便携式成套安全工器具的研制

  完成单位：国网新疆电力有限公司阿克苏供电公司

主要完成人：胡常胜、摆志俊、刘杰、斯地克·买买提、苏峰、戴兵、李志强、周明、王柯

一、研发背景

随着科技的进步时代的发展，电力与人民生活形影相随不可或缺，电力供应的可靠性事关人民对美好生活的体验，更关乎国家社会的战略发展。提升停送电操作效率，减少停电检修时间，影响着供电可靠性的有效提升，关乎社会大众对美好生活的用电体验。

国网阿克苏供电公司主要负责阿克苏地区电力供应和供电服务业务，担负着地区2市7县及第一师部分团场的工农业生产用电和230余万人口人民生活用电。截至2022年，阿克苏电网拥有750千伏变电站2座；220千伏变电站11座，变电容量3600兆伏安，220千伏输电线路43条，线路总长度2542.12千米；110千伏变电站53座，变电容量4075.5兆伏安，110千伏线路108条，线路总长度2675.043千米。如此庞大数量的电网设备日常运维、检修给供电企业带来巨大的压力，尤其是设备停/送电操作、日常巡视、带电清扫等工作，运行人员常需携带各种独立包装存放的验电器、接地线（棒）、令克棒、绝缘凳、清洁刷等工器具前往现场，工器具种类繁多，工作量大，易造成错拿及漏拿情况的发生。每座变电站需放置2至6台安全工器具柜，占用一间面积15-30平方米的安全工器具室，需按规定配置不同电压等级（10kV、35kV、110kV、220kV电压等级）的各类安全工器具，增加了企业的采购和维护管理成本。

便携式多功能成套安全工器具属于电力操作工具创新，主要侧重于研制出多功能带电操作组合工具及其便携式智能工具箱，实现一杆多用及智能化管理，用于解决变电站运检工作电气设备停送电操作、设备清扫、异物清除等工作中运行人员使用工器具及维护工器具成本高、劳动强度大、工作效率低、智能化管理差、大数据运用不充分等问题。

便携式多功能成套安全工器具主要包括盲插式快速插拔子母接口、柔性验电器、感光可拆离式接地线卡头、带电异物清除装置、便携式智能安全工器具箱等，构成“一杆多用”式带电操作组合工具；建立起基于智能工器具箱为平台的“随时随地”的智能化管理模式；构建基于5G专网的数据接入前台，实现工器具及运检业务的智能分析决策。该项目产品具备验电、挂接地线、拉合熔断器及校验隔刀、异物清除、清洁高空带电设备、核相、图像采集等多种功能，扩展兼容性强，利于后续扩展工具标准化生产。它的成功研制，为集中集约智能化管理安全工器具打造了一个窗口，为创建标准化安全工器具提供了一个统一、规范的平台，为智能化管理及大数据的应用提供入口。

二、发明团队简介

刘杰项目负责人，中级工程师，擅长变电运维专业，获得发明专利4项，实用新型专利16项，软件著作3项，发表期刊14篇；获得中华全国总工会职工创新优秀奖、全国电力职工二等奖、自治区专利三等奖等多种奖项。

周明高级工程师，擅长继电保护和电力安全；获得发明专利5项，实用新型专利18项，发表期刊26篇；获得中国设备管理创新成果二等奖、自治区专利三等奖等多种奖项；

王柯中级工程师，擅长继电保护和输电专业；获得发明专利2项，实用新型专利9项，发表期刊12篇；获得中国设备管理创新成果三等奖、自治区专利三等奖等多种奖项；

团队组员共计10人，团队协作力强，经验丰富，获得新疆自治区质量管理一等奖、自治区专利奖三等奖，新疆电力公司科技进步奖二等奖及国网公司双越之星二等奖等奖项；团队专业搭配合理，拥有继电保护及安全自动装置专业、电力检修专业、试验专业以等高素质专业人员；团队吃苦耐劳富有创新精神，能够根工作要求结合现场实际需要，快速发现现场存在问题，及时响应技术问题、管理问题，并积极提出解决处理方案。

