输电线路带电作业新型电动绞磨的研制
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国网湖南省电力公司带电作业中心的研究人员易子琦、曾文远、李金亮、隆晨海，在2017年第4期《电气技术》杂志上撰文指出，带电作业检修过程中，工器具和材料的传递是需要耗费较多时间和体力的一环。
针对该环节中存在的问题，通过创新结构设计、内部控制机构设计及材料选择，研制了一种新型电动绞磨，有效地解决了传递绳易发生缠绕、安全性能不高等问题。新型电动绞磨在省力方面也得到了极大的提升，大幅地降低了带电作业人员的劳动强度，也极大地提高了带电作业效率和安全性。
带电作业检修过程中，工器具、材料的传递是其中必要的且需耗费较多时间和体力的一环。因此，提高带电作业中牵引传递这一步骤的效率，直接关系到整个带电作业工作更加高效、安全地开展。
现有牵引装置大致分为人力牵引、手动绞磨牵引、机动绞磨牵引和电源式电动绞磨牵引。
人力牵引是现在常用的牵引方式，在小型作业项目中采用此种牵引方式较为便捷。其缺点在于较重工器具、材料等牵引费力，有时还需要增加人手，效率低下，耗费人力。
手动绞磨牵引在人力牵引上做了些许改进，文献1中提到一种手摇绞磨，可以节省近五分之四的力，荷载额定值10kN可以几乎完全满足所有带电作业工具和材料的传递要求。但是，手摇依然存在劳动量，且牵引稳定性不够高。
机动绞磨牵引则更加偏向于施工，且体积庞大，不便于携带。现有电动绞磨体积小、重量轻、牵引稳定性好，并且可以解放人力。但在传递工具时还存在传递绳易缠绕，不够省力和安全性不高等问题。因此，需要研制一种新型的带电作业绞磨来解决这些问题。
1新型电动绞磨设计
本文设计的新型电动绞磨将在现有电动绞磨的基础上进行整合与改进，使之能更加高效、安全地适用于带电作业检修中的工器具及材料的传递。设计思路如图1所示：
图1 新型电动绞磨设计思路
1.1设计原则
通过对现有绞磨的总结分析以及实际带电作业中较重工器具和材料传递的有关要求。
新型电动绞磨的设计原则如下：（1）省力：通过对电动机的选择和传动机构的结构设计达到；（2）操作及携带方便：通过对电动绞磨的结构设计及材料选择达到；（3）安全：通过对电动绞磨与绝缘绳相接触的滑轮材料选择达到。
1.2结构设计
1）传动机构结构设计
新型电动绞磨通过直流减速电动机输出轴的旋转运动带动支撑外套的旋转从而带动绝缘滑轮的旋转。绝缘滑轮的旋转使绕于其上的绝缘绳实现伸缩运动。
图2新型电动绞磨传动机构截面图
2）防缠绕结构设计
新型电动绞磨采用两套绝缘滑轮和直流减速电动机的装配件，平行固定在安装座上。两绝缘滑轮中心点间距S1=270mm，绝缘滑轮半径S2=80mm，绝缘绳进出滑轮位置间距离S=S1+S2=350mm。
图3新型电动绞磨截面图
绝缘绳依次从两绝缘滑轮的对应滑槽上绕过，增加了绝缘绳的环绕长度、使绝缘绳进、出绝缘滑轮位置之间的距离扩大，这样就避免了单滑轮易出现绝缘绳脱槽和绞股的缺陷。
1.3电动机选择
基于野外作业的需求，本新型电动绞磨的电动机选择直流电动机。而直流电动机主要分有刷电动机和无刷电动机，有刷电动机需要定时更换碳刷，使用不方便。这里选择无刷电动机，无刷电动机寿命长，易于维护。
常用工器具、材料的重量大多在80kg以下。在设定电动机功率时，需预留一定的裕度。加装过流过压保护来实时监测电压电流，以防电动机烧坏。
根据公式（略），电动机输出功率选择450W，当转速为10r/min时，两台电动机同步运行，可传递的重物质量约为86kg。电动机电压等级高，电动机功率大，转速慢，输出扭矩大，从而易于吊起重物，根据实际需要，选择电动机的具体配置及性能如表1（略）所示。
1.4控制系统设计
