高棟寅 岑彥

國網(wǎng)浙江慈溪市供電有限公司 浙江 寧波 315175

引言

柱上隔離開關(guān)是一種特殊開關(guān)，它主要是使用在電線桿上保障用電安全的一類安全開關(guān)，一般來說，柱上開關(guān)都是安裝在電桿上，它的主要作用就是用于隔離電路的高壓，是一種典型的戶外型隔離開關(guān)[1]。在實(shí)際中柱上開關(guān)安裝在離地4～5m的高處，余留的柱合孔直徑不超過5cm，從地面使用絕緣桿頭往上扣時(shí)很難一次準(zhǔn)確導(dǎo)入。同時(shí)在戶外也有多種自然條件的干擾，如不同角度光照不同，視野清晰度不同，柱上開關(guān)或長時(shí)間未拉合，經(jīng)風(fēng)吹雨打，閘刀接合部分生銹等。在這些條件的干擾下，多次的嘗試延長了工作時(shí)間，降低了工作效率，同時(shí)操作難度大大增加，耗費(fèi)大量的操作時(shí)間，延誤送電時(shí)間，降低供電可靠性。

目前，對(duì)于高空操作大多使用絕緣操作桿，絕緣操作桿是配電線路特別是架空線路中最常使用的絕緣操作工具。主要用于對(duì)線路上的斷路器、閘刀、桿刀以及自落熔絲等柱上設(shè)備進(jìn)行拉合操作。通常需要操作人員登桿至離柱上設(shè)備較近的高度后，再使用絕緣操作桿進(jìn)行操作，此時(shí)操作桿無須拉伸太長，操作比較輕便，操作桿頂部也不會(huì)晃動(dòng)，操作人員很容易將操作鉤環(huán)放至柱上設(shè)備孔位里面[2-3]。長期以來在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際作業(yè)中所使用的操作桿均為傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，功能和結(jié)構(gòu)都相當(dāng)單一。在實(shí)際的應(yīng)用中，特別是在特殊的生產(chǎn)環(huán)境（如光線不良、樹木遮擋等）下很難適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)的狀況，功能的發(fā)揮受到限制，而且稍有不慎容易影響操作穩(wěn)定性和準(zhǔn)備性，甚至引起誤操作。改良設(shè)計(jì)新型絕緣操作桿適應(yīng)多變的作業(yè)環(huán)境，提升作業(yè)效率日益顯得重要，并期待獲得更加普遍的應(yīng)用[4-5]。

鑒于此，本文設(shè)計(jì)并研制一款針對(duì)柱上開關(guān)拉合導(dǎo)入難的裝置，使其擁有多尺寸、多角度可轉(zhuǎn)換的絕緣桿頭推送能力，確保絕緣桿頭能夠快速準(zhǔn)確送入拉合桿孔中，提高拉合效率。操作桿采用可裝卸式設(shè)計(jì)，包括多節(jié)，各節(jié)通過螺旋接口銜接，配合引導(dǎo)模塊和多型號(hào)絕緣桿頭，實(shí)現(xiàn)開關(guān)的拉合功能，且保證工具能適用于不同的安裝位置、安裝方向、安裝高度等場(chǎng)景，利用該裝置能夠大大減少操作桿頂部晃動(dòng)現(xiàn)象，特別是大風(fēng)等惡劣天氣時(shí)的晃動(dòng)現(xiàn)象，還可以在一定程度上減輕操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，使操作時(shí)能夠方便操作人員將操作桿的掛鉤放入柱上設(shè)備孔位里，順利完成停送電工作。

1 裝置設(shè)計(jì)思路及技術(shù)難點(diǎn)

