电气化铁路牵引供电系统智能化绝缘工具摇测装置的研制

黄 旗，要 磊，杜向东

（中国铁路兰州局集团有限公司兰州供电段，甘肃 兰州 730010）

电气化牵引供电行业的从业人员离不开绝缘工具，他们在进行日常检修作业工作时，必须要借助这些绝缘工具来做好安全卡控措施。在高压电网上开展工作，不管是日常维护还是检测试验，操作人员的人身安全都依赖于绝缘工具的安全保护。其真实耐压性会随着使用时间、环境、温度的变化而衰减，因此在使用前必须要进行绝缘摇测，确保作业人员使用的绝缘工具性能良好。而电气化铁路牵引供电的扩张式发展，使得绝缘工具使用次数大大增加，需要进行的维护工作也随之增加。所以，对于绝缘工具的摇测装置，智能化是其最佳研制方向。

1 关于绝缘摇测系统的现状研究

电气化铁路牵引供电工作者的基本操作都与绝缘工具有着不可分割的关系。《电气化铁路安全工作规程》作为工作人员必须遵守的规则，明确规定了在带电作业时，所用绝缘工具进行检测试验的间隔周期为半年。试验的具体内容是，人为设定不同的环境，分别测量绝缘工具的沿边绝缘强度和层间绝缘强度，相关指标（如沿边闪络电压）必须达到规定的电气强度数值。一般这种对绝缘工具有效性进行检测的实验，都会委托给专门的试验机构，而且鉴于对试验精度的高要求，每次操作的成本都很高。因此，大部分供电行业在日常工作中，都是在开始作业前自行检测各种工具的绝缘性能。

目前应用最广泛的工具是兆欧表。在检测时，分别用2 个表笔，连接绝缘工具表面的不同位置，从而得出规定距离上的电阻值。这种摇测方法原理明确、操作简单，但是缺点也很明显。最主要的缺点是缺少固定台位，整个摇测过程全靠作业人员手动操作，而且必须3 个以上工作人员同时协作，才能顺利完成某个绝缘工具的摇测工作。其次是单次测量范围太小，正因如此，在实际操作中需要重复多次操作，不但增加了实际工作量，也容易出现错漏问题。此外，人工操作的误差问题难以避免。例如，在测量绝缘杆时，按照相关规定，应该测量2 cm 范围内的表面阻值，在达到700 MΩ以上时，才能认为其状态良好，可以投入使用。但是无法完全保证每次测量都可以精确到2 cm，所以得到的实际测量数值误差很大。

目前人们需要频繁地对绝缘工具进行摇测。根据调查，在兰州一个供电段内，2021 年共计114 个班组使用绝缘工具，其中，变配电班组占约50%的比例，接触网和电力班组各占约25%。调查显示，每天都有各个班组的绝缘工具使用记录，也就是说，无论哪个班组，每天至少都需要完成一次摇测工作。全年的摇测工作数目，保守计算为4.1 万次。

根据实际观察，这种摇测方法对人力的浪费相当大。一次摇测过程一般需要配备2 个抬绝缘杆的人和2个分别操作兆欧表表头和线端的人，这几个人必须密切配合，才能得到最终摇测结果。而且其中的安全风险也是无法忽视的，作业人员在移动时，一旦操作不准确，就可能发生电击伤事件。

在调研时发现，也有许多工作者发现了这些问题，对这一原始的摇测工具进行了改进，但这种改进依然浮于表面，如只是把检测表笔略作改动，变成更敏感的电极片等，没有从根本上解决真正的缺点。要改变检测效率低、安全隐患大的现状，必须结合实地调查，研制出一款有适用性的智能化摇测装置。

2 新型装置研究的目标、内容和方法

2.1 新型装置要达到的预期目标

回归到绝缘工具摇测装置的功能定位上，这一新装置要满足的第一个基本功能就是安全性。必须要准确识别出绝缘功能不佳的工具，保证摇测合格的工具都具有良好的工作状态，彻底杜绝绝缘工具出现纰漏而造成的安全问题。

在保证安全的基础上，要达到较高的摇测效率。让工作人员可以在相对更短的时间内，用更快的速度完成对绝缘工具的整组摇测。新装置加设一个固定台位，在摇测时不必再到处跑，在固定位置即可快速完成。

新装置也可以大大解放作业人员的双手，不再需要多名工作人员团体作业，而是可以由单人自主完成。它可以大大节省人力资源，称得上是省时省力的优良装置。

在摇测结果的准确性上，也有改进。采用数字兆欧表，将其2 个接线端和绝缘杆件进行可靠的连接，在数字显示的同时，还加入了语音播报，使结果能被人们更精准地接收到。

因此，新型智能摇测装置的目标可以概括为安全有效、快捷方便、节约资源、记测准确等。除此之外，在这一新产品成功研制出来后，可以量化生产，在电气化铁路领域中大批量使用，通过提高工作效率和人员利用率，创造更多的经济效益。

2.2 新型装置的主要研究内容

首先，研究出具有实用性的摇测专用台面；其次，用绝缘支架包裹台面，在下方加设主箱体，以装设伸缩摇测线和数字兆欧表；最后，在台面上依次镶嵌好数字显示屏（用来自动显示摇测结果）、语音播报器（用来实时播报摇测结果）和蓝牙打印机（用来自动打印检测报告单），并装设好具有自动摇测功能的按钮，摇测自动化和智能化得到初步实现。