三、成果（专利）简介

研制“一杆多用”式带电操作组合工具。一是研制盲插式接口，实现标准、统一的衔接接口。通过设计盲插式的快速插拔接口，令克操作棒、接地卡钳、验电器、清洁刷、核相仪等可挂接在具有母接口的绝缘杆上，实现了安全工器具的接口标准化衔接，可扩展性强。二是研制柔性验电器，突破传统验电局限。采用弹簧式柔性结构，将验电器头中部串接缓冲弹簧，实现安全、便捷的验电。三是研制感光式和自锁式可拆离式接地线卡头，拓展运检场景。在接地线卡头中嵌入感光灯，即便是在夜间，运检人员也能快速查找及挂取接地线，增加自锁式可拆离式接地线卡头提高接头挂接可靠性，保障供电安全。本产品具备验电、挂接地线、拉合熔断器及校验隔刀、异物清除、清洁高空带电设备、核相、图像采集等多种功能，扩展兼容性强，利于后续扩展工具标准化生产。

建立起基于智能工器具箱为平台的“随时随地”的智能化管理模式。运用指纹识别、RFID、语音播报等智能技术研制出便携式智能安全工器具箱，具备恒温恒湿保存、指纹识别自动开锁和录入运检信息、对工器具进行寿命周期管理等功能，实现了对安全工器具的“全天候，无缝隙”的智能化管控。

构建基于5G专网的数据接入平台，实现安全工器具及运检业务的自动、智能分析决策。便携式智能安全工器具箱上设置有5G专网接口，为未来接入后台进行两票与安全工器具关联、定位、信息上传及分析、告警等搭建了平台。通过后台大数据挖掘，实现对工器具使用全流程的闭环管理，还能建立起预测预警、故障研判等分析模型，为运检决策提供依据。

具体实施过程主要包括以下三大方面：

1.倒闸操作安全工器具的整合

（1）接口统一（快速盲插式接口）

1）创新需求

由于常规倒闸操作需要准备验电器、接地线、令克棒、核相仪、绝缘手套、标识牌等多种工具，种类繁多，需要现场运维检修人员耗费大量准备时间，准备过程容易出现错拿、漏拿现象，搬运过程往往需要多人配合往返多次，费时费力，且由于变电站现场环境的复杂性，人员往返穿插危险性较高。

针对这一现象，为减轻运行人员操作负担、提升工作效率，我们对常规倒闸操作所需安全工器具进行分析，寻找共性，发现验电器、接地线、令克棒、核相仪等安全工器具均需要配合操作杆使用，而不同功能的安全工器具所配套的操作杆规格不统一，无法通用，倒闸操作常常需要携带各种规格的配套操作杆，容易遗漏，工器具准备时间长，工作量大，工器具利用率较低。

2）创新思路

由此，我们提出了第一条创新思路，设法将不同功能的安全工器具接口进行统一，实现多种安全工器具共用一种操作杆，即一杆多用，大大降低作业现场操作杆携带数量，提升工器具利用率。同时，统一规格也可降低工器具维护成本，减少因缺少配套操作杆而导致工器具无法使用的情况发生，降低安全工器具相关备品配件购置难度。

3）创新成果

我们收集了常用的倒闸操作工器具接口与配套操作杆接口的相关尺寸数据进行分析，综合考虑兼容性及稳定性等要求，确定了接口的相关参数。

表 快速盲插式接口参数

该接口结构简单，不仅拆装快速且兼容性强，可适配常用安全工器具，不仅用于操作杆与工器具的连接，也可用于操作杆之间的连接。

传统操作杆的螺旋式接口在连接对齐螺纹时单人操作困难，需要两人配合完成，若操作不当容易导致螺纹接口的滑丝损坏，导致连接稳定性变差等弊端。

盲插式接口取消了螺纹结构，采用了垂直拔插结构，单人即可完成操作，使用时推开母头的弹簧锁扣露出插入点，将公头插入后松开弹簧锁扣可在2秒内完成连接并锁止，操作方便快捷、稳定性强。