本文的研究從生產(chǎn)實(shí)際出發(fā)，從應(yīng)用需求著手設(shè)計(jì)研發(fā)，著重通過創(chuàng)新設(shè)計(jì)提升原有操作功能，研制一款針對(duì)柱上開關(guān)拉合導(dǎo)入難的裝置，是為了使操作人員能夠更簡(jiǎn)便、快速的使用絕緣桿對(duì)柱上開關(guān)進(jìn)行拉合操作，提高把絕緣桿頭送入拉合桿孔中的精準(zhǔn)度，從而實(shí)現(xiàn)工作效率的提升，減少工作人員的工作時(shí)間。該裝置應(yīng)從以下幾個(gè)方面開展：首先分析柱上開關(guān)拉合行程、多角度的光照、視野對(duì)拉合方式的影響。對(duì)柱上開關(guān)實(shí)地環(huán)境考察，收集柱上開關(guān)安裝高度，操作拉合的角度及方式，分析周圍環(huán)境對(duì)光照、視野的影響，如天氣的影響，周圍綠化的是否造成遮擋，是否有野生動(dòng)物的影響（如鳥類筑巢）。 接著研究柱上開關(guān)拉合裝置如何實(shí)現(xiàn)引導(dǎo)功能，這是關(guān)鍵，確保絕緣桿頭能夠精準(zhǔn)地找到拉合桿孔，并且快速準(zhǔn)確地將其送入拉合桿孔中，提高拉合效率。最后對(duì)絕緣桿的具體設(shè)計(jì)（如裝卸設(shè)計(jì)、拉合功能設(shè)計(jì)、實(shí)用性設(shè)計(jì)），操作桿采用可裝卸式設(shè)計(jì)，包括多節(jié)，各節(jié)通過方孔插接式連接，配合引導(dǎo)模塊和多型號(hào)絕緣桿頭，實(shí)現(xiàn)開關(guān)的拉合功能，且保證工具能適用于不同的安裝位置、安裝方向、安裝高度等場(chǎng)景，同時(shí)智能檢測(cè)拉合牢靠程度，確保安全。

為了能夠更好地解決項(xiàng)目背景中提出的問題，達(dá)到較好的實(shí)際效果，本文的設(shè)計(jì)方案將圍繞以下3個(gè)目標(biāo)進(jìn)行。

目標(biāo)一：設(shè)計(jì)出一種便攜式10kV絕緣操作桿輔助操作裝置，該裝置方便攜帶，無須每個(gè)電桿上端都要安裝，只需一件輔助裝置就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)柱上設(shè)備進(jìn)行操作。

目標(biāo)二：輔助裝置能夠牢固地安裝在電線桿上端，操作時(shí)可以為絕緣操作桿提供支撐、防止晃動(dòng)、減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，操作結(jié)束后便于從電線桿上端拆卸下來，方便下次使用。

目標(biāo)三：輔助裝置與絕緣操作桿之間既可以連接，又可以分離，連接時(shí)操作桿可以將輔助裝置固定在電線桿上端，分離后操作桿可以自由尋找操作孔位進(jìn)行操作。

針對(duì)這些目標(biāo)，面臨的主要問題是：

問題一：對(duì)于怎樣控制操作桿上方晃動(dòng)顯著的問題，為此可以在頂部布置一個(gè)給操作桿帶來支撐的位置。在獲得支撐的情況下，桿頂位置就會(huì)保持固定，同時(shí)還可以讓工作人員獲得便利，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度。不過需要考慮的是，對(duì)于該裝置設(shè)計(jì)為固定式或者移動(dòng)式，這是一個(gè)難題所在。通過查找文獻(xiàn)與實(shí)際考察，對(duì)兩種不同的模式展開對(duì)比研究。固定式：在使用前需要提前布置在電桿上方位置，同時(shí)與操作設(shè)備保持較小距離。在安裝后，可以給頂部帶來力的支撐，操作完成后裝置無法拆卸和運(yùn)動(dòng)，靈活性相對(duì)較差。移動(dòng)式：能夠非常靈便地進(jìn)行攜帶，假如碰到了不便操作的情況，或者天氣差，此時(shí)就可以通過該裝置來發(fā)揮作用。通過加長的操作桿可以將裝置安裝到更遠(yuǎn)的位置，在工作完成后取下來。為了明確最理想的方案，對(duì)兩種模式展開比較，得到相應(yīng)的優(yōu)缺點(diǎn)。具體為表1。

