一種用于狹長空間可伸縮式蓄電池測量工具的研制

云南電網有限責任公司玉溪供電局 雷亞蘭 黃義琪 胡文娟 王文杰 李建東 朱坤華

1 引言

電網系統為各個領域提供核心支撐，電網系統的正常運行離不開變電站一、二次設備的可靠運行，而變電站直流蓄電池是否正常、可靠運行，直接影響到二次設備保護動作的準確性。2017年12月，某220kV變電站因系統發生接地故障后，引起接于該直流系統上的一、二次設備異常，無法正常運行，同時某號蓄電池內阻無窮大而開路，繼而引發斷路器拒動擴大事故范圍。由此可見，保證直流蓄電池的安全、可靠運行，是變電站工作人員的核心任務。由于變電站蓄電池柜光線不足，導致運行人員手臂不便使用萬用表深入進去測量蓄電池單只電壓，可能導致人員易誤碰、誤觸帶電的部位造成直流觸電風險。針對上述問題，研制了一種變電站測量蓄電池電壓的工具，解決光線不足、空間狹小、作業風險等問題，較大提高測量變電站蓄電池電壓工作的速度、效率和安全性[1]。

2 現狀分析

變電站蓄電池屏柜，屏柜深度60cm，屏柜分為4層，每層緊密排列2～3排蓄電池。因為蓄電池排列布置原因，蓄電池測量點空間狹長，且光線不足，運行人員需要將手臂帶著萬用表筆伸入測量點進行工作。狹窄昏暗的測量環境延長了尋找電池測量點的時間，進而增加了整個維護工作的時間，同時狹窄的空間布滿帶電設備，對測量人員增加了觸電風險[2]。

2.1 光線分析

110kV某變電站直流蓄電池配置1組，該組蓄電池排列布置在蓄電池屏柜，屏柜深度60cm，一共2套屏柜（且屏柜只能打開前門，后門無法打開），每套屏柜分為4層，每層緊密排列2～3排蓄電池。因為蓄電池排列布置原因，蓄電池測量點空間狹長，測量點與層頂的距離僅有10cm，每一層沒有獨立的光源，只能依靠自然光進行采光，采光困難。密集蓄電池布置造成柜內且光線不足。

圖1 提升變電站直流蓄電池運維效率工具原理圖

圖2 未使用設計工具測量蓄電池時間分析圖

圖3 單層蓄電池柜刨面圖

圖4 提升變電站直流蓄電池運維效率工具原理圖

2.2 耗時分析

由于屏柜空間狹長、光線不足，操作人員的視線受到阻礙，而把大量額外時間花費在尋找蓄電池正負極測試點上，多組運行人員對110kV某變電站內直流蓄電池組開展單只電池電壓測量工作測試，通過上圖數據看出，測量整組17只蓄電池電壓平均花費時間565.767s，而尋找測量點時間就平均花費時間了336.4s，近乎占維護操作時間的60%。

2.3 風險分析

作業人員在變電站進行蓄電池單只電壓測量作業任務時，因空間狹小，視線不佳，造成人員觸電。根據《中國南方電網公司作業危害辨識與風險評估技術標準》風險評估公式：風險值=后果（S）×暴露（E）×可能性（P）對蓄電池單只電壓測量的風險等級進行評估，得出蓄電池單只電壓測量的風險值為25分，為低風險作業。

3 一種用于狹長空間可伸縮式蓄電池測量工具的研制

3.1 一種用于狹長空間可伸縮式蓄電池測量工具設計目標

針對本課題需要解決由于屏柜空間狹長，導致光線不足而妨礙運行人員的維護工作；降低不必要的工作耗時；此項維護工作存在人員觸電的風險的實際問題，筆者對每個維度進行分析改善。關于蓄電池室光線存在不足的問題，可以從補光的角度來看，無論是更換蓄電池室燈管，還是增加照明線路，或者運行人員自行攜帶手電筒，小組成員認為此問題解決完成率達100%。關于蓄電池室光線存在不足的問題，可以從補光的角度來看，不管是更換蓄電池室燈管，抑或是增加照明線路，或者運行人員自行攜帶手電筒，小組成員認為此問題解決完成率達100%。此項工作流程可降低的時間為：T降=60%×80%=48%，則總時間則降為：T總=1-T降=52%，即總時間預測會降為52%。此項工作帶來的觸電風險主要是因為操作人員在測量蓄電池時，手臂要伸入屏柜測量，導致操作人員可能手臂觸碰帶電設備。運行人員只要手臂不伸入屏柜測量或者采用某種絕緣工具伸入測量，即可消除操作人員觸電風險。

小組成員對目標可行性分析后，確定了此次課題的目標：

一是解決光線不足的問題；二是縮減維護工作時間，將總時間降為原來的52%；三是消除觸電風險，使風險值降為0。

3.2 一種用于狹長空間可伸縮式蓄電池測量工具原理

一種用于狹長空間可伸縮式蓄電池測量工具由絕緣伸縮桿、補光探測頭和顯示器三大模塊組成。在進行測量蓄電池電壓工作時，運行人員將絕緣桿伸入蓄電池屏柜，測量表筆在探測燈補充光線環境下，同時利用顯示器傳輸的探測頭采集的柜內畫面，順利找到蓄電池測量點，測量表筆通過專用導線接至萬用表而讀取數據[3]。

