輸電線路帶電作業新型電動絞磨的研制

易子琦 曾文遠 李金亮 隆晨海

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輸電線路帶電作業新型電動絞磨的研制

易子琦 曾文遠 李金亮 隆晨海

（國網湖南省電力公司帶電作業中心，長沙 410010）

在帶電作業檢修過程中，工器具和材料的傳遞是需要耗費較多時間和體力的一環。本文針對該環節中存在的問題，通過創新結構設計、內部控制機構設計及材料選擇，研制了一種新型電動絞磨，有效地解決了傳遞繩易發生纏繞、安全性能不高等問題。新型電動絞磨在省力方面也得到了極大的提升，大幅地降低了帶電作業人員的勞動強度，也極大地提高了帶電作業效率和安全性。

帶電作業；傳遞；新型電動絞磨

在帶電作業檢修過程中，工器具、材料的傳遞是其中必要的且需耗費較多時間和體力的一環。因此，提高帶電作業中牽引傳遞這一步驟的效率，直接關系到整個帶電作業工作更加高效、安全地開展。

現有牽引裝置大致分為人力牽引、手動絞磨牽引、機動絞磨牽引和電源式電動絞磨牽引。

人力牽引是現在常用的牽引方式，在小型作業項目中采用此種牽引方式較為便捷。其缺點在于較重工器具、材料等牽引費力，有時還需要增加人手，效率低下，耗費人力。手動絞磨牽引在人力牽引上做了些許改進，文獻[1]中提到一種手搖絞磨，可以節省近4/5的力，荷載額定值10kN可以幾乎完全滿足所有帶電作業工具和材料的傳遞要求。但是，手搖依然存在勞動量，且牽引穩定性不夠高。機動絞磨牽引則更加偏向于施工，且體積龐大，不便于攜帶。現有電動絞磨體積小、重量輕、牽引穩定性好，并且可以解放人力。但在傳遞工具時還存在傳遞繩易纏繞，不夠省力和安全性不高等問題。因此，需要研制一種新型的帶電作業絞磨來解決這些問題[2-3]。

1 新型電動絞磨設計

本文設計的新型電動絞磨將在現有電動絞磨的基礎上進行整合與改進，使之能更加高效、安全地適用于帶電作業檢修中的工器具及材料的傳遞。設計思路如圖1所示。

圖1 新型電動絞磨設計思路

1.1 設計原則

通過對現有絞磨的總結分析，根據實際帶電作業中較重工器具和材料傳遞的有關要求，設定新型電動絞磨的設計原則如下。

1）省力。通過對電動機的選擇和傳動機構的結構設計達到。

2）操作及攜帶方便。通過對電動絞磨的結構設計及材料選擇達到。

3）安全。通過對電動絞磨與絕緣繩相接觸的滑輪材料選擇達到。

1.2 結構設計

1）傳動機構結構設計

新型電動絞磨通過直流減速電動機輸出軸的旋轉運動帶動支撐外套的旋轉，從而帶動絕緣滑輪的旋轉。絕緣滑輪的旋轉使繞于其上的絕緣繩實現伸縮運動。

1—直流減速電動機；2—支撐外套；3—輸出軸；4—絕緣滑輪

2）防纏繞結構設計

新型電動絞磨采用兩套絕緣滑輪和直流減速電動機的裝配件，平行固定在安裝座上。兩絕緣滑輪中心點間距1=270mm，絕緣滑輪半徑2=80mm，絕緣繩進出滑輪位置間距離=1+2=350mm。

絕緣繩依次從兩絕緣滑輪的對應滑槽上繞過，增加了絕緣繩的環繞長度，使絕緣繩進、出絕緣滑輪位置之間的距離擴大，這樣就避免了單滑輪絕緣繩脫槽和絞股的缺陷。

1.3 電動機選擇

基于野外作業的需求，本新型電動絞磨的電動機選擇直流電動機。直流電動機主要分為有刷電動機和無刷電動機，有刷電動機需要定時更換碳刷，使用不方便。這里選擇無刷電動機，其壽命長，易于維護。

常用工器具、材料的重量大多在80kg以下。在設定電動機功率時，需預留一定的裕度。加裝過流過壓保護來實時監測電壓電流，以防電動機燒壞。根據公式：

式中，為轉矩（N·m）；為輸出功率（kW）；為電動機轉速（r/min）。

根據式（1），電動機輸出功率選擇為450W，當轉速為10r/min時，兩臺電動機同步運行，可傳遞的重物質量約為86kg。電動機電壓等級高，電動機功率大，轉速慢，輸出扭矩大，從而易于吊起重物，應根據實際需要，選擇電動機的具體配置及性能，見表1。

表1 電動機配置及性能

1.4 控制系統設計

研發無刷電動機控制器需要的是能夠自由調節電動機轉速和電動機的轉動方向，從而把地面上的重物吊到高空。控制器需要遠程無線遙控功能，以方便操作。

無刷電動機控制系統硬件設計包括電池、驅動器、控制板和遙控器。系統框圖如圖4所示。

1）遙控器電路設計

遙控器功能主要有調速、切換方向和起停。所以遙控器需要單片機、AD采樣芯片、按鍵和無線發射模塊。單片機使用AT89C51系列，此單片機價格便宜，穩定性好，功能完善，能夠滿足設計要求。

