魏立保1 张有丹1 刘昊2
国网甘肃省电力公司电力科学研究院1；国网甘肃白银供电公司2
摘要：配电线路与树木之间的“纠纷”，一直是配网线路频繁跳闸的重要原因之一。本文针对配电线路树障隐患突出和临近导线树木需要停电修剪的难题，通过对引起输配电线路的故障原因进行统计分析，结合传统清障工器存在的众多问题，在积极调研的基础上，开发研制出一种新型带电作业修剪临近导线树木工器具，通过多次的现场试验和不断的改进，最终完成了新型智能化配网清障电动绝缘工具的研发。
关键词：输配电线路故障，树障，绝缘，清障工具
一、输配电线路故障及原因
电力系统为国民经济的持续发展提供强大的能源后盾，是重要的支柱产业。电力系统与国家的兴盛和人民的安康有着密切的关系。因此，电力系统必须是安全可靠的。
输配电线路作为整个电力体系中的一个重要环节，将发电、变电、供配电的厂站设备和用户有机的联接成一个整体。它的运行状态直接关系到电力系统的可靠运行，影响着电力用户的用电安全和良好的用电体验。并且，随着现代电网的规模、容量和覆盖范围越来越大，输配电线路在国民经济和人民生活中占有重要的地位，电网故障停电将会给社会生产和人民生活造成重大的经济损失。因而，保障输配电线运转的可靠性，对提高电力系统的稳定和安全方面，具有同等重要的作用，是电力系统中不容小觑的重要环节。据统计，2016年全省由于输配电线路引起故障约占电力系统故障的38.5%，超过三分之一，如图1（a）所示。
输配电线路因其结构简单、建设费用低、运行维护方便等特点，得到广泛的应用。但因其常年处于露天环境中，极易受不同气候环境、自然灾害、树木生长及外力破坏的影响，给电力线路的安全运行带来危害，根据这几年来线路运行情况统计，带来线路运行事故的主要原因有以下几种：线路本体存在缺陷、线路运行管理工作存在漏洞百出、由于沙尘、洪水等因素导致的自然灾害、树木、外力破坏以及雷击等。而在所有引起输配电线路的原因中，由于树木引起的输配电线路故障共有2216次，占比26.5%，超过总故障的四分之一，如图1所示。
二、树障的危害及“纠纷”解决方法
树障的危害主要表现在三个方面：第一，对输配电线路产生严重影响，由于树障与线路距离过小或者雷雨天气会发生输配电线路的导电，电流沿树流入大地，严重时会烧毁线路，而使树身带电。第二，对周边关系的影响，由于树障导致的线路问题会影响人们的正常的生活，甚至会影响企业的生产，造成经济损失。第三，由于电力系统的特殊性，会危及电力工作人员和周边居民的生命。
为了确保电力线路保护区域通道的畅通，遇到树障“纠纷”，除了加强线路常规巡视工作，及时发现缺陷，最重要的还是加大线路附近树木砍伐力度，保证线路通道符合规程要求，使线路运行不受树木生长干扰。但鉴于甘肃省的实际情况，即大部分地区为半干旱和干旱气候，且沙漠和戈壁滩面积较广，年降水量不多，树木的成活率较低，因此不建议直接将树木砍伐。邢毅兰等研究人员表明，近几十年来，气温正以每10年大约0.3 ℃的速度上升，年均降水量的总体上呈微弱增加趋势，尤其对甘肃省中部地区来说，因此树木的生长越来越旺盛，树障问题就越来越突出。
通常情况下，在树木与配电线路接近安全距离前，就需要对修电力线路通道内的树木进行修剪。修剪电力线路通道内的树木，较为常见的是工作人员手持高枝剪、链条油锯、汽油高枝锯等在电力线路下对干扰线路的树枝进行修剪。为此，针对配电线路树障隐患突出和临近导线树木需要停电修剪的难题，以及各公司将配电线路通道治理和树木清障作为治理线路故障的重要内容之一，我们结合实际情况，在积极调研的基础上成立课题攻关专家小组，开发研制带电作业修剪临近导线树木工器具的研发，通过多次的现场试验和不断的改进，最终研制完成了配电线路带电修剪树枝工器具。