2.3 新型装置的主要研究方法

研究方法主要针对各个零部件在箱体中如何合理有效镶嵌，确保在进行实际摇测时，只需要将绝缘杆件放在台面的任意位置上即可，开启自动摇测按钮后，可以在短时间内得出结果，原始摇测的弊端都能得到有效处理。

2.4 新型装置实现的效果

该装置最终实现智能诊断，它将“数字兆欧表”检测后的数据传送给TTS 控制主板，TTS 控制主板将监测数据进行智能诊断分析，判定数值是否合格，随后将诊断口令信号分别传递给“语音播报器” 和“蓝牙打印机”，最终实现语音播报检测结果和蓝牙打印“检验报告单”。

3 新型装置的结构与使用方法

笔者在中国铁路兰州局集团公司兰州供电段进行现场调研后，提出改造绝缘工具的摇测装置，通过分析已有装置，结合电气知识和人工智能知识制定对策，研制改造出新的摇测装置，并经过无数次现场试用，不断对其中的瑕疵之处做出改进。从而研制出了真正具有实用性的固定台位，进一步优化了现有摇测手段，改变了多人合作摇测的局面，只需要一人一按键，就可以自动完成整个摇测流程，并自动用人工语音播报、蓝牙打印出摇测结果，真正做到了电气化铁路牵引供电系统中所用绝缘工具摇测的智能化。

这项改造是为了克服现有技术的缺陷，解决当前摇测装置使用过程中的不合理之处，其功能框架设计如图1 所示。

图1 新型绝缘工具摇测装置的功能框图

其电路结构如图2 所示。

图2 电路控制示意图

在外形方面，箱体为长方体，以mm 为单位，尺寸分别为长=1 000 mm，宽=500 mm，高=300 mm。整个摇测箱装置的总高度是850 mm，包括底部250 mm 高的绝缘支架和300 mm 的箱体支脚。箱体的几何造型稳定，所用材料结实，拼接牢固不易变形；绝缘支架的用材取自环氧树脂，整个支架表面非常光滑。此外，箱壁的厚度为2 mm；箱体内部伸缩摇测线为电鼓式，其线径大于或等于2 mm；护套的直径必须大于或等于5 mm；具备数字显示功能的兆欧表必须达到国家规定的相关技术标准以上。其外形结构如图3 所示。

图3 新型装置的立体结构图

该技术装置的具体构造如下：①该装置的核心在箱体内部，其中安设的摇测表，支线从箱体中伸出，立在台面上。台面上的绝缘支架是可拆卸调节的，实际使用中只需要将所测绝缘杆放在该支架上即可。②绝缘支架的下部是大底板，底板的两端分别设有2根立杆，其上端都是以舒缓的U 形为截面的支撑头。绝缘支架在台面的对应位置上，另有安设的定位座。其转动头设在箱体内部，向上通过插杆上部的档条，对应地板上的插孔和相适配的插槽。③箱子两侧的卷线器是可自动伸缩的，上文中说的摇测线就盘绕在卷管器中。此外，在台面上分别设置了启动开关、显示屏、语音播报器和蓝牙打印机，分别用来开启摇测装置、显示兆欧表数值和用语音将这一数据播报、打印出来。为了更清晰地展示这一新装置，做出了它不同部分的视图，分别如图4—图6 所示。

图4 定位座处的俯视图

图5 底板处的局部俯视图

图6 新结构的整体主视图

重点结合图6，简单介绍该装置进行摇测的实施方式。在正式摇测开始前，先把可拆卸绝缘支架安装好。安装时，将标插杆插入底板上的插孔中，此时档条和插槽是正对的。插好后，转动插杆，使档条与插槽成错位状，绝缘支架就被牢牢卡住，固定在相应位置上。然后将绝缘杆安放在上边，把需要测量的绝缘工具安置在支撑头上，把相应长度的摇测线分别夹在绝缘工具上，打开台面上的开关，就可以开始摇测作业。摇测过程中需要外接电源，启动后，各个元件进入工作状态，兆欧表即时出现数值，显示屏和语音播报将测量数值输出，对工作人员来说，省去了烦琐的读数过程。摇测完成后，两侧的卷管器解除限制，可以自动收卷工作中放出的摇测线。

4 新型摇测装置研究的总结和后续展望

保证牵引供电设备的安全、稳定是现代化铁路牵引供电系统的基本要求。在牵引供电设备上检修作业，绝缘工具的安全性尤为重要，因为它直接决定着操作人员的生命安全。目前的检测设备虽然已经在往智能化方向发展，但依然存在一些小瑕疵，如检测手段及绝缘工具日常状态管理仍然不完善等。今后的发展将会更趋向智能化、精细化，植入“绝缘工具摇测管理软件”，将日常摇测记录留存，支持USB 接口转储功能，继续改进并运用到绝缘子、电缆绝缘电阻检测等方面，更有助于牵引供电系统的稳定供电。

5 结语

近年来，铁路系统电气化的快速发展，进一步提高了对绝缘工具摇测实验装置的标准和要求。目前的实验系统中，技术水平不高，沿用古老的兆欧表摇测，智能水平和精细化程度偏低，加上耗时长，已经不能适应当前铁路牵引供电的要求。

因此，结合实际工作，探究出了新型的摇测装置，通过增设固定台面和加入智能化播报显示屏、蓝牙打印检测数据，基本改善了原摇测工作中的缺陷问题，为促进该系统的发展作出了有效探索。在后续工作中，广大从业者和研究人员还应继续努力，贡献自己的力量。