對(duì)兩種方案的可行性、操作難度、安全系數(shù)等展開全面的對(duì)比分析，最后決定運(yùn)用便攜式的方案。

問題二：考慮到便攜式裝置的設(shè)計(jì)與加工過程難度更大，所以必須要考慮到第二個(gè)問題，也就是怎么將其可靠的完成安裝。基于現(xiàn)有的資料可以發(fā)現(xiàn)，安裝到頂部的情況一般不會(huì)拆卸下來，而是進(jìn)行固定設(shè)置，而此次研究是為了得到一個(gè)便攜式裝置，在進(jìn)行操作前都需要將裝置進(jìn)行安裝，完成后取下來。這樣無須登桿就能夠可靠地安裝。不過這種裝置在市面上相當(dāng)少見，缺乏成品，需要專門進(jìn)行設(shè)計(jì)。

問題三：工作人員在不登桿的情況下怎樣將輔助裝置安裝在桿的頂部，裝置的功能就在于為桿的頂部帶來力的支撐，使得其上方減少晃動(dòng)，在提升效率的基礎(chǔ)上，也讓工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度得到緩解，所以需要將其布置在操作設(shè)備的附近位置。因?yàn)槿伺c安裝點(diǎn)距離遠(yuǎn)，所難以徒手安裝操作，需要借助絕緣操作桿來安裝，這樣就需要考慮到裝置和操作桿的一體連接問題。連接難度在于除了要位置連接，同時(shí)要符合操作的需要。保持固定性的同時(shí)，還要求安裝后操作桿與裝置獨(dú)立分離，只有分離后才能對(duì)相關(guān)設(shè)備進(jìn)行預(yù)期的操作。因此，操作桿與輔助裝置的連接方式問題同樣需要認(rèn)真考慮和設(shè)計(jì)。

2 工具實(shí)現(xiàn)

本文設(shè)計(jì)的便于導(dǎo)入柱上隔離開關(guān)拉合桿孔的絕緣桿，包括桿體以及設(shè)置在桿體的上端的操作頭，其中桿體采用了方孔插接式連接，避免了傳統(tǒng)絕緣操作桿螺紋連接式拆裝困難的劣勢(shì)，消除了安全的隱患，同時(shí)方孔插接式連接絕緣桿安裝簡(jiǎn)單，可靠性更高，攜帶方便，如圖1所示。

圖1 便于導(dǎo)入柱上隔離開關(guān)拉合桿孔的絕緣桿實(shí)物圖

操作頭包括主體以及轉(zhuǎn)動(dòng)連接在主體上的轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)軸遠(yuǎn)離主體的一端固定連接有限位凸起，轉(zhuǎn)軸固定連接有轉(zhuǎn)動(dòng)桿，轉(zhuǎn)動(dòng)桿設(shè)置在限位凸起和主體之間，轉(zhuǎn)動(dòng)桿設(shè)置有用于和拉合桿配合的插桿，插桿穿過轉(zhuǎn)動(dòng)桿并和轉(zhuǎn)動(dòng)桿滑動(dòng)連接，主體的一側(cè)設(shè)置有用于避讓插桿的避讓槽，避讓槽的槽底設(shè)置有磁鐵，插桿的一端和磁鐵抵接，插桿的另一端和轉(zhuǎn)動(dòng)桿遠(yuǎn)離主體的一側(cè)齊平，避讓槽內(nèi)設(shè)置有彈簧，轉(zhuǎn)動(dòng)桿和插桿之間通過第一彈簧連接，便于導(dǎo)入柱上隔離開關(guān)拉合桿孔的絕緣桿還包括用于將轉(zhuǎn)軸鎖死的鎖死機(jī)構(gòu)以及用于驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)裝置。

