對可折疊絕緣操作桿設(shè)計(jì)研究

廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司廣州供電局 葛 暢 李科唯 楊恩臣 沈見恩

本研究的主要目的在于設(shè)計(jì)可折疊絕緣操作桿，以滿足不同高度及位置的電力設(shè)備操作需求，改善操作的靈活性以及安全性?？烧郫B絕緣操作桿可依據(jù)實(shí)際調(diào)整長度，防止傳統(tǒng)操作桿頻繁更換或調(diào)整的問題，改善操作效率。可折疊絕緣操作桿采用絕緣材料制成，可有效防止操作人員觸電事故的發(fā)生，保障操作人員的生命安全。可折疊絕緣操作桿可以適應(yīng)不同高度以及位置的電力設(shè)備操作需求，擴(kuò)大操作范圍，改善操作的靈活性?？烧郫B絕緣操作桿的設(shè)計(jì)涉及新材料、新工藝以及新技術(shù)的應(yīng)用，促進(jìn)相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新以及發(fā)展。同時(shí)，國內(nèi)外學(xué)者以及工程師也在不斷探索、研究可折疊絕緣操作桿的設(shè)計(jì)理論以及技術(shù)方法，為實(shí)用化以及普及化奠定基礎(chǔ)。

1 可折疊絕緣操作桿的概述

1.1 定義以及特點(diǎn)

絕緣操作桿是用于短時(shí)間對桿上設(shè)備實(shí)施操作的絕緣工具，如接通或斷開柱上開關(guān)、拉合刀閘以及跌落式熔斷器等。目前，常用的為螺旋接口式絕緣操作桿，長度約為6m，可分為4節(jié)裝袋攜帶。如圖1所示，在連接方式上，采用可180°折疊的連接件，展開后經(jīng)過旋鈕固定。連接件下部固定在一節(jié)操作桿上，上部采用卡扣鎖緊的方式與另一節(jié)操作桿連接。連接方式在保留操作桿可分離拆裝特性，且在不拆開的情況下將整根操作桿折疊后攜帶，再次采用時(shí)只須展開后旋緊旋鈕即可，要多點(diǎn)操作時(shí)可節(jié)省大量拆裝絕緣桿的時(shí)間。連接方式相比現(xiàn)有絕緣操作桿的連接部分長度更長，在采用時(shí)桿身整體彎曲程度更小，穩(wěn)定性更高，更加省力[1]。

圖1 絕緣操作桿

可折疊絕緣操作桿是專為電力設(shè)備操作設(shè)計(jì)的工具，其特點(diǎn)在于可折疊性。設(shè)計(jì)操作桿可以在不采用時(shí)折疊起來，減小體積，方便攜帶以及存儲(chǔ)。在操作時(shí)，可以依據(jù)展開到適當(dāng)?shù)拈L度，以滿足不同高度以及位置的電力設(shè)備操作需求?？烧郫B絕緣操作桿還采用絕緣材料制成，擁有良好的絕緣性能，可以有效防止操作人員觸電事故的發(fā)生。

特點(diǎn)：一是可折疊性：可折疊絕緣操作桿特點(diǎn)在于可以折疊以及展開。設(shè)計(jì)在不采用時(shí)可方便折疊起來，減小體積，方便攜帶以及存儲(chǔ)。而在采用時(shí)，可以快速展開到適當(dāng)?shù)拈L度，滿足不同高度以及位置的電力設(shè)備操作需求。

二是絕緣性能：可折疊絕緣操作桿采用絕緣材料制成，擁有良好的絕緣性能?？梢杂行Х乐共僮魅藛T觸電事故的發(fā)生，保障操作人員的生命安全[2]。

三是適應(yīng)性強(qiáng)：因可折疊絕緣操作桿可以依據(jù)調(diào)整長度，因此可以適應(yīng)不同高度以及位置的電力設(shè)備操作需求。強(qiáng)適應(yīng)性在電力設(shè)備的運(yùn)維以及檢修過程中擁有廣泛的應(yīng)用前景。

