一種適用于臨時接地線操作的新型電動接地操作桿研制實踐

雷強 陸卓淵 余佳文

摘要：當前變電站臨時接地線的裝設及拆除操作大多采用手動旋轉接地桿的方式完成，耗費大量人力及時間。為解決裝拆接地線費時費力的問題，設計研制了一種適用于臨時接地線操作的新型電動接地操作桿。該操作桿采用直流減速電機作為動力裝置，具備正反向旋轉以及自動停止功能。當前該產品已得到試用并在部分變電站推廣應用，有效提升了變電運行人員操作效率。

關鍵詞：臨時接地線;減速電機;電動旋轉;接地操作桿;

0 引言

當前變電站值班員在裝設或者拆除臨時接地線時，采用的操作方式是旋轉接地操作桿來旋緊或松開接地頭，每相操作需要旋轉15-30圈不等。同時，出于安全考慮，變電站值班員需要戴上絕緣手套進行臨時接地線的裝設或拆除操作，操作難度加大，經常要在每一相操作中途停頓一下再操作，每相操作約需要轉動操作桿3分鐘，三相操作約需要轉動操作桿10分鐘，操作多組接地線后手臂會發酸、乏力，甚至手會出現抖動現象，給后續操作帶來不安全因素。

為解決臨時接地線操作耗費大量人力和時間的問題，本項目研制了一種適用于臨時接地線操作的新型電動接地操作桿，設計重點包括三部分：1）可旋轉螺旋壓緊式接地鉗頭;2）玻璃纖維絕緣桿及其接地鉗頭接口;3）電動旋轉機構，電機控制回路可實現正轉、反轉和停轉控制功能。現已推出第二代產品，并在部分變電站得到推廣應用。

1 電動接地操作桿的預期目標

本文設計研制的電動接地操作桿，預計實現的目標包括：

（1）采用直流減速電機作為動力裝置，通過電機正轉、反轉及停轉，可以實現接地桿及接地鉗頭同步轉動，其扭矩足以旋緊或松開接地線夾;

（2）電機控制回路具備防誤觸碰后自動運行功能、夾緊后自動停止功能;

（3）實現電動操作節省人力、時間，預期目標為一般操作中裝設1-2接地線，可以節省10-20分鐘，大型操作中，裝設3-7組地線，可以節省30-60分鐘。

2 設計電動接地操作桿

2.1功能要求

（1）電池組可充電，有過充保護回路，外露控制開關、充電接口具有防水功能;

（2）設置有運行指示燈和電池欠電指示燈;

（3）接地桿能電動操作，并且當接地線夾鎖緊到位后電機會自動判斷并停止轉動，另外，該接地桿也能手動操作;

（4）電機與同軸器連接牢固，垂直線位于同個圓心，裝設或拆除臨時接地線時穩定可靠。

2.2結構

新型電動接地操作桿由電動旋轉工具、普通耐高壓絕緣接地桿組成，其中電動旋轉工具為手持部分，可以連接通用類型絕緣接地桿，并帶動絕緣接地桿轉動，實現接地線操作。與第一代產品相比，第二代產品在結構上的改進包括電動旋轉工具部分以及電機與動力輸出結構的連接部分。

2.2.1電動旋轉工具

該新型電動接地操作桿的設計重點及主要功能部件為電動旋轉工具，其主要結構如圖1所示。電動旋轉工具包括電源組件、殼體、減速電機、固定套筒、動力輸出筒和換向開關。殼體相對設置有第一端和第二端。電源組件與第一端固定連接。減速電機遠離輸出軸的一端沿第二端伸入殼體并固定，并與電源組件電連接。減速電機設置于固定套筒內，并通過固定套筒與殼體的第二端固定連接。動力輸出筒與減速電機的輸出軸固定連接，并與固定套筒遠離殼體的一端轉動連接。換向開關設置于殼體內，并分別與減速電機和電源組件電連接，用于控制所述減速電機的正反轉。

在使用電動旋轉操作工具時，工作人員可一只手握住電源組件部分，另一只手握住殼體。同時動力輸出筒的輸出螺紋與絕緣接地桿相連。工作人員按下電源開關，控制電源組件給減速電機供電，然后再向前按下換向開關，控制減速電機順時針旋轉（即正轉），絕緣接地桿被動力輸出筒帶動，順時針旋轉，即可實現接地鉗旋緊。工作人員向后按下換向開關，控制減速電機逆時針旋轉（即反轉），絕緣接地桿被減速電機帶動，逆時針旋轉，即可實現接地鉗放松，由此輔助人工完成對絕緣桿的旋轉工作，提高工作效率。

2.2.2漲套過渡套

漲緊套又稱動力鎖，在高強度拉力螺栓作用下，在內環與軸之間、外環與外套件之間產生巨大抱緊力，以實現機件與軸的無鍵聯結。漲緊套為標準件。實際應用中，根據軸的尺寸選擇漲緊套。但外套件受到應用場景限制，外套件的內徑會大于外環的外徑。怎樣才能使漲緊套與外套件匹配使用是亟待解決的問題。在新型電動接地操作桿第二代產品中，即設計并使用了漲套過渡套，套設于漲緊套和動力輸出頭之間，以增加電動接地操作桿的動力輸出筒與漲緊套連接的牢固性，進而實現接地操作的可靠性。漲套過渡套結構如圖2所示。

2.3關鍵技術點

2.3.1接口設計

電動轉動裝置與拆卸式接地線夾的接口設計，應滿足與市場上常用的拆卸式接地線夾匹配的要求。電動旋轉裝置的接口，需要與拆卸式接地線夾與電動裝置完美對接，要求適用于等徑絕緣桿的通用接口。

