基于无线遥控技术的配电网带电作业工具

张耀月

（兰州交通大学新能源与动力工程学院，甘肃 兰州 730070）

中低压配电网络复杂、配电设施密集且相间及对地距离较小，同杆高低压或多回架设较多，使带电作业范围非常狭小，作业时很容易造成触碰不同电位或其他带电设备。此外，由于配电网电压低，利用屏蔽服和导电手套直接接触带电体的等电位作业方式，极易发生短路造成人身伤害，因此，一般禁止等电位带电作业[1]。

目前，国内采用的配电线路带电作业有地电位法、中间电位法或等电位法，按照绝缘方式可分为直接作业法（绝缘手套作业法）和间接作业法（绝缘杆作业方法）[2-4]。在带电作业开展初期，由于个人安全防护用具的限制，间接作业法较为普遍，但也因为绝缘操作工具灵活性差、有效性不够、功能单一等因素，不能较好地实现作业意图和完成复杂的作业项目。随着绝缘服、绝缘手套、绝缘帽，特别是绝缘斗臂车、绝缘梯（或其他绝缘平台）的引入，直接作业法由于具有运用灵活、作业方便、劳动强度小、工艺质量好等优点，迅速被推广应用。但是，由于配电网不停电作业受人员作业思维、技能素质、线路结构等诸多因素影响，同时随着供电可靠性的提高和用户对连续供电的需求，现有带电作业法的局限性愈加凸显。因此，研制一种安全性更高和适应性更强的配网带电作业成套工具势在必行。

1 原理分析

1.1 工作原理

本文提出的无线遥控带电作业工具综合各类作业方法，并融入电动液压技术、不停电作业技术和遥控操作技术。由快速接头、绝缘油管、操作杆、辅助操作杆和遥控器组成，其中绝缘油管下端连接无线遥控液压泵，通过绝缘高压软管提供油压，快速接头联接顶部各种不同类型操作件，可实现各类不停电作业，有效解决了人工作业的缺陷和局限性，显著提高带电作业效率，提升带电作业技术水平，提高带电作业安全性。

多功能组合工具主要参数如表1所示。

表1 多功能组合成套工具参数表

1.2 无线通信技术分析

目前，使用较广泛的近距无线通信技术有蓝牙（Bluetooth）、无线局域网802.11（Wi-Fi）和红外数据传输（ⅠrDA）[5]。同时，还有ZigBee、超宽频（Ultra WideBand）、短距通信（NFC）、WiMedia、GPS、DECT、无线1394 和专用无线系统等发展潜力较大的通信技术[6]。

无线通信的干扰主要分为多址干扰、共道干扰以及码间串扰等3 大类。对无线通信自身而言，外界干扰只有在特定频带和调制方式时才会造成影响。跳频技术应用较早，其抗干扰效果较好，主要应用在微波、毫米波段等民用无线通信，引入自适应技术后抗干扰能力更加强大。

扩频技术。扩频技术可以把信号隐藏在噪声中，采用很宽的频带形成伪噪声通信，对窄带干扰具有很强的抗干扰能力。

快速跳频。快速跳频是针对中、低速跳频通信易受跟踪式干扰而出现的一种技术，它能有效对抗跟踪式干扰和转发式干扰，能消除宽带移动中多径效应造成的不利影响，大大降低数据传输的误码率。

多输入多输出技术（MⅠMO）。MⅠMO技术是近年来出现的一种新技术，通过多个发射天线在发射端传送信号，接收端使用多个接收天线接收信号，极大提高了通信容量。

虚拟智能天线技术。智能天线技术相对成熟，一个智能天线可以抑制多个方向的干扰信号，该技术的核心是多通道信号处理和交互。

软件无线电技术。该技术是通过网络加载实现各种通信功能，是各种电台互联互通的无线网关，是空中转信的多功能平台，可进行智能化通信与电子对抗。

综上所述，无线通信的难题不只是抗干扰信号处理，而是多元技术集成、综合抗干扰技术应用，无线信号交叉叠加，相互干扰，充分发挥各类通信技术的优势，扬长避短，比如，基于传输速度、距离、耗电量等特殊要求，或着眼于功能的扩充性，或符合某些单一应用的特别要求，或建立竞争技术的差异化等。