研发无刷电动机控制器，需要的是能够自由调节电动机转速和电动机的转动方向，从而把地面上的重物吊到高空。控制器需要远程无线遥控功能，方便操作。
无刷电动机控制系统硬件设计包括电池、驱动器、控制板和遥控器。框图如图4所示。
图4系统的模块图
1）遥控器电路设计
遥控器功能主要有调速、切换方向和起停。所以遥控器需要单片机、AD采样芯片、按键和无线发射模块。单片机使用AT89C51系列，此单片机价格便宜，稳定性好，功能完善，能够满足设计要求。
（1）转速调节
新型电动绞磨遥控器电路中采用ADC0832，将电位器的模拟信号转换为数字信号，发给单片机。单片机通过无线发射模块，发给控制板，即绞磨机上的信号接收、控制和驱动电路板，以达到控制电动机转速的目的。
（2）无线发射模块
新型电动绞磨的无线发射模块中采用工业级无线串口，无线模块有效传输距离1000米，能够很好满足控制要求。
新型电动绞磨的遥控器具备按键操作及状态指示功能，四个按键分别用来控制电动绞磨的正转、反转、起动和停止，操作简单方便。通过状态指示，电动绞磨的工作状态也显得更加直观。
2）控制电路设计
控制电路主要功能是接收遥控器的控制信号，解析遥控器信号，控制电动机驱动来驱动电动机。检测电池电压，电量过低报警。控制电路板包括无线接收模块、电压检测模块以及驱动信号模块。
新型电动绞磨控制电路中的驱动信号采用标准的DB9接口，直接从单片机输出控制信号给电动机驱动器。
此外，新型电动绞磨控制电路中设计有报警电路，当检测到电压过低，使用蜂鸣器报警。
1.5滑轮材料选择
传统的牵引装置均采用金属材料来制作滑轮。但是金属材料制作的滑轮经长时间与传递绳摩擦后，会将金属粉末附着在传递绳上。在带电作业中，所用传递绳为绝缘传递绳。
附着金属粉末后，将影响绝缘传递绳的绝缘性能。新型电动绞磨将传统的金属滑轮改为绝缘滑轮，有效减少了绝缘传递绳上可能存在的泄漏电流，更好地保障带电作业人员的安全。
聚乙烯（PE）是乙烯经聚合制得的一种热塑性树脂，具有很好的耐低温能力，分子结构稳定性强，耐酸碱的侵蚀能力强，电绝缘性能优良，目前在制造业绝缘材料中应用的时间较长也较为成熟[4]，故本装置采用高绝缘性能的聚乙烯材料制作绝缘滑轮。
2成果及现场应用方法
通过设计方案及设计成果，进行了新型电动绞磨的加工制造。如图5所示，制造出的新型电动绞磨符合线路检修工器具的相应标准，强度合格。电动绞磨重28kg。
经过实际应用，电动绞磨可以平稳吊起80kg重物（理论值为86kg），省力效果十分明显，基本满足了设计要求。同时，电动绞磨的运行通过遥控器进行远程操控，使人可以远离吊物点正下方，更好地保证操控人员的人身安全。
图5新型电动绞磨实物图
该新型电动绞磨应用方法如下：
1、将新型电动绞磨在塔脚主材上固定完毕。
2、塔上作业人员携带传递绳上塔后，地面人员将传递绳另一头以“8”字的形式缠绕在新型电动绞磨的两轮上。
3、工具上下塔时，将需传递的较重工器具或材料绑扎在传递绳上。打开新型电动绞磨上的开关，启动电动绞磨。
4、用遥控器控制新型电动绞磨进行传递较重工器具及材料工作。
5、带电作业工作完成后，地面人员将传递绳从绞磨中取出，将新型电动绞磨从塔脚主材上拆除。
3结论
1）通过新型电动绞磨传动结构设计和防缠绕结构设计，避免了绝缘绳绞股或脱槽，能够平稳地传递材料及较重工器具。
2）通过对新型电动绞磨电动机的选择和控制系统的设计，达到传递材料及较重工器具时更省人力，操作简便的目的，极大地提高了作业效率。
3）通过对滑轮材料的选择，有效减少了传递过程中绝缘传递绳上可能存在的泄漏电流，有效提高了带电作业的安全性。
4）该新型电动绞磨不仅能应用于带电作业，也能应用于停电作业中较重工器具和材料的传递。