變電站鳥巢清理裝置設(shè)計分析

馮志斌 蘇乃波 溫超洪 羅陽

摘要：巡視維護(hù)作為變電運行工作的重要一環(huán)，直接關(guān)系到整個電網(wǎng)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。現(xiàn)結(jié)合近年來鳥類的繁衍活動對變電設(shè)備安全運行造成的威脅，以及當(dāng)前變電站設(shè)備的特點，明確了鳥巢清理裝置設(shè)計的必要性，分析如何有效設(shè)計鳥巢清理裝置系統(tǒng)，并應(yīng)用于變電運行維護(hù)的帶電清理鳥巢工作中。

關(guān)鍵詞：變電站;鳥巢清理裝置;機(jī)械結(jié)構(gòu)

0? ? 引言

隨著科技水平的不斷提高，我國針對輸電線路清障裝置的研究力度越來越大，雖然處于初級階段，但已經(jīng)取得了一定成績。而作為電網(wǎng)安全運行中關(guān)鍵節(jié)點的變電站，大多建在遠(yuǎn)離城市的郊區(qū)或高山之上，周圍生態(tài)環(huán)境較好，各種鳥類活動頻繁，對變電站設(shè)備的安全運行造成了很大威脅。例如大型鳥類春季在變電站設(shè)備構(gòu)架、隔離開關(guān)、變壓器等設(shè)備上筑巢，導(dǎo)致樹枝雜草等掉落，容易造成運行設(shè)備短路跳閘。且現(xiàn)在變電站多是無人值班，巡維人員對變電站的巡視有一定的周期，這就給鳥類筑巢活動留下了充足的時間，部分鳥巢被發(fā)現(xiàn)時，已經(jīng)比較完整和牢固，因此需要研發(fā)一種高效的變電站鳥巢帶電清理裝置，能夠方便有效地及時清除鳥巢，消除隱患。

1? ? 鳥巢清理裝置的作用

近年來，隨著電網(wǎng)系統(tǒng)的不斷建設(shè)和生態(tài)環(huán)境的不斷改善，電網(wǎng)鳥害事故呈上升趨勢。通常電網(wǎng)設(shè)備架構(gòu)上存在較多的鳥類巢穴，而且鳥類巢穴常常由樹枝雜草筑成，遇到風(fēng)雨天氣容易造成設(shè)備短路跳閘，嚴(yán)重威脅變電站設(shè)備和整個電網(wǎng)系統(tǒng)的安全運行。為了防止電網(wǎng)鳥害事故，提高電網(wǎng)運行的可靠性，有必要采取適當(dāng)措施清除鳥巢。因此，研究如何快速有效去除鳥巢的裝置，意義重大。

變電站現(xiàn)有可以帶電清除鳥巢的工具只有絕緣桿，但局限于絕緣桿的重量和結(jié)構(gòu)特點，使用絕緣桿清除鳥巢非常吃力，效率低，效果不好，因此，拓展新思路解決鳥害問題已是當(dāng)務(wù)之急。為此，我們從實際生產(chǎn)工作中遇到的問題著手，總結(jié)鳥巢類型及特點，對巡維中心及所屬變電站發(fā)現(xiàn)的鳥巢進(jìn)行分析，在傳統(tǒng)清除鳥巢工具的使用經(jīng)驗基礎(chǔ)上，研制出一套無線控制的電動清除鳥巢裝置。

2? ? 鳥巢清理裝置系統(tǒng)

本項目設(shè)備是根據(jù)鳥類在變電站設(shè)備上的筑巢習(xí)慣實際情況而研發(fā)的一種電動鳥巢清理裝置，本裝置主要融合了無線操控技術(shù)、圖像遠(yuǎn)程可視化技術(shù)、清理機(jī)構(gòu)萬向調(diào)節(jié)技術(shù)、機(jī)構(gòu)傳動技術(shù)、安全隔離絕緣技術(shù)等。整個系統(tǒng)裝置主要由無線操控單元、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、萬向調(diào)節(jié)單元、電動機(jī)工控系統(tǒng)、電源儲能模塊、鳥巢清除抓手、支架組合模塊等部分組成。

2.1? ? 總體功能

本系統(tǒng)以變電站設(shè)備上鳥類巢穴為直接研究對象，通過分析電網(wǎng)鳥害事故的類型及規(guī)律，提出了基于變電站無線操控和遠(yuǎn)程可視化技術(shù)的智能鳥巢清理方案。

