一种便携式组合式多功能杖的研制
2023-06-08吴敌杨忠李巍李华鹏王鑫
吴敌 杨忠 李巍 李华鹏 王鑫
摘要：贵州省输配电线路多建于山地和乡寨之间，供电人员在山林乡寨中巡视线路存在诸多安全隐患。除此之外，电力人员进入山林乡寨巡视需要携带大量工器具，如验电器、砍伐树木的刀具、绝缘操作棒、测量工具以及医护用品等，增加了工作人员的外出工作负荷。为了减轻工作人员的外出工作负荷，提高工作效率，研制了一种便携式组合式多功能杖。该多功能杖具备以下功能：对10 kV设备进行验电；内置刀具可用于砍伐巡视通道和电力设备周围的树竹障；采用中空结构，可携带应急物品和卷尺等测量工具；杖身可用于探路、支撑或用作绝缘棒等。该多功能杖既可作为巡视探路杖，也可拆开分成多节，充当验电器、砍伐刀具和绝缘棒等不同工器具。
关键词：便携式；组合式；多功能；绝缘棒；10 kV验电器
中图分类号：TM755 文献标志码：A 文章编号：1671-0797（2023）11-0049-04
DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2023.11.013
0 引言
贵州省的地貌环境是多高原山地，输配电线路常常建于山地和乡寨之上[1]，这大大增加了供电人员开展巡视工作的难度。在山林乡寨中巡视线路，常遇到诸如蛇虫咬伤、巡视通道和电力设备周围长满杂草影响视线、地形复杂湿滑造成摔倒跌落以及在乡寨中被狗咬等安全隐患。除此之外，在山林乡寨巡视中常常需要完成多项工作，如对电力设备进行检测、现场对电力设备进行验电、砍伐存在安全隐患的树竹障以及用绝缘棒进行停送电或绝缘操作等。这就要求电力人员在进入山林乡寨巡视前携带大量工器具，如验电器、砍伐树木的刀具、绝缘操作棒、测量工具以及医护用品等。这些工器具不仅繁重不利于携带，而且大多数情况下容易被落下。当现场工作人员临时需要验电或者使用绝缘棒时却发现没有携带相应工器具，便只能原路折返，難免会影响工作进度和工作效率。
针对以上问题，研制了一种便携式组合式多功能杖。该多功能杖具备以下功能：能对10 kV电力设备进行验电；内置刀具可用于砍伐巡视通道和电力设备周围的树竹障和杂草；采用中空结构，可携带防虫喷雾、创可贴等应急物品和卷尺等测量工具；杖身可用于探路、支撑等。该多功能杖既可作为巡视探路杖，也可拆开分成多节，充当验电器、砍伐刀具和绝缘棒等不同工器具。因此，工作人员不用再携带大量繁重的作业工器具，同时也杜绝了漏带工器具的情形，减轻了工作人员的工作量，加快了工作进度，提高了工作效率。
1 便携式组合式多功能杖总体设计
1.1 绝缘材料的选择
便携式组合式多功能杖主要使用的材料为绝缘材料。现阶段，绝缘材料多种多样，主要有树脂、橡胶、大理石和玻璃等。在选择便携式组合式多功能杖的绝缘材料时，除考虑材料的绝缘性能外，还需考虑材料的其他性能，如重量要够轻，易于操作；硬度要够大，便于支撑；不宜过脆，以防摔断或者操作过程中受力断裂；防潮干燥性能要好，防止受潮导致设备导电。综合考虑以上材料性能需求，玻璃钢环氧树脂具有轻便、质地硬、不易碎裂和防潮等特点[2-3]，因此采用其作为便携式组合式多功能杖的主要材料。
1.2 总体设计
便携式多功能杖总体设计图如图1所示。
便携式多功能杖长1.6 m，宽0.15 m，整个设备由手柄、绝缘储物棒1、绝缘储物棒2、10 kV验电器和支撑端五部分组成。设备外壳除了连接处的螺口和螺牙为金属制品外，其他均为绝缘材料制作而成。该多功能杖的首端是绝缘储物棒1，长0.3 m，主要功能是存储防虫喷雾、创可贴等应急物品和卷尺等测量工具，同时也是砍伐刀具的手柄和绝缘操作棒的最末端。多功能杖中间段是绝缘储物棒2，整体长1 m，主要功能是存放砍伐刀具和绝缘操作棒的操作头，同时也是绝缘操作棒的主体部分。10 kV验电器部分长0.2 m，主要功能是对10 kV电力设备和线路进行验电。验电器的尾部连接着支撑端，支撑端长0.1 m，用于支撑地面，特别是泥泞湿滑的山路和乡村土路，同时也对10 kV验电器感应端起到保护作用。
2 便携式组合式多功能杖主要部分设计
2.1 绝缘储物棒1设计
绝缘储物棒1设计图如图2所示。
绝缘储物棒1为中空结构，主要用于储存防虫喷雾、创可贴等应急物品和卷尺等测量工具，同时也是砍伐刀具的手柄和绝缘操作棒的最末端。绝缘储物棒1与手柄的连接处是螺口，该螺口平时用于连接手柄，也可用于连接砍伐刀具，使绝缘储物棒1充当刀具的手柄，或者连接绝缘操作头，整体充当绝缘操作棒的最末端。绝缘储物棒1与绝缘储物棒2的连接处是螺牙，该螺牙下端仅连接绝缘储物棒2。
2.2 绝缘储物棒2设计
绝缘储物棒2设计图如图3所示。