四是輕便耐用：可折疊絕緣操作桿一般采用輕質(zhì)材料制成，在操作過程中可以減輕操作人員的負(fù)擔(dān)，提高操作效率。同時(shí)，擁有較好的耐用性，可以承受多次折疊以及采用。

五是易于維護(hù)：可折疊絕緣操作桿的結(jié)構(gòu)相對簡單，因此易于維護(hù)以及保養(yǎng)。在采用過程中，如果出現(xiàn)損壞或故障，可以方便實(shí)施維修或更換?？烧郫B絕緣操作桿擁有可折疊性、良好的絕緣性能、強(qiáng)適應(yīng)性、輕便耐用以及易于維護(hù)等特點(diǎn)，在電力設(shè)備的運(yùn)維以及檢修過程中擁有重要的應(yīng)用價(jià)值以及發(fā)展前景[3-4]。

1.2 市場現(xiàn)狀

近年來，伴隨全球能源結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型以及電力工業(yè)的發(fā)展，可折疊絕緣操作桿的市場需求呈現(xiàn)出穩(wěn)步增長的趨勢。在新能源、智能電網(wǎng)、特高壓輸電等領(lǐng)域，對電力設(shè)備操作工具的安全性，為可折疊絕緣操作桿的市場拓展提供廣闊的空間。在歐美發(fā)達(dá)國家，因電力系統(tǒng)的自動(dòng)化水平以及安全要求相對較高，對可折疊絕緣操作桿等電力工具的需求較為旺盛。同時(shí)，國家還制定嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)以及規(guī)范，對電力工具的性能以及質(zhì)量提出更高的要求，促進(jìn)可折疊絕緣操作桿市場的健康發(fā)展。

相比之下，我國可折疊絕緣操作桿市場雖然起步較晚，但發(fā)展迅速。伴隨國內(nèi)電力工業(yè)的不斷壯大，以及智能電網(wǎng)建設(shè)的加速推進(jìn)，我國可折疊絕緣操作桿市場呈現(xiàn)出快速增長的態(tài)勢。目前，國內(nèi)已有不少企業(yè)開始涉足可折疊絕緣操作桿的研發(fā)以及生產(chǎn)，并在市場上取得一定的成績。問題企業(yè)以及政府部門共同努力，經(jīng)過加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新、完善標(biāo)準(zhǔn)體系、強(qiáng)化市場監(jiān)管等手段加以解決。

1.3 應(yīng)用領(lǐng)域

可折疊絕緣操作桿作為重要的電力設(shè)備操作工具，應(yīng)用領(lǐng)域較為廣泛。主要包括以下幾個(gè)方面：一是電力系統(tǒng)運(yùn)維：在電力系統(tǒng)的日常運(yùn)維過程中，對各種設(shè)備實(shí)施巡視、檢查、維護(hù)以及維修等操作?？烧郫B絕緣操作桿作為便攜、靈活的操作工具，可以有效改善運(yùn)維效率以及安全性。二是帶電作業(yè)：在帶電作業(yè)過程中，操作人員采用絕緣工具對設(shè)備實(shí)施操作，防止觸電事故的發(fā)生?？烧郫B絕緣操作桿擁有良好的絕緣性能，是帶電作業(yè)中不可或缺的工具。三是高壓設(shè)備檢修：高壓設(shè)備是電力系統(tǒng)中的重要組成部分，檢修工作對操作人員的技能以及工具要求高。可折疊絕緣操作桿可滿足高壓設(shè)備檢修過程中的各種操作需求，改善檢修效率以及安全性。