拉合桿沿水平向延伸，拉合桿的一端的上側(cè)設(shè)置有延伸板，延伸板上設(shè)置有拉合桿孔。通過上述設(shè)置，使得插桿能快速插入拉合桿孔，通過轉(zhuǎn)動(dòng)拉合桿來實(shí)現(xiàn)柱上隔離開關(guān)的開合閘。現(xiàn)有的柱上隔離開關(guān)處于合閘狀態(tài)時(shí)，拉合桿呈水平向延伸，拉桿的一端的上側(cè)設(shè)置有延伸板，延伸板上設(shè)置有拉合桿孔，拉合桿孔的上側(cè)設(shè)置有解鎖機(jī)構(gòu)，使用時(shí)，先將主體抵靠在拉合桿上，并使得轉(zhuǎn)軸抵靠在拉合桿上，此時(shí)拉合桿位于限位凸起和轉(zhuǎn)動(dòng)桿之間，限位凸起可防止拉合桿從轉(zhuǎn)軸的端部滑出，由于拉合桿的長度較大，地面人員容易看清并將轉(zhuǎn)軸抵靠在拉合桿上。地面人員手握桿體的下端，然后通過桿體驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)軸沿桿體向延伸板運(yùn)動(dòng)，直至轉(zhuǎn)軸和延伸板抵接，在驅(qū)動(dòng)裝置的作用下，轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)桿繞轉(zhuǎn)軸的軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，在這個(gè)過程中，轉(zhuǎn)動(dòng)桿帶動(dòng)插桿運(yùn)動(dòng)，而避讓槽用于避讓插桿，磁鐵和主體固定連接，所以當(dāng)插桿隨著轉(zhuǎn)動(dòng)桿運(yùn)動(dòng)時(shí)，插桿逐漸遠(yuǎn)離磁鐵，插桿和磁鐵之間的吸力越來越小，彈簧對(duì)插桿施加朝向拉合桿的力，即彈簧對(duì)插桿的力和磁鐵對(duì)插桿的力的方向相反，所以當(dāng)插桿和磁鐵之間的力小到一定程度時(shí)，插桿在彈簧的作用下向拉合桿運(yùn)動(dòng)并和拉合桿抵接，隨著驅(qū)動(dòng)裝置繼續(xù)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)桿轉(zhuǎn)動(dòng)，插桿向拉合桿孔靠近，當(dāng)插桿運(yùn)動(dòng)至拉合桿孔時(shí)，在彈簧的作用下，插桿遠(yuǎn)離主體并插入拉合桿孔內(nèi)，此時(shí)插桿已經(jīng)從避讓槽離開主體，鎖死機(jī)構(gòu)將轉(zhuǎn)軸鎖死，從而將轉(zhuǎn)動(dòng)桿、插桿和桿體的相對(duì)位置固定，此時(shí)可向上推動(dòng)解鎖機(jī)構(gòu)并使得拉合桿解鎖，然后繼續(xù)向上推動(dòng)桿體并轉(zhuǎn)動(dòng)拉合桿，從而實(shí)現(xiàn)開閘。

3 結(jié)束語

本文結(jié)合工程實(shí)際，研制出了一種10kV絕緣操作桿輔助操作裝置。該裝置可以實(shí)現(xiàn)操作人員在無法登桿時(shí)對(duì)柱上設(shè)備的操作，有效減少操作桿頂部的晃動(dòng)，便于操作人員快速找到操作孔位，提高操作效率，及時(shí)完成停送電工作，提高供電可靠性，同時(shí)還能減輕操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度。該輔助裝置便于攜帶，安裝和拆卸比較方便，無須大面積安裝，只需一個(gè)輔助裝置就能實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)10kV柱上設(shè)備的操作，具有較大的推廣應(yīng)用前景。