高壓輸電線路防繞擊避雷針切割機應用分析

呂萬輝，何守印，祝曉輝，劉明亮，司立蒙

(1.國網河北省電力公司培訓中心，石家莊 050031；2.北京深浪電子技術有限公司，北京 100011；3.國網河北省電力公司衡水供電分公司，河北 衡水 053000；4.國網河北省電力公司石家莊供電分公司，石家莊 050091)

高壓輸電線路防繞擊避雷針切割機應用分析

呂萬輝1，何守印2，祝曉輝1，劉明亮3，司立蒙4

(1.國網河北省電力公司培訓中心，石家莊 050031；2.北京深浪電子技術有限公司，北京 100011；3.國網河北省電力公司衡水供電分公司，河北 衡水 053000；4.國網河北省電力公司石家莊供電分公司，石家莊 050091)

針對高壓輸電線路防繞擊避雷針拆除困難的問題，結合防繞擊避雷針設備安裝與拆除的特點，提出研制防繞擊避雷針切割機的必要性，分析該裝置的結構、工作原理、電氣控制方案和安全性，說明該裝置在模擬線路和實際線路中的應用效果，并提出應用中的注意事項。

高壓輸電線路；防繞擊避雷針；切割裝置

1 概述

高壓輸電線路中很多線路經過山區，這些地段一般都是多雷區，電網公司為保障輸電線路的安全運行一般都需采用防雷措施，如在某些線路的架空地線上安裝防繞擊避雷針，防止雷電繞擊導線[1]。防繞擊避雷針是針對防止雷電繞擊導線和保護OPGW光纜而專門設計的一種避雷針，能有效防止繞擊雷的侵襲和減少OPGW遭受高強度雷電流的入侵，使輸電線路更加安全可靠運行[2]。對高壓輸電線路而言，在架空避雷地線上裝設防繞擊避雷針，不僅可以降低線路保護角，進而減少線路的繞擊率，且具有較強的引雷作用，提高避雷線的保護范圍[3]。這種曾經可行的避雷針隨著服役期的延長或期滿，已不再適用，甚至起負面作用，導致地線斷股或散股的隱患出現。為了防止老舊設備對輸電線路設備的損壞，同時便于更新避雷設施，需要拆除線路上原有的防繞擊避雷針。但由于輸電線路本身的特殊性和這種防繞擊避雷針安裝的特殊性，這種避雷針很難拆除，同時也不確定架空地線是否被避雷針嚴重磨損，因此，目前幾乎無法對這種避雷針進行拆除。這就需要研究設計出一種可行的拆卸方法和設備，用來拆除這些廢舊避雷針。

2 防繞擊避雷針安裝與拆除的特點

防繞擊避雷針按不同型號可適用于110～1 000 kV、±800 kV等交直流輸電線路架空地線、截面為35～250 mm2的鋼絞線、鋁包鋼絞線、良導體絞線、OPGW光纖復合架空地線等[4]。防繞擊避雷針外觀及結構示意分別見圖1、圖2[5]。

圖1 防繞擊避雷針示意

安裝要求，在架空地線上安裝配套的護線條，將線夾安裝于護線條中部，螺栓擰緊力矩65 N·m。使避雷針桿朝向線路地線外側，防振錘大錘頭朝向鐵塔，平衡球和套管盡量保持水平。安裝防繞擊避雷針時，將避雷針的線夾夾住架空地線，采用專用夾緊扳手將線夾夾緊，再用銷釘將線夾固定。專用夾緊扳手采用螺栓螺母擰緊方式，其擰緊力矩為65 N·m。用65 N·m力矩固定夾緊物，再用銷釘穿孔固定，即使用高強度機械敲打方式也很難將銷釘拆除下來。因此在沒有人員上線采用專用扳手的情況下，幾乎無法拆除。

圖2 防繞擊避雷針結構示意

3 避雷針切割機的設計

由于拆除的避雷針屬于過時設備并且以后將不再使用，在不破壞導線的情況下，可以采用切割線夾的辦法進行破壞性拆除。因此，設計了一種在帶電高壓輸電線路地線上自動行走并拆除避雷針的自動化裝置(避雷針切割機)，來拆除防繞擊避雷針。避雷針切割機要實現線上行走過程并完成對防繞擊避雷針的切割拆除，要解決3大問題：線上行走機械的行走車體結構設計，避雷針切割機的切割執行機構設計，線下遙控裝置、線上行走及執行機構裝置的通信和電氣控制。

3.1 結構

避雷針切割機線上行走車體質量約18 kg，采用橡膠輪較軟，不會對線路造成損傷。結構組成為：驅動輪，支撐輪，同步帶傳動機構，電機，前后支撐臂，兩側支架，用來安裝電池、控制電路板及無線模塊的下端支架等。

為了使線上行走平臺能夠平穩地沿高壓輸電線路爬行，在整個線上行走車體結構設計的幾何形體布局上采用對稱布置，從而使線上避雷針切割機線上爬車部分機械結構達到動力學、靜力學的平衡。所謂對稱布置是指線上行走避雷針切割機的行走車體在橫向、縱向均具有對稱分布的重量和外形尺寸。線上避雷針切割機車體和切割執行機構總體的結構示意如圖3所示。

3.2 電氣控制方案

線上避雷針切割機作業系統與線下控制模塊之間需要通過無線傳輸進行控制。圖4是一種基本電氣控制模式，該模式中通信兩端全部安裝全雙工通信模塊和通信天線，進行命令交互，操作人員通過操作線下遙控器(手持終端)鍵盤，將控制指令經遙控收發機發送給線上作業單元的雙工通信控制電路板，后者接到指令后，驅動電機或開關控制線上切割機作業系統前進、后退、剎車、緊急制動以及與切割避雷針操作相關的各種命令。