1.3 抗干扰技术分析

当前，采用的抗干扰技术主要有[7]：

利用屏蔽技术。采用电缆屏蔽，屏蔽层电导为每相导线芯电导的1/10及以下，且可靠接地。

利用接地技术。所有设备接地良好，地线直接接地或连接到变频器接地端子（PE）上。

利用滤波技术。利用进线电抗器降低谐波，对噪声敏感的运行环境，采用FⅠR滤波器减小辐射干扰。

选用磁环材料。磁环选用镍锌铁氧体或锰锌铁氧体材质，可以抑制频段较宽的干扰信号。

开关电源电磁干扰的抑制措施。开关电源电磁干扰分为传导干扰和辐射干扰2 种。传导干扰经电网传播，会对其他电子设备产生严重干扰。常用的抑制方法有缓冲器法、减少耦合路径法、减少寄生元件法等。辐射干扰又分为近场干扰（测量点与场源距离＜λ/σ）和远场干扰（测量点与场源距离＞λ/σ）（其中，λ为干扰电磁波波长）。根据电磁场理论，导体中的电流会在周围空间产生磁场，而磁场又产生电场[8]。干扰受开关频率影响，干扰的能量集中在离散的开关频率点上。通过将开关信号的能量调制分布在较宽的频带上，产生分立边频带，则干扰频谱可以展开，干扰能量被分成小份分布在这些分立频段上，以符合EMⅠ标准。

共模干扰抑制措施。传导干扰可分为共模（CM）干扰和常模（DM）干扰。主要抑制方法有优化电路元器件布置、延缓开关的通断时间、应用缓冲电路减小dv/dt等。

1.4 设计方案

研制不停电作业多功能组合成套工具，主要涉及动力机构、操作机构、连接件、操作件和遥控器等。

主绝缘材料采用环氧树脂材料，承力材料采用金属材质，接头金具采用合金材质，满足绝缘和强度需要。

综合考虑，为减小复杂电磁环境下对遥控信号有无干扰，如超高压、特高压线路等电磁场对配网带电作业的影响，该带电作业多功能组合工具选用高频锁码技术，以及双频互锁自动复核方案，并采用电磁屏蔽效果较好的铝合金材料作屏蔽体，将主要元器件屏蔽，达到防干扰和防误操作的目的，确保准确接收、传达作业人员的遥控指令，避免误、拒操作现象。同时，为减小外部扰动的影响，采用超外差无线接收模块进行电磁干扰屏蔽，应用积分分离PⅠD控制算法进行电流闭环控制。

采用高强度绝缘油管，配合无线遥控电动油泵，为所挂载的模块化操作件提供动能。

根据上述要求，分析不同工作形式和各类作业场所，完成带电作业多功能组合成套工具图纸设计。总体设计如图1所示。

图1 总设计图

2 成果分析

2.1 性能分析

按设计图纸加工制作，并在作业现场多次试用，根据试用情况进一步改进、完善，完成多功能组合成套工具加工制作。绝缘操作杆由快速接头、绝缘油管、操作杆、辅助操作杆及遥控器组成，其中绝缘油管下端连接无线遥控液压泵，通过绝缘高压软管提供动能，快速接头联接不同型号接头，用于不同作业场所。绝缘杆的承力部件采用铝合金材质，操作杆长度1.8 m，绝缘油管长度5 m，另配2 m可伸缩式辅助操作杆，如图2所示。

图2 多功能配电网作业工具效果图

2.1.1 绝缘软管

绝缘软管作为主要的连接机构，分别连接操作杆、电动液压油泵及遥控器，可随意调节长度。采用环氧树脂材料，具有良好的物理、化学性能，变形收缩率小、稳定性好、硬度高，柔韧性好[9]。

