0 引言

变电站端子箱是室外电气设备与室内测控、保护、通信等设备连接的中间环节，一般就地安装在设备旁^[1]。端子箱受环境、天气因素影响大，尤其是在风沙大的季节，室外端子箱内脏污程度十分严重^[2]。由于内蒙古地区风沙大，使得变电站端子箱经常覆盖很厚的尘土及其他杂物，极易导致直流二次回路对地绝缘电阻下降，严重时会形成直流正电源或负电源接地；如果造成直流两点接地，则会引起直流保险熔断，保护拒动或误动，影响设备乃至变电站的安全运行。因此，改善端子箱的运行环境，可以确保设备的安全稳定运行^[3-4]。

当前对变电站端子箱采取的清洁方法主要是传统手工扫刷，效率低、效果差。本文借鉴吸尘器的原理，研制了一种双电动机形式，结合扫刷、吸尘于一体的变电站端子箱新型便携式清洁工具。

1 变电站端子箱现用清洁方法存在的不足

内蒙古地区变电站端子箱除尘的方法通常有3种：人工使用毛刷清扫，“皮老虎”吹灰以及吹气气泵除尘。

最基本的方法是人工使用毛刷清扫，该方法有2个缺点：清扫下来的灰尘会散落到其他地方，需要再次反复清扫或用抹布清洁；人手很难探入较狭窄的地方，如有操作不当极易造成低压触电或导致端子开路、短路^[2]。

在实际工作中往往是这3种方法共用，但清洁效果并不理想，很多角落里的厚重灰尘根本无法清扫，需要很长时间才能用气泵吹出，并且会吹到端子箱其他接线处，造成重复工作。此外，检修和运行人员用上述方法清扫时，必须要“全副武装”，往往会有很多灰尘被风吹到工作人员的脸上、眼睛里，危害人员健康。由于传统的工业毛刷上存在导电部分，使用前一定要用绝缘胶布裹起来做好绝缘措施，工作人员在清扫过程中因为毛刷导电部分与二次回路接触造成触电事件时有发生，存在很大的安全隐患。因此，工作现场急需一种新型高效的变电站端子箱清扫工具。

2 便携式新型清洁工具设计 2.1 方案可行性分析 2.1.1 方案1

将现有毛刷改为电动刷头，内置电池，按一定频率来回振动，将死角的积灰泥土轻松振动下来，这样可实现清扫工具的绝缘化，避免人员触及导电部分，保证工作人员的人身安全。该改进方案可以节省人力，对于死角的顽固灰尘可以反复扫刷，但是对底面尘土的清扫还需要用抹布等工具，而且清扫效果不佳。

2.1.2 方案2

为提高清扫速度与清洁效果，用便携手持式吸尘器替代3种传统方法。这种吸尘器市面上就有出售，而且功率较大，吸头细微，手柄可手持，使用方便，对其进行重新设计和改造后，完全可以实现电动清扫和电动吸尘功能合二为一。改进后可以解决狭窄部位不易清扫及金属部位带来的人身安全问题。但是清洁效果完全取决于吸力的效果，有些部位不易吸起，清洁效果依然欠佳。

2.1.3 方案3

结合方案1、2，设计扫刷、吸尘一体的清扫工具。在制作方法上，将吸尘器、手柄、毛刷组合在一起，工具模板可通过生产厂家采用3D打印技术制作，吸尘功率为120 W，刷头功率为2 W，可根据不同变电站所属地区天气情况以及设备情况变换型号，满足可吸起普通颗粒、灰尘和其他杂物要求；吸头设计为软管，可自由弯转，以便吸取设备细微之处的灰尘，对变电站端子箱任何空间进行清扫；电源设计成可充电锂电池进行供电，充满电后可使用超过20 min，使用方便简捷。工具组装依据设计图来进行，组装简单易行。

该方案可解决清扫时间长、狭窄部位不易清理、金属裸露部分易造成短路的问题，从而缩短清扫时间，减轻工作人员的劳动强度，提高清扫质量，消除设备隐患。

2.2 方案设计原理

从功能上来看，便捷式变电站端子箱清洁工具内置电路分为电动刷头回路和吸尘回路，分别由不同的电动机驱动，依据现场工作需要进行参数设置，具体如表 1所示。其电路原理图如图 1所示。

2.3 装置设计 2.3.1 整体设计

装置整体由清扫刷头、吸尘装置、动力装置、电源及其他配件组成。大致可分为：外壳、机身（含电动机、电池）、电动毛刷、集尘袋、吸尘入口、加长软管、过滤网以及2个开关。装置设计图如图 2所示。

装置外壳前窄后阔，形似蜗壳，其前端呈管状，连接吸尘嘴和集尘仓、集尘袋；集尘仓与风嘴连通，呈圆筒形；装置正对风扇的一面设有过滤网，底部设有能开闭的小洞，可以连接集尘袋，集尘仓部分可以取下，以便及时将灰尘倒出。

吸尘电动机固定于蜗壳内中部，该电动机转轴装有风扇；扫刷电动机同样装在机身腔体内，直流蓄电池通过装于外壳把手上的调档控制开关（可实现吸尘和扫刷2种功能），与电动机输入端相连。

2.3.2 扫刷设计

由固定安装于机身腔体内的步进电动机控制刷头在设备脏污部位来回振动实现自动清扫功能，毛刷采用绝缘性能好、硬度较好的猪鬃毛，以清除顽固灰尘。

2.3.3 吸尘设计

电动机产生的吸力将灰尘吸入，流入集尘仓内，同时利用过滤网阻挡杂物进入机身，防止电动机、电池部分遭到破坏。可灵活弯曲的软管能够伸入到端子箱的各种死角，大大增加了吸尘的范围^[5]。

2.3.4 电源设计

考虑到在变电站使用时，如果采用交流电源，因电磁感应原理，可能会产生感应电流，造成安全隐患，因此本装置选取直流电源，并设计为可充电式锂子电池，增加使用的灵活性和简捷性。

2.3.5 材料选择

便携式端子箱清扫工具机身以高质量航空铝为主要材质，质量轻、强度大，经久耐用。刷毛材料以绝缘性能为主选择脱脂猪鬃毛；刷头和刷板以绝缘性能为主考虑选择环氧树脂柄；刷头形状采用扁方形和圆柱形。

3 应用效果

新型便携式端子箱清洁工具在包头供电局固阳地区变电站现场进行应用试验。经检验，该新型清洁工具解决了现有清扫方法和工具上存在的不足，降低了运维人员和检修人员工作量。具体效果如下。

（1）提高了工作效率。清扫1个端子箱平均用时由15 min降低至10 min，降低了工作人员的劳动强度，工作效率提高了33.3%。

（2）减少了后续投资。将各类工器具集成使用，给工器具保存管理带来便捷，降低了工器具损坏、遗失的可能性，从而优化了日常工具管理，减少了后续投资。

（3）促进变电站标准化建设。新型便携式变电站端子箱清洁工具的推广使用，可以促进各变电站统一工作方法，推进标准化建设进程。

（4）保障职工健康。使用新型便携式变电站端子箱清洁工具，大大减少了在清洁端子箱过程中飞起的灰尘，使得运行检修人员吸入这些颗粒物的概率大大降低，减轻了该项工作对工作人员的健康危害。

4 结语

新型便携式变电站端子箱清洁工具组装方便、使用便捷，可提高现场工作中变电站端子箱清洁效率和清洁质量，降低了职业健康危害，使得变电站设备的清扫工作趋于简单、安全，促进了变电站运行维护的标准化建设进程，值得推广使用。