圖3 避雷針切割機結構示意

圖4 避雷針切割機電氣控制方案

3.3 工作原理

避雷針切割機能夠通過傳感器自動發現避雷針，并通過機器手爪準確抓取避雷針的恰當部位，通過無線遙控的電動切刀將避雷針切除，然后通過機器手爪拖拽回塔端。在帶電情況下，傳感器自動探測避雷器，并準確切除避雷針的恰當部位，保證切除干凈，又不傷害地線。

避雷針切割機的工作過程是將避雷針切割機放到線路上，用遙控器控制其行走。在行走之前，確保切割機的手爪處于張開狀態，切刀組件上的滑塊處于行程的最上端。控制切割機靠近避雷針，并以適當速度撞上避雷針的一端彎形防振錘上，在接觸撞擊的瞬間，切割機前部的傳感器自動識別到這個接觸撞擊，然后將切割機的手臂-手爪抱緊避雷針一端彎形防振錘，同時，切割機停止前進。這時，切刀正好處于避雷針待切割部位的上方。此時，先開啟剎車將線上避雷針切割機固定住；隨后，啟動切刀使其旋轉；接著遙控滑塊帶動切刀組件向下運動，帶動切刀向下進刀。當碰到切割部位時開始切割，直到切割完畢。滑塊在碰到行程末端的行程開關自動停止前進。切割完畢之后，避雷針上的線夾松開，避雷針與架空線徹底分開。避雷針未被手臂-手爪抱住的一端會往下掉落到切割機的托架上，拆除完畢。

3.4 安全性分析

由于避雷針切割機采用可調整的伸縮架、電動滑軌、機械手爪三部分結構，在三坐標系統中保證了較為精確的幾何尺寸，能夠在保證不傷害地線光纜的情況下，找到機器人需要切除的精確位置。由于人員不上線，使線路免受外力的破壞而造成斷股、散股現象。

4 避雷針切割機的應用及注意事項

4.1 模擬線路試驗應用

2012年3月28日，避雷針切割機在冀北電力公司北京檢修公司模擬實訓線路上進行拆避雷針試驗。在該次試驗中，避雷針切割機成功的拆除了2個圖1所示的防繞擊避雷針。最后成功的將拆除的避雷針拽回到桿塔端。從切割機靠近避雷針、抱緊避雷針防振錘端頭、切刀給進、切割避雷針到切刀退刀整個過程進展都非常流暢，試驗達到比較滿意的效果。

4.2 在實際線路中的應用

在保定淶源縣的實際線路上使用防繞擊避雷針切割機進行拆避雷針試驗。在該次試驗中，避雷針切割機比較成功的拆除了1個圖1中所示的防繞擊避雷針。在實際線路較強的電磁場環境中，整個試驗過程進展得非常順利，切除過程大約耗時20 s。

4.3 應用中的注意事項

該避雷針切割機只針對用量較大的圖1中所示的避雷針，而對其他型號的避雷針，避雷針切割機的結構和手爪不能實施切除工作。在使用過程中除了程序自動控制完成切除中的卡死和過電流的保護外，操作人員也可以通過遙控進行關機，防止電流過大將設備燒毀。同時要注意及時對機器人的電池進行充電，防止上線后無電工作。

5 結束語

隨著使用年限的增加，老舊和不適用的防繞擊避雷針已經不能適應高壓輸電線路的要求而需要拆除，采用正常的拆卸方式幾乎很難拆除掉輸電線路上的防繞擊避雷針。在允許破壞性拆除的情況下，采用切割的方式實現拆除功能的防繞擊避雷針切割機能夠有效的拆除架空輸電線路上的防繞擊避雷針。該設備已經在北京地區的電力公司和保定500 kV線路進行了現場試驗，證明可以快速自動拆除線路上防繞擊避雷針，拆除過程安全有效，能保證地線、光纜不會受到損壞。

[1] 馬興譽.防繞擊避雷針遙控遙察破除機的研究[J].科技情報開發與經濟,2012，22(12):146-149.

[2] 尋 凱.架空線路防繞擊避雷針實用化研究[J].高電壓技術，2008，34(6)：1301-1304.

[3] 張志勁，司馬文霞，蔣興良，等.特/超高壓輸電線路雷電繞擊防護性能研究[J].中國電機工程學報，2005,25(10):1-6.

[4] 蔣曉雁，趙偉勇.高壓線路絕緣與防雷裝置的設計[J].紡織高校基礎科學學報，2011,24(1):150-153.

[5] 莫付江，陳允平.輸電線路桿塔模型與防雷性能計算研究[J].電網技術，2004,28(21)：80-84.

本文責任編輯：王洪娟

Application Analysis on Lightning Rod for Shielding Failure Prevention Cutting Machine of High Voltage Transmission Line

In view of difficult backout of high voltage transmission lightning rod for shielding failure prevention,this paper proposes development lightning rod for shielding failure prevention cutting machine,analyzes the structure,electric setting project,and principles,illustrates the application results in simulation line and real line,and advances the attentions during application.

high voltage transmission;lightning rod for shielding failure;cutting machine

2013-04-18

呂萬輝(1963-)，男，高級講師、工程師，主要從事輸配電專業培訓教學研究工作。

TM863

B

1001-9898(2013)04-0035-02