2.1.1? ? 及時有效清除鳥巢，保證變電站設(shè)備安全運行

及時有效地對發(fā)現(xiàn)的鳥巢進(jìn)行清除處理，避免無法及時清理或清理不徹底而造成的安全隱患，影響變電站設(shè)備安全穩(wěn)定運行。

2.1.2? ? 提升了巡維人員的工作效率，大大縮短了作業(yè)時間

該裝置的投入使用可以解決傳統(tǒng)清除鳥巢工具功能單一的難題，提高了巡維人員的工作效率，降低了人力和時間成本，主要體現(xiàn)在以下幾點：（1）便于觀察。通過無線攝像頭傳輸?shù)绞謾C(jī)上的畫面，作業(yè)人員可以直接查看高處設(shè)備構(gòu)架上的鳥巢位置情況。（2）便于操作。通過帶倒鉤的電動旋轉(zhuǎn)抓手清除常規(guī)絕緣操作桿無法清除的鳥巢，如圖1所示。

2.2? ? 實現(xiàn)方式

變電站鳥巢清除裝置主要是應(yīng)用無線傳輸技術(shù)、無線控制技術(shù)、電力電子技術(shù)和電機(jī)控制技術(shù)等進(jìn)行設(shè)計制作的，包括軟件開發(fā)、硬件開發(fā)和聯(lián)調(diào)三個步驟，其具體的研發(fā)過程如下：

2.2.1? ? 軟件開發(fā)

變電站鳥巢清除裝置軟件部分主要包括電機(jī)編程控制軟件和手機(jī)APP攝像頭軟件。手機(jī)APP攝像頭軟件借用現(xiàn)有的APP軟件，可連接攝像頭Wi-Fi熱點查看攝像頭實時畫面;電機(jī)控制軟件采用C語言編程實現(xiàn)，還可以自定義組合動作，用于調(diào)試和設(shè)計機(jī)械抓手不同的動作以滿足使用需求。可自定義設(shè)置的內(nèi)容包括動作的電機(jī)、動作時長、動作旋轉(zhuǎn)角度、動作旋轉(zhuǎn)速度、動作順序、組合動作、循環(huán)次數(shù)等，并以圖形化的方式顯示排列出自定義的動作。

2.2.2? ? 硬件開發(fā)

硬件部分的研發(fā)工作主要包括控制電路的研發(fā)和設(shè)備選型兩個方面。控制電路是該裝置的關(guān)鍵組成部分，是該裝置完成電機(jī)狀態(tài)數(shù)據(jù)采集、無線控制指令接收、計時、手動啟動、發(fā)送電機(jī)動作指令等功能的控制板。電路板的功能實現(xiàn)主要是利用二極管的開關(guān)特性和光耦隔離技術(shù)。電路原理圖的設(shè)計是根據(jù)功能的模塊化實現(xiàn)，分為無線通信模塊、控制模塊、指令輸出模塊等。

2.2.3? ? 關(guān)鍵結(jié)構(gòu)設(shè)計

（1）機(jī)械爪是變電站清除鳥巢裝置的重要組成部件之一，由機(jī)械抓手和旋轉(zhuǎn)頭兩部分組成。機(jī)械抓手設(shè)計最大張開角度為180°，閉合時角度為0°，通過鋸齒和閉合實現(xiàn)物理的抓取，設(shè)計最大抓取重量為60 kg。

（2）便攜三節(jié)式的絕緣操作桿具有以下優(yōu)勢：1）質(zhì)量輕;2）強(qiáng)度高;3）耐腐性能好;4）便攜。

3? ? 項目成效

該裝置的使用可以有效地清除變電站設(shè)備上的鳥類巢穴，降低人工配合的難度，縮短作業(yè)時間，提高工作效率，減輕維護(hù)工作量，保障作業(yè)人員人身安全，快速消除鳥害帶來的安全隱患，項目達(dá)到了預(yù)期目的，成效顯著。

4? ? 結(jié)語

隨著時代的變遷，我國越來越重視對輸電線路、變電站設(shè)備的清障技術(shù)研究。本項目不但突破了傳統(tǒng)工具作業(yè)模式的制約，而且結(jié)合了現(xiàn)代化技術(shù)理念，研制出了全新的、針對性強(qiáng)的清障裝置。由于輸電線路、變電站所處環(huán)境不同，所以在研發(fā)應(yīng)用清障裝置時，必須要先明確其使用環(huán)境，根據(jù)安全風(fēng)險控制要求制訂使用方法，熟練操作這類工具，這樣既可以充分展現(xiàn)清障裝置的功能便利性，又可以避免因使用不當(dāng)造成電力設(shè)備損傷的情況。最后，在科技發(fā)展日新月異的時代背景下，變電站設(shè)備也在不斷更新?lián)Q代，科研人員要繼續(xù)探索并加大清障裝置的研發(fā)力度，與時俱進(jìn)，保障電力設(shè)施的安全穩(wěn)定運行。

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收稿日期：2019-11-08

作者簡介：馮志斌（1986—），男，廣東江門鶴山人，變電巡維中心技術(shù)負(fù)責(zé)人，主要從事220 kV變電站的運行、維護(hù)工作。