（2）功能整合（组合安全工具箱）

1）创新需求

由于工器具种类繁多，不同类型或同种类型但由于厂家及适配电压等级的差异，造成工器具外包装数量及规格尺寸各异，例如验电器外包装有帆布卡扣式、粘连式、拉链式和绳结式，核相仪外包装有塑料盒式、铝合金盒式等，对工器具的取用及存放造成很大不便。

针对这一问题，我们对各种不同安全工器具的规格及存放条件进行了统计，发现大多数的安全工器具箱存在功能单一，空间利用不合理，存在浪费。

2）创新思路

由此，我们提出了第二条创新思路，在统一存放条件的前提下，能否将各种常用安全工器具整合到一套工具箱内，合理规划空间，提升空间利用率，在有限空间内最大化整合工器具数量，实现一套工具多种功能，即多功能组合安全工具箱。减少倒闸操作时工具箱的携带数量，节约工器具存放空间，降低安全工器具存放管理难度。

3）创新成果

我们将使用频率最高的验电器、令克棒、核相仪等六种工器具进行整合，并综合考虑便携性及单人可携带的重量等因素，将组合工具箱的尺寸及重量控制在合理范围内。

2.基于各个模块的改进型创新

（1）验电模块（柔性验电器）

1）创新需求

传统验电器根据设备电压等级不同需要配合1至3节操作杆组合使用，抬升高度约为3至5米，验电器在这一高度移动至设备附近的过程中由于操作人员手臂力量及控制稳定性差异导致摆动幅度较大，接触设备时通常伴随着一定撞击，这一冲击量的大小因人而异，使得验电器在使用过程中经常发生内部精密部件由于震动冲击而导致准确性降低甚至损坏的情况。

针对这一情况，我们对验电器接触设备时产生的冲击原因进行了分析，使用操作杆进行倒闸操作时通常操作点与控制点高度差异较大，由于杠杆效应，控制点的微小幅度变动，都会在操作点产生较大幅度的位移变动，加之操作人员手臂控制力量的差异，均属于由下向上传递的不可控因素。

2）创新思路

由此，我们提出了第三条创新点，在验电器与操作杆接口位置处，增加一段柔性弹簧，在验电器接触设备的瞬间，缓冲来自下方操作杆由于相应延迟继续向前的位移，减小验电器接触设备时的冲击量，保护仪器设备，减低内部精密部件由于震动而损坏的概率。

3）创新成果

柔性验电器在实际使用过程中，很好的解决了接触金属设备时带来的冲击量，保护内部元器件，延长了验电器的使用寿命。

（2）接地模块（感光式和自锁式可拆离式接地线卡头）

1）创新需求

传统接地线借助操作杆完成导线夹持短接后，需要将操作杆与接地线卡头分离，在取回接地线时，需要将操作杆对准接地线卡头的接口进行组合。同样因为设备安装高度较高时，操作高度较高时操作杆顶端摆动幅度较大，增加自锁式可拆离式接地线卡头提高接头挂接可靠性，保障供电安全。控制操作杆对接过程往往比较费力，在夜间由于光照条件影响，视线模糊，对接过程难度更大，经常出现接地线无法取下的情况。

针对这一情况，通常的解决办法是需要另一人员使用手提灯将对接点照亮引导协助对接过程，需要两人配合完成。

2）创新思路

由此，提出了第四条创新点，能否将照明系统与接地线卡头进行结合同时接地卡头增加自锁功能，夜间挂接地线时，操作杆与接地线卡头分离，卡头的照明系统自动启动，照亮接地线卡头接口，在需要取回接地线时，引导操作杆进行准确对接。降低夜间挂取接地线的操作难度及作业人数。

