张耀月

(厦门大学马来西亚分校, 马来西亚 雪兰莪州 43900)

0 引言

中低压配电网络复杂、配电设施密集且相间及对地距离较小，同杆高低压或多回架设较多，使带电作业范围非常狭小，作业时极易造成触碰不同电位或其他带电设备。

目前，国内采用的配电线路带电作业有地电位法、中间电位法或等电位法；按照绝缘方式可分为直接作业法(绝缘手套作业法)和间接作业法(绝缘杆作业方法)。在带电作业开展初期，由于个人安全防护用具的限制，间接作业法较为普遍，但也因为绝缘操作工具灵活性差、有效性不够、功能单一等因素，不能较好地实现作业意图及完成复杂的作业项目。

随着绝缘服、绝缘手套、绝缘帽等防护工具的使用，特别是绝缘斗臂车、绝缘梯或其他绝缘平台的引入，直接作业法因运用灵活、作业方便、劳动强度小、工艺质量好等优点，得以迅速推广应用。

然而，配电网不停电作业受人员作业思维、技能素质、线路结构等诸多因素影响，以及供电可靠性的提高和用户对连续供电的需求，现有带电作业法的局限性愈加凸显。因此，研制一种安全性更高、适应性更强的配网带电作业成套工具势在必行。

1 工作原理及方案

无线遥控带电作业工具综合各类作业方法并融入电动液压技术、不停电作业技术和遥控操作技术。该多功能组合工具由快速接头、绝缘油管、操作杆、辅助操作杆和遥控器组成。

电池容量4.0 Ah，电压14.4 V，充电时间2 h，采取槽式、按压锁扣方式与电动工具连接；采用远程无线遥控方式，其操作杆电压等级为35 kV，绝缘杆材质为环氧树脂。

该工具的绝缘油管下端连接无线遥控液压泵，通过绝缘高压软管提供油压，快速接头联接顶部不同类型的操作件，可实现各类不停电作业，有效解决人工作业的缺陷和局限性，显著提升带电作业效率及带电作业技术水平，提高带电作业的安全性。

1.1 无线通信技术分析

目前，使用较广泛的近距无线通信技术有蓝牙(Bluetooth)、无线局域网802.11(Wi-Fi)和红外数据传输(IrDA)。同时，还有ZigBee、超宽频(Ultra WideBand)、短距通信(NFC)、WiMedia、GPS、DECT、无线1394和专用无线系统等发展潜力较大的通信技术。

无线通信的干扰主要分为多址干扰、共道干扰以及码间串扰等3大类。对无线通信自身而言，外界干扰只有在特定频带和调制方式时才会造成影响。跳频技术应用较早，其抗干扰效果较好，主要应用在微波、毫米波段等民用无线通信，引入自适应技术后抗干扰能力更加强大。

(1) 扩频技术。扩频技术可以把信号隐藏在噪声中，采用很宽的频带形成伪噪声通信，对窄带干扰具有很强的抗干扰能力。

(2) 快速跳频。快速跳频是对抗中、低速跳频通信易受跟踪式干扰的一种技术，它能有效对抗跟踪式干扰和转发式干扰，能消除宽带移动中多径效应造成的不利影响，大大降低数据传输的误码率。

(3) 多输入多输出技术(MIMO)。MIMO技术是近年来出现的一种新技术，通过多个发射天线在发射端传送信号，接收端使用多个接收天线接收信号，极大提高了通信容量。

(4) 虚拟智能天线技术。智能天线技术相对成熟，一个智能天线可以抑制多个方向的干扰信号，该技术的核心是多通道信号处理和交互。

(5) 软件无线电技术。该技术是通过网络加载实现各种通信功能，是各种电台互联互通的无线网关，是空中转信的多功能平台，可进行智能化通信与电子对抗。

综上，无线通信的难题不只是抗干扰信号处理，而是多元技术集成、综合抗干扰技术应用，无线信号交叉叠加，可充分发挥各类通信技术的优势，扬长避短，比如，基于传输速度、距离、耗电量等特殊要求，或着眼于功能的扩充性，或符合某些单一应用的特别要求，或建立竞争技术的差异化等。

1.2 抗干扰技术分析

(1)利用屏蔽技术。采用电缆屏蔽，屏蔽层电导为每相导线芯电导的1/10及以下，且可靠接地。

(2)利用接地技术。所有设备接地良好，地线直接接地或连接到变频器接地端子(PE)上。

(3)利用滤波技术。利用进线电抗器降低谐波，对噪声敏感的运行环境，采用FIR滤波器减小辐射干扰。

(4) 选用磁环材料。磁环选用镍锌铁氧体或锰锌铁氧体材质，可以抑制频段较宽的干扰信号。

(5) 开关电源电磁干扰的抑制措施。开关电源电磁干扰分为传导干扰和辐射干扰两种。

① 传导干扰经电网传播，会对其他电子设备产生严重干扰。常用的抑制方法有缓冲器法、减少耦合路径法、减少寄生元件法等。

② 辐射干扰又分为近场干扰(测量点与场源距离＜λ/σ)和远场干扰(测量点与场源距离＞λ/σ)。其中，λ为干扰电磁波波长，σ为媒质的电导率。

根据电磁场理论，导体中的电流会在周围空间产生磁场，而磁场又产生电场。干扰受开关频率影响，干扰的能量集中在离散的开关频率点上。通过将开关信号的能量调制分布在较宽的频带上，产生分立边频带，则干扰频谱可以展开，干扰能量被分成小份分布在这些分立频段上以符合EMI标准。

(6) 共模干扰抑制措施。传导干扰可分为共模(CM)干扰和常模(DM)干扰。主要抑制方法有优化电路元器件布置、延缓开关的通断时间、应用缓冲电路减小电压上升(速)率(dv/dt)等。