2 可折疊絕緣操作桿的設(shè)計(jì)原則

2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求

在設(shè)計(jì)可折疊絕緣操作桿時(shí)，首先要考慮可折疊絕緣操作桿結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理與否直接關(guān)系到操作桿的強(qiáng)度以及使用壽命。結(jié)構(gòu)應(yīng)緊湊，盡量減少不必要的空間，可以折疊以及攜帶。在操作桿展開采用時(shí)，應(yīng)保持穩(wěn)定，不易晃動(dòng)或變形，保證操作的準(zhǔn)確性。設(shè)計(jì)折疊機(jī)構(gòu)時(shí)，應(yīng)保證折疊順暢，易于操作，保證折疊后的結(jié)構(gòu)緊密。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)考慮操作過程中的安全因素，如防止觸電、防止誤操作等。如圖2所示。

圖2 絕緣操作桿

2.2 材料選擇與特性

材料的選擇對于可折疊絕緣操作桿的性能以及壽命至關(guān)重要。材料應(yīng)具有良好的絕緣性能，保證操作過程中的安全?？梢猿惺懿僮鬟^程中的拉伸、彎曲等力量。可以在惡劣的環(huán)境條件下保持性能穩(wěn)定。在滿足強(qiáng)度以及絕緣性能的前提下，應(yīng)盡量選擇輕質(zhì)材料，可易于攜帶以及操作。對于可折疊部分，應(yīng)選擇有一定柔韌性以及恢復(fù)性強(qiáng)的材料，以保證折疊以及展開過程中的順暢性以及穩(wěn)定性。

2.3 功能需求分析

在設(shè)計(jì)可折疊絕緣操作桿時(shí)，還要對功能需求實(shí)施深入分析，以保證設(shè)計(jì)的產(chǎn)品可以滿足實(shí)際應(yīng)用要求。依據(jù)電力設(shè)備的高度以及位置，確定操作桿的最大展開長度以及最小折疊尺寸。考慮操作人員的使用習(xí)慣以及需求，設(shè)計(jì)符合人體工程學(xué)的握把以及操作機(jī)構(gòu)。針對電力設(shè)備操作中的安全風(fēng)險(xiǎn)，設(shè)計(jì)相應(yīng)的防護(hù)措施，如絕緣層、防滑紋等?？紤]操作桿在攜帶以及存儲(chǔ)過程中的便捷性，設(shè)計(jì)合理的包裝以及固定方式。在采用過程中可能出現(xiàn)的磨損以及損壞情況，設(shè)計(jì)易于維護(hù)以及保養(yǎng)的結(jié)構(gòu)以及部件。

3 可折疊絕緣操作桿的性能測試與分析

3.1 測試方法

為保證可折疊絕緣操作桿的性能滿足設(shè)計(jì)要求，實(shí)施性能測試。絕緣性能測試采用高壓絕緣測試儀對操作桿的絕緣性能實(shí)施測試，驗(yàn)證在高電壓環(huán)境下的絕緣效果。機(jī)械強(qiáng)度測試經(jīng)過施加不同方向以及大小的力，測試操作桿的抗壓、抗拉、抗彎等機(jī)械性能，確保在實(shí)際使用中可以承受各種力的作用。折疊次數(shù)與耐久性測試對操作桿實(shí)施多次折疊以及展開，觀察結(jié)構(gòu)是否松動(dòng)，評估耐久性以及使用壽命。操作靈活性測試模擬實(shí)際操作過程，測試操作桿在不同高度，以及角度下的操作靈活性以及穩(wěn)定性。環(huán)境適應(yīng)性測試將操作桿置于高溫等不同環(huán)境條件下，測試性能是否受到影響。

3.2 試驗(yàn)結(jié)果及數(shù)據(jù)分析

經(jīng)過上述測試，獲得關(guān)于可折疊絕緣操作桿性能的詳細(xì)數(shù)據(jù)。絕緣性能測試結(jié)果顯示，操作桿在高壓環(huán)境下?lián)碛辛己玫慕^緣效果，符合設(shè)計(jì)要求。機(jī)械強(qiáng)度測試表明，操作桿擁有較高的抗壓等機(jī)械性能，可以滿足實(shí)際采用中的需求。經(jīng)過折疊次數(shù)與耐久性測試，發(fā)現(xiàn)操作桿在經(jīng)過多次折疊以及展開后，結(jié)構(gòu)仍然保持緊密，無明顯松動(dòng)或變形現(xiàn)象，顯示出良好的耐久性以及使用壽命。操作靈活性測試表明，操作桿在不同高度以及角度下均可以靈活操作，穩(wěn)定性良好，符合人體工程學(xué)設(shè)計(jì)原則。環(huán)境適應(yīng)性測試結(jié)果顯示，操作桿在不同環(huán)境條件下的性能基本保持穩(wěn)定，可以適應(yīng)各種惡劣環(huán)境的采用需求。