3）创新成果

将传统接地线卡头进行改进优化增加自锁功能，可配合令克棒头实现快速拆装，同时在卡头内部加入照明系统，夜间在操作杆脱离卡头时，松开常闭按钮，接通内部电池电源启动LED照明系统，亮度符合变电户外局部照明亮度标准15LX，照明持续时间可达12小时，在操作杆与卡头对接后，常闭按钮按下断开电源。卡头下部可拆卸，内部电池可更换，便于维护。

（3）维护模块（带电清扫刷头）

1）创新需求

由于环境因素，户外变电设备观察窗经常由于雨水风沙等天气原因被蒙上一层泥土，导致运行人员在对设备进行巡视时无法透过观察窗准确识别设备状态，给巡视工作带来一定难度。

针对这一情况，由于无法实现带电清扫，通常的做法是在观察窗脏污导致观察困难时，及时上报缺陷，结合近期停电检修计划，对观察窗整体进行擦拭或拆卸更换，但往往等待时间较长，在此期间运行人员无法准确判断设备的状态，存在安全隐患。

2）创新思路

由此，我们提出了第五条创新点，制作特制清洁刷头，使得刷头可根据实际需求调整角度，实现对设备死角的清洁。使用同一接口，配合操作杆使用，可在保证安全距离的前提下，对观察窗表明进行清洁。

3）创新成果

带电清洁刷的使用运行人员在地面即可进行带电清扫作业，保证了带电作业安全距离，在泥土附着量较低时及时进行清扫，延长了观察窗的使用寿命，降低了运行人员日常的巡视难度，更避免了不必要的停电计划。

（4）收集模块（智能盲区巡检台）

1）创新需求

由于设备运行维护的需要，为了准确判断设备状态，运行人员需要定期收集设备信息（如设备铭牌、状态信号、温湿度、关键点等图像信息）。在日常维护中，仅需要通过状态显示屏、设备外观、温度等远距离测量。当设备出现异常后，常需要针对异常信息类型，对设备特定部位的状态进行收集分析，确定是否需要停电处理，但由于设备带电，测量人员需要与设备保持一定的安全距离，运行人员借助测温仪、望远镜等无法有针对性的对设备顶部或特定位置进行观测，导致无法判断问题关键点，无法在设备异常情况初期及时处理，延误时机，导致问题进一步扩大，被迫停运等情况。

2）创新思路

由此提出第六条创新点，在保证安全距离的前提下，借助相关设备将测量仪器送至特定位置对特定信息进行收集，延伸可操作范围。

3）创新成果

将万向支架底座更换为统一接口与操作杆进行配合，抬升仪器至所需高度，扩大采集范围、降低巡视盲区。通过支架与其他设备夹持固定，将缺陷拍照、设备测温等日常巡视项目范围扩大，增强巡视能力。

配合手动或蓝牙控制支架方向切换不同角度，实现对设备特定区域信息的采集。减低设备运行维护难度。

3.基于整体性能的智能化提升

（1）智能管理（辅助模块集成）

1）创新需求

将倒闸操作常用工器具进行整合之后，在实际使用过程中降低了巡视人员工作量及整体工作效率，但在后期统一管理中仍出现了一些需要改进的情况：

①由于不同操作人员对各个模块的熟悉程度不一，经常出现工器具取用后忘记归还或归还时错放的现象。

②由于各个模块的使用频次、操作损耗等方面的差异，不同模块对于保养及送检周期的需求不一致，导致无法做到及时维护状态较差的模块，使得工具箱整体性能降低。

③工器具在整合统一提升便携性的同时，使用频率也大大增加，导致工具箱内的温湿度波动较大，在无法做到及时维护的情况下加速了整体性能的降低。

针对这些情况，我们编写了详细的工器具使用指南、工器具管理维护制度，工器具使用台账，安排专人及时收集数据，及时对相关模块进行保养送检，但这在另一方面也增加了相关管理工作量。