2.1.2 快速接头

快速接头安装在绝缘软管的顶端，用于连接压线钳、剪线钳、破拆器等带电作业操作件。

2.1.3 弹簧式金属快速接头

弹簧式接头安装在绝缘软管的底端，用于连接电动液压油泵。

2.1.4 带电作业操作件

操作件是多功能组合工具的核心部件，主要有电动压线钳、电动剪线钳、分体式螺母破拆器和冲孔工具等4类。

电动压线钳。采用高压油液压远方遥控操作方式，同时配置各种线夹压接模具。压接重力可达180 kN，压接尺寸为16～400 mm2，行程42 mm，自重1.6 kg，具有自动卸压、省时省力、安全可靠等优点。如图3所示。

图3 电动压接钳

电动剪线钳。采用液压远方遥控工作方式，剪切能力为275 kN，剪切范围为35～300 mm2钢芯铝绞线，自重1.5 kg。具有切口整齐、刀片可调换、高效耐用等特点。如图4所示。

图4 电动剪线钳

分体式螺母破拆器。最大出力294 kN，破切范围M10～M24 螺母，自重1.3 kg，采用液压遥控工作方式，破切头可360°旋转。具有操作灵活、高效耐用、安全可靠等特点。如图5所示。

图5 分体式螺母破拆器

冲孔工具。模具采用高碳钨合金，冲压出力392 kN、冲孔直径范围6.2～20.5 mm、喉深65 mm、行程62 mm，自重1.3 kg，适用于冲压3～12 mm 厚各种铝、铜板，具有单孔回油、一键复位、操作灵活、偏差率小、不易破损等特点，如图6所示。

图6 冲孔工具

2.2 安全性

对组合成套工具进行电气试验、机械试验和型式试验。型式试验在每个部件定型前逐一进行，各项试验均合格。按照规定[10]，对多功能组合工具进行整体工频耐压试验和机械试验。

工频耐压试验[11]。在绝缘配件（绝缘油管、绝缘作业杆）上施加工频耐压102.3 kV/1 min、试验距离为0.4 m，试验合格。

机械强度试验[12]。采用抽检检验，施加2.32 kN/5 min 重力，各部件无损伤、无变形及裂纹。抗拉、抗压、抗弯强度、抗剪切强度抗扭强度、抗冲击强度及弹性和弹性模量等主要指标均符合规定。

2.3 创新性

充分融合电动作业、液压动力和无线遥控技术，创新性提出绝缘操作杆作业法，利用主辅作业杆和不同类型操作件，实现各类不停电作业。

具有无线遥控功能，采用高频锁码技术及双频互锁自动复核方案，主要元件采用电磁屏蔽，可以消除超高压、特高压线路周围电磁场对附近配电网带电作业的影响。

2.4 实用性

2020年11月，选调4名具有带电作业资格的技师，开展10 kV 线路常规带电检修组合操作，在预定时间完成了所有工作任务。

从应用情况来看，本项目综合了现阶段国内10 kV 配电网绝缘杆作业法、绝缘手套作业与综合作业法的优点，同时融入电动液压技术、不停电作业技术和遥控操作技术，工具大小、重量适中，安全性、实用性、适用性、便携性、简便性等方面优势明显，功能齐全、应用可靠。项目应用后，提高了带电作业水平，提升了配网线路安全运行水平，提高了供电可靠性及企业经济效益，树立了供电企业良好形象。

2.5 效益分析

该工具采用液压动力系统和无线电动遥控技术，有效拓展配电网带电作业类型，尤其适合开展较为复杂的带电作业，减少线路重复停电。有效解决了传统手动和电动作业费时费力、安全风险高、作业场所局限大等“短板”[13]，提高了带电作业效率和安全性，扩大带电作业普及率，扩大了带电作业范围。

3 结束语

基于无线遥控技术的配电网带电作业工具充分利用无线通信技术，采用无线遥控操作完成常规带电作业，融合了绝缘杆作业法、绝缘手套作业和综合作业法的优点，融入电动液压技术、不停电作业技术和遥控操作技术，实现带电作业实用化、标准化、精益化。同时，针对市场多样化需求，创新提出各个部件矩阵模块化思路，建立了模块功能划分方法，实现功能模块化并与市场需求相互关联、相互联动。