絕緣伸縮桿采用變電站規格為100cm長的0.4kV驗電器伸縮絕緣桿，配置一個可拆卸的旋轉式轉頭，轉頭頂上有固定探測燈的塑料扣夾，轉頭中上部有凹槽，凹槽內藏有固定表筆的鋼質夾扣，配置可充電的帶探測燈的顯示器，探測燈與萬用表測量表筆使用夾扣固定在絕緣桿頭。絕緣桿可伸縮代替手臂伸入帶電柜內，無死角測量，安全高效。桿頭配置探測燈夾扣和萬用表表筆夾扣用以固定，簡單有效。設計配置兩根規格相同的可伸縮式絕緣桿，絕緣桿有四節組成，單節長度為25cm，完全伸開長度可達100cm。

變電站蓄電池屏柜柜體深度為80cm，寬度為60cm，對角線最大距離為100cm，使用此絕緣桿可以對柜內任何位置的蓄電池進行測量，避免運行人員手臂伸入帶電柜體內，消除運行人員觸電風險。絕緣桿電壓等級選擇0.4kV，對應柜內蓄電池電壓不超過240V，滿足安全需求。絕緣伸縮桿桿頭設計可裝拆式轉頭，可裝拆式方便轉頭或絕緣桿出現損壞時僅對其中一個部件進行更換，經濟環保，避免資源浪費。轉頭頂上有固定探測燈的塑料扣夾，轉頭中上部有凹槽，凹槽內藏有固定表筆的鋼質夾扣。探測燈的夾扣使用塑料有彈性方便改變補光角度，對目標點進行針對性照明。固定表筆的夾扣采用鋼質對萬用表測量表筆進行有效固定，保證在測量過程中表筆筆頭與測量點的有效接觸，從而保證測量的準確性。

探測燈補充光源并傳輸影像給顯示器顯示，以便運行人員通過顯示影響迅速定位測量點開展測量工作。探測燈采用照明強度為300lx，滿足光線補充要求，對測量點可以進行充分照明，方便運行人員在狹窄光線不足的環境下找到測量點，探測燈在進行照明的同時，對燈頭環境進行同步攝像，攝像內容經過數據連接線傳輸至顯示器。連接線采用長度為120cm的數據傳輸線，可對探測燈頭的攝像數據進行傳輸。

顯示器顯示燈頭傳輸的影像輔助運行人員，通過顯示影響迅速定位測量點開展測量工作。顯示器采用6.4英寸大小液晶顯示屏，大小滿足觀察需求，以便運行人員通過顯示影響迅速定位測量點開展測量工作，大小適中方便攜帶和使用。顯示器單鍵操作，操作簡單方便。顯示器采用USB接口充電和數據傳輸，顯示器內部配置3000mA大容量鋰電池，保證連續工作4h以上，保證工作效率不受電池電量不足影響。顯示器也為探測燈提供能源支持。

此設計工具滿足以下三個功能：一是絕緣桿帶著測量表筆很順利的就深入到蓄電池柜內；二是探測燈補光和影像傳輸功能幫助找到正負極測量點；三是不需要運行人員手臂伸進去，避免了手臂觸電的風險。

3.3 一種用于狹長空間可伸縮式蓄電池測量工具優點

經濟性：裝置結構簡單，材料易得，容易加工，成本較低。

操作性：當運行人員需要測量蓄電池電壓時，只需要打開顯示器，將伸縮絕緣桿帶表筆伸入蓄電池柜在顯示器的輔助下找到電池端頭即可測量，操作相對簡單。

圖5 一種用于狹長空間可伸縮式蓄電池測量工具實物圖

圖6 測量蓄電池電壓時間分析圖

圖7 測量蓄電池電壓耗時分析

圖8 測量蓄電池電壓風險評

美觀性：外觀簡單，美觀度一般。

后期維護：此種一種用于狹長空間可伸縮式蓄電池測量工具，各個連接部位比較簡單，相對易于生產，探測顯示器使用可用充電鋰電池，通用接口充電方便，后期維護比較簡單。

4 實作驗證

運行人員分別使用一種用于狹長空間可伸縮式蓄電池測量工具和使用此工具測量110kV某變電站蓄電池柜蓄電池單只電壓做對比實驗。通過驗證：一是探測燈的補光作用將狹長空間光線不足的問題解決，且在可以從顯示器找到測試點的優勢下，測量蓄電池電壓尋找測量點時間降低93.4%；二是測量蓄電池電壓時間由之前的565.8s下降到237.9s，節約用時327.9s，改造后工作總耗時下降至42.1%；三是操作人不必伸手臂去屏柜里面測量蓄電池正負極電壓，而是用絕緣桿代替手臂伸入測量，也就不存在人員觸電的風險，故“暴露”取值為0，該項作業的風險值也即為0，風險消除。

5 結語

本次研制的一種用于狹長空間可伸縮式蓄電池測量工具帶照明功能、帶顯示柜內情況功能，能套用變電站0.4kV驗電桿，攜帶、使用方便，操作安全性高，從而有效解決了蓄電池單只電池電壓測量困難甚至無法測量、工作效率低下的問題，消除了工作過程中存在的人身觸電風險，大大提高了工作的效率和安全性。

本次研制的一種用于狹長空間可伸縮式蓄電池測量工具做到了解決光線、節省時間、降低風險。為今后變電運行用于狹長空間可伸縮式蓄電池測量工具設計和方法改良提供了新的思路。設計裝置可靠性需要進一步提升，保證使用不出現裝置故障，功能失效等情況。怎樣進一步提升變電站直流蓄電池運維效率，需要做出進一步研究。