2）创新思路

由此，我们提出第七条创新点，能否将工具箱与智能化模块相结合，实现各个模块工器具状态数据实时收集提示，送检周期提醒，恒温恒湿控制等智能化管理，延长工器具使用寿命，降低维护工作量，使工具箱整体性能时刻保持在较高水平。

3）创新成果

在工具箱上加入显示屏和触控面板，将各功能软件模块集成到主控芯片中。恒温恒湿系统：设定参数后，由箱内的主控芯片控制箱内的温湿度，保障箱内安全工器具处在恒温恒湿的环境，保证了箱内安全工器具的安全性。指纹识别系统：指纹识别：箱盖内置指纹识别模块，经过LCD触摸屏实现安全工器具使用人身份确认，实现工器具使用、归还跟踪。

语音提示、声光告警、RFID监测：安全工器具部件及箱内配置有RFID电子标签，经过读写部件和所放位置的电子标签可判定出这个位置对应的工器具部件是否被拿出、归还位置及电压等级是否正确等，当发现工器具与位置不符时灯光闪烁告警，避免出现错拿、错放工器具带来的安全隐患。

送检提示：通过设置安全工器具的送检时间和试验周期，在距离下次试验还有5个工作日时及时提醒送检，避免使用超期的安全工器具带来安全隐患。

（2）数据互联（远程监控系统）

1）创新需求

由于传统工器具柜就地化操作，无法将信息实现时时远传，能不能对安全工器具进行在线感知，针对这些情况，我们将安全工器具柜小型化、智能化。

2）创新思路

由此，我们提出远程监控功能，可以实现台账数据互通、时时温湿度、存放状态、使用人员远程感知。

3）创新成果

我们将通信模块嵌入主控芯片，前瞻性的拓展了5G专网接口和PMS通讯接口，可上传所有报警与提示功能，实现远方监测与控制，历史数据储存分析，设定控制器温湿度数值，安全工器具管理信息等。

针对性地开发了“多功能带电操作组合工具管理系统”，融合了“工器具借用归还、信息查询、事件记录、温湿度控制、数据导出、信息同步”。

四、成果（专利）转化情况介绍

（一）取得成果

本成果授权发明专利3项，授权实用新型专利10项，授权软件著作权1项；发表论文5篇；获奖5次；制定保管办法1项；制定智能系统说明书1项；获得质量检测2项；新闻媒体报道4次。