4 可折疊絕緣操作桿的優(yōu)化改進(jìn)

4.1 問題與挑戰(zhàn)

金屬螺旋接口因長時(shí)間磨損銹蝕，容易卡澀。螺旋連接部分短小，僅為2～3cm，引發(fā)多節(jié)組合采用時(shí)操作桿整體彎曲度以及晃動(dòng)幅度較大，引發(fā)操作困難。為方便攜帶必須拆開存放，在多點(diǎn)操作時(shí)頻繁拆裝浪費(fèi)大量時(shí)間，且容易部分丟失遺漏，或與他型號(hào)絕緣操作桿調(diào)亂而引發(fā)下次采用時(shí)無法安裝。

4.2 改進(jìn)方向

針對金屬螺旋接口容易磨損銹蝕的問題，選用更耐磨損以及銹蝕的材料，如不銹鋼或表面經(jīng)過特殊處理的合金鋼。對接口部分實(shí)施定期檢查以及維護(hù)，及時(shí)更換磨損嚴(yán)重的部件。改進(jìn)接口設(shè)計(jì)，增加潤滑措施，減少磨損以及銹蝕的發(fā)生。增加螺旋連接部分的長度，改善操作桿的穩(wěn)定性以及減少晃動(dòng)幅度。優(yōu)化螺旋連接部分的設(shè)計(jì)，使更加緊密以及牢固，減少拆裝困難的情況?？紤]采用其他連接方式，如快速插接或卡扣連接等，改善拆裝效率以及便利性。設(shè)計(jì)專用的攜帶袋或盒子，使操作桿在攜帶過程中保持整齊以及有序。在操作桿上設(shè)置明顯的標(biāo)識(shí)以及編號(hào)，可以區(qū)分不同型號(hào)以及規(guī)格的操作桿。采用防錯(cuò)裝設(shè)計(jì)，如不同型號(hào)的操作桿采用不同形狀或顏色的接口，防止誤裝。

5 結(jié)論

可折疊絕緣操作桿的設(shè)計(jì)突破傳統(tǒng)絕緣操作桿的固定長度限制，經(jīng)過創(chuàng)新的折疊機(jī)制，實(shí)現(xiàn)操作桿的便攜性以及靈活性。采用高絕緣性能以及耐腐蝕性的材料，保證操作桿在各種環(huán)境下的穩(wěn)定以及安全采用。適用于多種電力設(shè)備操作場景，經(jīng)過簡單的設(shè)計(jì)調(diào)整，可以滿足不同的操作需求。盡管經(jīng)過優(yōu)化，但金屬螺旋接口仍存在磨損以及銹蝕的風(fēng)險(xiǎn)，可能影響操作桿的長期采用。對于不熟悉操作桿采用方法的人員，可能存在一定的學(xué)習(xí)曲線。優(yōu)化螺旋接口設(shè)計(jì)，減少磨損以及銹蝕的風(fēng)險(xiǎn)，改善接口的可靠性以及使用壽命?？紤]將傳感器以及智能控制技術(shù)引入操作桿，實(shí)現(xiàn)操作過程的實(shí)時(shí)監(jiān)控以及智能控制，改善操作的安全性以及效率。拓寬可折疊絕緣操作桿的應(yīng)用領(lǐng)域，如新能源、航空航天等領(lǐng)域，促進(jìn)在更廣泛的電力工業(yè)中得到應(yīng)用。