绝缘储物棒2为中空结构，主要用于存放砍伐刀具和绝缘操作棒的操作头，绝缘储物棒2自身也是绝缘操作棒的主要组成部分。绝缘储物棒2与绝缘储物棒1的连接处是螺口，该螺口平时用于连接绝缘储物棒1；绝缘储物棒2与10 kV验电器的连接处是螺牙，平时用于连接10 kV验电器。将绝缘储物棒2作为绝缘操作棒使用时，可根据现场实际高度决定，将多节绝缘储物棒2相连接，再在末端接上带绝缘操作棒操作头的绝缘储物棒1，便构成了一根完整的绝缘操作棒。
砍伐刀具设计图如图4所示。
砍伐刀具的刀柄端为螺牙，用于连接绝缘储物棒1，刀身为铁制品，设计上采用电力运维常用的刀具规格，即刀宽为0.1 m，长为0.3 m。
绝缘操作棒操作头设计图如图5所示。
绝缘操作棒操作头整体均为金属材料所制，其左侧的螺牙用于连接绝缘储物棒1。操作头设计两个弯钩，弯钩1弯曲幅度大，且整体较厚重，易于勾住物体，使其不易掉落，适合将物体从地面套住送到电杆设备处，如将跌落式熔断器的活动端送上电杆并与跌落式熔断器进行组合；弯钩2弯曲幅度小，整体较为尖细，适合人在低处操作绝缘操作棒套住高处设备的操作环，如对高处设备的停送电操作。
2.3 10 kV验电器设计
10 kV验电器设计图如图6所示。
验电器右侧的螺口用于连接绝缘储物棒2。当对10 kV电力设备进行验电时，需要保持0.7 m的安全距离。而对处于电杆上的输配电线路或电力设备进行验电时，则可以根据实际高度连接多节绝缘储物棒2，以达到需求高度进行安全验电。验电器左侧连接着金属支撑端，支撑端除支撑作用外，主要用于保护验电器的金属接头不被损坏，在使用验电器时需将支撑端取下。验电器的表面设置一控制声光的按钮和一排并联的LED灯，声光按钮用于自检装置声光系统是否正常，LED灯是在检测到设备带电时起到警示作用。
10 kV验电器工作原理图如图7所示。
验电器的金属接头连接着铜片传感器，利用铜片传感器将10 kV线路的电场信号转换成一个电压信号，再用数模转换模块将采集到的电压模拟信号转换为数字信号并传入微机系统。当微机系统检测到电压信号时，则证明电力线路或电力设备带电，微机系统控制蜂鸣器发出警报，并闪烁LED灯。当按下声光按钮时，微机系统也控制LED灯闪烁和蜂鸣器报警，起到自检作用，检测声光系统是否正常，防止验电时出现差错造成人身事故。
3 便携式组合式多功能杖实验设计
3.1 10 kV验电器实验设计
10 kV验电器实验设计主要是测试验电器工作的极限次数，以保证设备的可靠性。在此可设置实验如下：
方案1：选择一台明确带有10 kV电压的电力设备，用该验电器在安全情况下进行重复性验电，直到验电器声光系统崩坏为止，记录验电次数，当该验电次数大于预期值时，则证明10 kV验电器具备可靠性。
方案2：选择一台明确带有10 kV电压的电力设备，设置一组验电次数，如每一千次验电做一次记录，直到验电次数达一万次，当所有设置组的测验结果皆为合格时，则证明10 kV验电器具备可靠性。
3.2 绝缘棒连接牢靠实验装置设计
电力操作绝缘棒作业多数是在地面操作绝缘棒对四五米高的电杆上的电力设备进行操作，因此需要将四节1 m的绝缘储物棒2进行连接。螺口深度和螺牙长度设计不同，多节绝缘储物棒2的连接稳定性也不同。而当连接后长达4 m的绝缘操作棒稳定性不足时，就容易发生操作时绝缘棒断裂的情况，造成电力财产和人身事故。因此，需要对绝缘棒连接的稳定性进行测试。
绝缘棒连接牢靠实验装置设计图如图8所示。
绝缘棒由四节绝缘储物棒2连接而成。在其他条件不变的前提下，依次设置螺口深度和螺牙长度分别为0.05、0.1、0.15、0.2、0.25 m，启动电机，带动绝缘棒旋转，利用顶端的位移传感器测量电机旋转1 min所经过的路程。测量的路程结果越大，证明绝缘棒晃动的幅度越大，稳定性越差；测量的路程结果越小，证明绝缘棒晃动的幅度越小，稳定性越好。最后综合中空空间需求选择对应的螺口深度和螺牙长度。
4 结语
便携式组合式多功能杖的首端是绝缘储物棒1，绝缘储物棒1为中空结构，可携带防虫喷雾、创可贴等应急物品和卷尺等测量工具，棒身可用作砍伐刀具的手柄或绝缘操作棒的末端；位于多功能杖中间的绝缘储物棒2内置刀具和绝缘操作棒的操作头，棒身是绝缘操作棒的主要组成部分；10 kV验电器可对10 kV设备进行验电。该多功能杖既可作为巡视探路杖，也可拆开分成多节，充当验电器、砍伐刀具和绝缘棒等不同工器具，减轻了工作人员的外出工作负荷，加快了工作进度，提高了工作效率。
[参考文献]
[1] 陈举，蔡兴文.贵州：扎实开展输电线路隐患整治[J].中国电力企业管理，2017（2）：11.
[2] 陈平，王清民，毛桂洁.耐高温玻璃纤维增强环氧树脂基拉挤电绝缘芯棒的研制[J].哈尔滨理工大学学报，1998（6）：25-29.
[3] 刘云鹏，李乐，刘贺晨，等.微米氮化硼对有机硅改性环氧树脂基轻质绝缘材料热特性及电气性能影响研究[J].中国电机工程学报，2021，41（12）：4342-4354.
收稿日期：2023-02-22
作者簡介：吴敌（1994—），男，贵州瓮安人，助理工程师，主要从事配网运行与检修研究工作。
