制旋钮、拆装三角螺栓观察状态指示和核定保护定值三项内容。现场操作结果表明,利用研制的操作装置现场完成了分界开关控制器和分段开关控制器的各类操作任务,操作简单方便,成功率达到100%,圆满完成设计目标。