三、新型智能化配网清障电动绝缘工具
最终研制成的配电线路带电修剪树枝工器具，其整体形状结构图和构造分解如图2所示。该带电树枝修剪器，主要由电源、电源底座、齿轮箱、传动轴、绝缘操作杆、手柄、导板锯、导板锯齿轮箱、齿轮箱外壳等组成。其中，电源为充电式可拆卸电源，使用时将电池插在电源底座之上，电能转换为动能，带动齿轮箱转动，通过传动轴带动导板锯齿轮箱转动，从而带动导板锯，达到修剪树枝的目的。
图2 (a)新型清障电动绝缘工具的整体形状构造图。(b)新型清障电动绝缘工具的构件分解情况。其中，1是电源，2是电源底座，3是齿轮箱、4是操作杆固定件，5是手柄，6是手柄螺栓，7是绝缘操作杆，8是传动轴，9是导板锯头，10是紧固螺栓，11是圆盘锯。
在该种新型智能化配网清障电动绝缘工具中，使用了新型绝缘传动轴，具有结构紧凑，组装、拆卸方便，提高工作效率的优点，如图3所示。传动轴做为动力传输装置，常用于将动力产生转动传输到输出端，常见的有高枝锯就是底部产生动力，产生转动，通过动力传动轴将动力传动到高枝锯的链条上，达到动力输出。本项目中的新型传动轴是将传统的传动轴的外六边形，在制作加工时就做成十二边形，所做得十二边形的对边的长度比动力输出端内六边形对边的长度稍小一点时，当在使用在将外十二边形插入内六边形当中时，如果刚开始所悬着的位置插不进去，那么只要稍微转动下外十二边形的传动轴就能插入，且在动力传输时动力输出部分转动就会带动传动轴转动，不会影响动力的传动。不需要像传动的传动轴在插入时必须看着六边形的两边对齐才能插入。
相比于传统的传动轴，本项目中的新型传动轴具有结构紧凑、组装和拆卸方便、工作效率高等优点。该新型传动轴两端可分别快速插入导板锯的齿轮箱和电动齿轮箱中,完成快速组装或拆卸，克服了传统高枝锯组装或拆卸时存在的不足,提供一种新型的传动轴。此外，本次所用的传动轴是完全绝缘的绝缘树脂杆，内置在绝缘操作杆内部，操作时操作人员握住手柄，切换电源开关用传动杆传导动力来操作修剪器。
图3 (a)本项目中新型智能化配网清障电动绝缘工具的结构示意图。(b) 所用环氧树脂传动轴的整体示意图。其中1是电源、2是电源底座、3是齿轮箱、4是传动轴、5是导板锯。4-1是传动杆、4-2是传动轴下端、4-3是传动轴上端。
传统的树枝修剪器，通常只有一种锯头，而本次研发的新型智能化配网清障电动绝缘工具具有两种锯头，即导板锯和圆盘锯互相替换，可以满足不同情况下的修剪工作，使用方便。更重要的是，该修剪工具的操作饭和传动轴都是由绝缘材料制成，满足带电作业的需求。综上所述，这种新型智能化配网清障电动绝缘工器具具有操作简便、轻巧，可以完成带电作业，两种锯头随意切换，提高了工作效率，节约了人员成本，降低了工作强度等众多优点。
四、结论
针对配电线路树障隐患突出和临近导线树木需要停电修剪的难题，结合甘肃省特有的气候条件，在积极调研的基础上攻关各项难点，通过多次的现场试验和不断的改进，开发研制出一种新型智能化配网清障电动绝缘工器具。该工具是一种可以带电作业使用的电动高枝锯，具有降低噪音和废气污染、不受外部环境温度影响、适用范围广等优点。通过智能化配网清障电动绝缘工具的推广应用，将大大提高电力线路通道树木清障工作效率，提高了安全可靠性，降低了工作人员触电风险，保证配网运行安全和人身安全。
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论文作者:魏立保1,张有丹1,刘昊2
论文发表刊物:《防护工程》2018年第9期
论文发表时间:2018/9/6
标签：传动轴论文; 线路论文; 齿轮箱论文; 树木论文; 导板论文; 输配电论文; 工具论文; 《防护工程》2018年第9期论文;