1.知识产权情况见表1所示。

表1  本成果知识产权情况

2.获奖情况

（1）中华全国总工会职工技术创新优秀奖；

（2）中国电力企业联合会电力职工技术创新二等奖；

（3）中国设备管理协会中国设备管理创新成果二等奖等；

（4）国家电网有限公司“双越之星”银奖。

3.工器具保管办法

国网新疆电力公司阿克苏供电公司工器具使用保管办法（多功能操作组合安全工器具）。

4.媒体报道

（1）新疆日报“阿克苏供电公司科技创新项目助推企业发展”；

（2）阿克苏日报“阿克苏供电公司科技创新成果显著”；

（3）新疆日报“阿克苏首套多功能带电操作组合式工具正式启用”；

（4）阿克苏日报“专利组合工具投入使用”。

（二）成果推广情况

经中科合创（北京）科技成果评价中心组织专家评审得出如下结论：该项目整体技术达到国际先进水平。

1.2021年08月18日，关于下达2021年地区专利实施项目计划及资金的通知（便携式多功能成套安全工器具的研制与应用）；

2.2019年02月01日，本成果入选国网新疆电力有限公司生产专业新技术推广应用计划（多功能带电操作组合工具）；

3.2020年12月7日，与国网电商科技有限公司签订知识产权运营咨询服务合同，本成果在上海联合交易所挂网交易；

4.2021年12月14日，与新疆信息产业有限公司签订技术许可合同进行成果转化推广应用；

5.2018年11月27日，乌鲁木齐电之助商贸有限公司专利租聘合同书（一种组合式电力操作杆）；

6.2015年04月25日，国网新疆电力公司阿克苏供电公司工器具标准化作业指导书（多功能操作组合安全工器具）；

7.2015年04月25日，国网新疆电力公司阿克苏供电公司工器具使用保管办法（多功能操作组合安全工器具）；

（三）成果应用证明

成果得到了阿克苏政府领导的肯定，同时获得国家    “时代楷模”、二十大代表张黎明的赞许

1.2021年09月03日： 新疆康瑞欣纺织有限公司将本创新成果应用于棉纺织行业用户电力设备的运维操作工作中；

2.2021年09月02日：新疆佳绣纺织有限公司将本创新成果应用于用户侧电力设备的运维操作工作中；

3.2021年08月31日：阿克苏泰源纸业有限公司首次将本创新成果应用于造纸行业用户电力设备的运维操作工作中；

    4.2021年08月31日：阿克苏地区博大钢结构有限责任公司将本创新成果应用于用户侧电力设备的运维操作工作中；

5.2021年06月26日：阿克苏疆渝纺织有限公司将本创新成果应用于棉纺织行业用户侧电力设备的运维操作工作中；

6.2021年06月23日：阿克苏远大纸业有限责任公司将本创新成果应用于造纸行业用户电力设备的运维操作工作中；

7.2021年06月23日：阿克苏华盛达建材有限责任公司将本创新成果应用于建筑行业用户电力设备的运维操作工作中；

8.2021年06月21日：阿克苏兴业达棉业有限责任公司将本创新成果应用于用棉纺织产业户电力设备的运维操作工作中；

9.2021年06月17日：阿克苏市烨峰农牧机械有限公司将本创新成果应用于用户侧电力设备的运维操作工作中；

10.2021年06月14日：阿克苏浙疆果业有限公司将本创新成果应用于用户侧电力设备的运维操作工作中；

11.2021年06月10日：四川昌泰建筑工程有限公司阿克苏市分公司将本创新成果应用于用户侧电力设备的运维操作工作中；

12.2021年06月07日：阿克苏润通仓储服务有限责任公司将本创新成果应用于用户侧电力设备的运维操作工作中；

13.2021年03月06日：国电阿克苏河流域水电开发有限公司将本创新成果应用于水力发电厂电力设备的运维操作工作中；

14.2020年03月06日：徐矿集团阿克苏热电有限公司将本创新成果应用于火力发电厂电力设备的运维操作工作中；

15.2020年03月06日：华能新疆能源开发有限公司托什干河水电分公司将本创新成果应用于水力发电厂电力设备的运维操作工作中；

16.2019年12月28日：乌鲁木齐电之助商贸有限公司通过技术许可方式获得将本创新成果技术并成功进行生产销售。

五、经济和社会效益介绍

（1）经济效益

近三年相关数据表明，阿克苏公司220千伏及以下变电站产生效益约2100万元，其它各地州公司产生效益约1324万元；水电、纺织、农林果业、建材等行业产生效益约2192万元。总经济效益约5616万元。

  （2）社会效益

响应国家号召，带动行业的发展，为用户带来安全、高效的服务。对企业收益、改善民生、减少资源浪费等方面起到了积极的作用。

1）提高工作效率 可缩短运输时间，提高工作效率，为用户减少用电等待时间。

2）保障安全可靠性 保障设备稳定运行，提高供电可靠性，为用户创造效益。

3）低碳环保 减少材料浪费，降低企业成本，为实现国家“碳达峰，碳中和”目标做出积极贡献。

4）创新示范引领 贯彻习近平关于实施创新驱动发展的战略，为职工创新做示范。