（1）轉速調節

新型電動絞磨遙控器電路中采用ADC0832，將電位器的模擬信號轉換為數字信號，發給單片機。單片機通過無線發射模塊，發給控制板，即絞磨機上的信號接收、控制和驅動電路板，以達到控制電動機轉速的目的。

（2）無線發射模塊

新型電動絞磨的無線發射模塊中采用工業級無線串口，無線模塊有效傳輸距離1km，能夠很好滿足控制要求。

新型電動絞磨的遙控器具備按鍵操作及狀態指示功能，4個按鍵分別用來控制電動絞磨的正轉、反轉、起動和停止，操作簡單方便。通過狀態指示，電動絞磨的工作狀態也顯得更加直觀。

2）控制電路設計

控制電路主要功能是接收遙控器的控制信號，解析遙控器信號，控制電動機驅動來驅動電動機，檢測電池電壓，電量過低報警。控制電路板包括無線接收模塊、電壓檢測模塊以及驅動信號模塊。

新型電動絞磨控制電路中的驅動信號采用標準的DB9接口，直接從單片機輸出控制信號給電動機驅動器。

此外，新型電動絞磨控制電路中設計有報警電路，當檢測到電壓過低時，使用蜂鳴器報警。

1.5 滑輪材料選擇

傳統的牽引裝置均采用金屬材料來制作滑輪。但是金屬材料制作的滑輪經長時間與傳遞繩摩擦后，會將金屬粉末附著在傳遞繩上。在帶電作業中，所用傳遞繩為絕緣傳遞繩。附著金屬粉末后，將影響絕緣傳遞繩的絕緣性能。新型電動絞磨將傳統的金屬滑輪改為絕緣滑輪，有效減少了絕緣傳遞繩上可能存在的泄漏電流，更好地保障帶電作業人員的安全。

聚乙烯（PE）是乙烯經聚合制得的一種熱塑性樹脂，具有很好的耐低溫能力，分子結構穩定性強，耐酸堿的侵蝕能力強，電絕緣性能優良，目前在制造業絕緣材料中應用的時間較長，也較為成熟[4]，故本裝置采用高絕緣性能的聚乙烯材料制作絕緣滑輪。

2 成果及現場應用方法

通過設計方案及設計成果，進行了新型電動絞磨的加工制造，如圖5所示，制造出的新型電動絞磨符合線路檢修工器具的相應標準，強度合格。電動絞磨重28kg。經過實際應用，電動絞磨可以平穩吊起80kg重物（理論值為86kg），省力效果十分明顯，基本滿足了設計要求。同時，電動絞磨的運行通過遙控器進行遠程操控，使人可以遠離吊物點正下方，更好地保證了操控人員的人身安全。

圖5 新型電動絞磨實物圖

該新型電動絞磨應用方法如下：

1）將新型電動絞磨在塔腳主材上固定完畢。

2）塔上作業人員在攜帶傳遞繩上塔后，地面人員將傳遞繩另一頭以“8”字的形式纏繞在新型電動絞磨的兩輪上。

3）當工具上下塔時，將需傳遞的較重工器具或材料綁扎在傳遞繩上。打開新型電動絞磨上的開關，起動電動絞磨。

4）用遙控器控制新型電動絞磨進行傳遞較重工器具及材料工作。

5）帶電作業工作完成后，地面人員將傳遞繩從絞磨中取出，將新型電動絞磨從塔腳主材上拆除。

3 結論

1）通過新型電動絞磨傳動結構設計和防纏繞結構設計，避免了絕緣繩絞股或脫槽，能夠平穩地傳遞材料及較重工器具。

2）通過對新型電動絞磨電動機的選擇和控制系統的設計，達到傳遞材料及較重工器具時更省人力、操作簡便的目的，極大地提高了作業效率。

3）通過對滑輪材料的選擇，有效減少了傳遞過程中絕緣傳遞繩上可能存在的泄漏電流，提高了帶電作業的安全性。

4）該新型電動絞磨不僅能應用于帶電作業，也能應用于停電作業中較重工器具和材料的傳遞。

[1] 高虹亮, 侯金華, 董軍, 等. 新型架空線路檢修用手搖絞磨的研制及應用[J]. 三峽大學學報(自然科學版), 2012, 34(1): 37-40.

[2] 陶留海, 高嵩, 楊朝鋒, 等. 便攜式電動絕緣絞磨的研制[J]. 中國新技術新產品, 2015(17): 28-29.

[3] 劉兆祥. FM-型機動絞磨的研制和應用[J]. 電力建設, 1981(5): 31-38.

[4] 肖湘奇, 鄒德華, 曾祥君, 等. 輸電線路帶電作業絕緣電動牽引裝置的設計[J]. 電氣傳動, 2016, 46(2): 68-71.

The New Electric Winch for Live Working on Transmission Line

Yi Ziqi Zeng Wenyuan Li Jinliang Long Chenhai

(State Grid Hu’nan Electric Power Company, Changsha 410010)

In the repair process of live working, the transfer of tools and materials is partrequires more time and physical strength.Aim at the problem of transfer, new electric winch has been developed through innovative structure design, internal control mechanism design and material selection.the problem that transfer rope winding each other easily, safety Index is not high has been solved. New electric winchhas got great improve in energy saving. It reduces the labor intensity of live working people greatly, and improves the efficiency and safety index of live working.

live working; transfer; new electric winch

易子琦（1992-），男，湖南省長沙市人，本科，助理工程師，主要從事輸電帶電作業檢修工作。