1.3 设计方案

研制不停电作业多功能组合成套工具，主要涉及动力机构、操作机构、连接件、操作件和遥控器等。

(1) 主绝缘材料采用环氧树脂材料，承力材料采用金属材质，接头金具采用合金材质，满足绝缘和强度需要。

(2) 采用高频锁码技术及双频互锁自动复核方案，并采用电磁屏蔽效果较好的铝合金材料作屏蔽体，将主要元器件屏蔽，达到防干扰和防误操作的目的，确保准确接收和传达作业人员的遥控指令。

(3) 采用超外差无线接收模块进行电磁干扰屏蔽，应用积分分离PID控制算法进行电流闭环控制，以减小外部扰动的影响。

(4) 采用高强度绝缘油管，配合无线遥控电动油泵，为所挂载的模块化操作件提供动能。

根据上述要求，分析不同工作形式和各类作业场景，完成带电作业多功能组合成套工具设计图纸。

2 成果分析

2.1 性能分析

按设计图纸加工制作，并在作业现场多次试用，根据试用情况进一步改进、完善，完成多功能组合成套工具研制。

(1) 绝缘操作杆。由快速接头、绝缘油管、操作杆、辅助操作杆及遥控器组成，其中绝缘油管下端连接无线遥控液压泵，通过绝缘高压软管提供动能，快速接头联接不同型号接头，用于不同作业场所。绝缘杆的承力部件采用铝合金材质，操作杆长1.8 m，绝缘油管长5 m，另配2 m可伸缩式辅助操作杆。

(2) 绝缘软管。作为主要的连接机构，分别连接操作杆、电动液压油泵和遥控器，可随意调节长度。采用环氧树脂材料，具有良好的物理和化学性能，变形收缩率小，稳定性好，硬度高，柔韧性好。

(3) 快速接头。快速接头安装在绝缘软管的顶端，用于连接压线钳、剪线钳、破拆器等带电作业操作件。

(4) 弹簧式金属快速接头。弹簧式接头安装在绝缘软管的底端，用于连接电动液压油泵。

(5) 带电作业操作件。操作件是多功能组合工具的核心部件，主要有电动压线钳、电动剪线钳、分体式螺母破拆器、冲孔工具等四类。

① 电动压线钳。采用高压油液压远方遥控操作方式，同时配置各种线夹压接模具。压接重力可达180 kN，压接尺寸为16～400 mm2，行程42 mm，自重1.6 kg，具有自动卸压、省时省力、安全可靠等优点。

② 电动剪线钳。采用液压远方遥控工作方式，剪切能力为275 kN，剪切范围为35～300 mm2钢芯铝绞线，自重1.5 kg。具有切口整齐、刀片可调换、高效耐用等特点。

③ 分体式螺母破拆器。最大出力294 kN，破切范围M10～M24螺母，自重1.3 kg，采用液压遥控工作方式，破切头可360°旋转。具有操作灵活、高效耐用、安全可靠等特点。

④ 冲孔工具。模具采用高碳钨合金，冲压出力392 kN，冲孔范围φ6.2～20.5 mm，喉深65 mm，行程62 mm，自重1.3 kg，适用于冲压3～12 mm厚的各种铝板或铜板，具有单孔回油、一键复位、操作灵活、偏差率小、不易破损等特点。

2.2 安全性

对组合成套工具进行电气试验、机械试验和型式试验。型式试验在每个部件定型前逐一进行，各项试验均合格。按照规定，对多功能组合工具进行整体工频耐压试验和静负荷试验。

(1) 工频耐压试验。在绝缘配件(绝缘油管、绝缘作业杆)上施加工频耐压102.3 kV/1 min，试验距离为0.4 m，试验合格。

(2) 静负荷试验。施加重力2.32 kN/5 min，各部件无损伤，无变形或裂纹。

2.3 创新性

(1) 充分融合电动作业、液压动力和无线遥控技术，创新性提出绝缘操作杆作业法，利用主辅作业杆和不同类型操作件，实现各类不停电作业。

(2) 具有无线遥控功能，采用高频锁码技术及双频互锁自动复核方案，主要元件采用电磁屏蔽，可以消除超高压、特高压线路周围电磁场对附近配电网带电作业的影响。

2.4 实用性

2020年11月，选调4名具有带电作业资格的技师，开展10 kV线路常规带电检修组合操作，在预定时间完成了所有工作任务。

从应用情况来看，该项目综合了现阶段国内10 kV配电网绝缘杆作业法、绝缘手套作业与综合作业法的优点，同时融入电动液压技术、不停电作业技术和遥控操作技术，工具大小、重量适中，安全性、实用性、适用性、便携性、简便性等方面优势明显，功能齐全，应用可靠。

2.5 效益分析

该工具采用液压动力系统和无线电动遥控技术，有效拓展了配电网带电作业类型，尤其适合开展较为复杂的带电作业，可减少线路重复停电，有效解决了传统手动和电动作业费时费力、安全风险高、作业场所局限大等“短板”，提高了带电作业效率和安全性，扩大了带电作业普及率。

3 结论

(1) 基于无线遥控技术的配电网带电作业工具充分利用无线通信技术，实现了模块化作业。

(2) 采用无线遥控操作完成常规带电作业，融合了绝缘杆作业法、绝缘手套作业和综合作业法的优点。

(3) 融入电动液压技术、不停电作业技术和遥控操作技术，实现了带电作业实用化、标准化、精益化。

(4) 针对市场需求多样化特点，创造性提出了各个部件矩阵模块化思路，建立了模块功能划分方法，实现功能需求和市场需求相互关联、相互联动。