2.3.2旋轉機構設計

采用直流減速電機作為動力旋轉機構，力矩應足夠旋緊或松開接地線夾，當接地線夾旋轉機構電力不足或者發生緊急狀況下，可以手動旋轉擰緊和拆除接地鉗頭。另外，電機與接地桿旋轉裝置應能同軸旋轉，不偏心。

設計難點：（1）電機的阻斷力矩要適當，既要保證臨時接地線能牢靠，又不能力矩過大;（2）同軸器選擇要恰當，確保電機和同軸器連接牢靠，否則將造成接地線夾偏轉、不同心，接地線操作時會有不穩定現象，接地線夾有可能滑脫。

解決措施：（1）通過力矩測試儀測試將臨時接地線線夾夾緊的力矩，在選擇電機時選擇力矩稍大于測試的力矩值即可，經過反復測試，電機力矩選擇28～32N·m;（2）定制加工同軸器，從電機出來后經過聯軸器、同軸器連接接地線夾，確保接地桿同心旋轉、不偏轉。使用專門為第二代電動接地操作桿設計的漲套過渡套，確保動力輸出筒連接牢固，接地線操作可靠。

2.3.3控制電路設計

電機控制電路應能實現控制電機正轉，反轉，停轉。同時，還應具備防誤觸碰后自動運行功能、夾緊后自動停止功能。

2.3.4其它輔助器件選型和加工試制

選擇拆卸式接地線夾，定制絕緣桿，設計加工各主要部件之間的連接部件，加工外殼等。

3 電動接地操作桿的測試和應用

3.1 測試

3.1.1測試方案

在變電站備用間隔進行測試，對電機的力矩、線夾接觸電阻、充電電池、電機和同軸器固定的穩定度等參數進行校驗。具體內容為：

（1）電動接地桿正轉、反轉、停轉功能測試：通過正轉和反轉模擬裝設1組接地線的流程來考核是否能達到預期目標，測試過程順暢、不卡滯。

（2）夾緊度測試：選用的電機轉動力矩為30N·m，通過新型和傳統的2種類型的接地桿來裝設同一組接地線，接地線夾緊度適中，不損傷導線，線夾和導線接觸良好，不松動。

（3）縮減裝拆接地線時間測試：通過新型和傳統的2種類型的接地桿來裝設同一組接地線，進行時間和效率的對比分析，要求達到預期目標。

（4）接觸電阻：通過新型和傳統的2種類型的接地桿來裝設同一組接地線，測試被測試導線通過不同種類接地桿操作接地后的對地電阻值。

3.1.2測試工器具

新型電動接地桿1套，傳統接地桿1套，臨時接地線1組，萬用表1塊，秒表1塊。

3.1.3測試條件

在110kV備用間隔（未接入電網）開關靠CT側A相、B相、C相導線進行測試，裝設前將接地線都展放好，操作桿都組裝完畢;拆除前將操作桿都組裝完畢;測試時間是純裝設和拆除的時間。

3.1.4測試結果

測試結果詳見表1。裝設和拆除臨時接地線的操作簡單、快捷，傳動軸傳動情況良好，無卡澀堵轉現象，電路控制正常，總體功能符合預期要求，可以大幅度節約操作人員的體力，新型電動接地桿比傳統接地桿在裝設時省時85.4%;在拆除時省時80.3%。開關機電路和電機控制回路配合良好，裝設時可以在鎖緊后自動停轉，力度適中，既能擰緊又不損傷導線，信號燈指示明確，完全滿足現場使用條件。

3.2 創新點

（1）電動接地操作桿。臨時接地線由手動旋轉方式改為電動方式操作。

（2）操作桿具備自動鎖緊功能。操作將線夾夾緊導線后自動停轉。

（3）設計旋轉筒。將電機、D形孔齒輪、減速器和輸出軸可靠地固定起來，確保操作桿同心旋轉。

（4）設計漲套過渡套。第一缺口為鋸齒結構，徑向剪切力部分分解為環向拉力，動力輸出頭的內壁受力均勻，確保漲緊套和所述動力輸出頭連接牢固。

與第一代產品相比，第二代新型電動接地操作桿將電動旋轉部分設計到近手端，通用性更強。此外，漲緊過渡套的使用，使第二代產品結構更加牢固，確保接地操作更加可靠。同時，第二代取消了遙控器，直接將開關設置于手持電動旋轉工具上，無需進行遙控器配對，操作更加便利。

3.3 應用情況

當前已在4個變電站配置本文所設計研制的電動接地操作桿，獲得了顯著的安全效益和經濟效益。

3.3.1安全效益方面

本項目成果可以讓臨時接地線的操作時間縮短，直接提升操作組的工作效率。對于大型操作，該裝置有助于操作組提前30-70分鐘完成工作，如果算上送電時拆除接地線所節省的時間，可以節省60-120分鐘。停送電時間的縮短以及對人力的節省，保證了操作組執行操作的可靠性，提高了電網的穩定性，具有顯著的安全效益。

另外，電動接地操作桿從根本上解決了操作人員手動旋轉接地操作過程會出現手臂會發酸、乏力、手會出現抖動現象的問題，避免了舉高時力量不支使地線和操作桿倒下碰觸帶電設備的風險。

3.3.2經濟效益方面

電動接地操作桿還具備減少停電時間帶來的供電電費營收增加：本文設計研制的電動接地操作桿應用在4個敞開式變電站，每個變電站按每個間隔裝設2組接地線，按停送電時間減少1小時計算，每年每個變電站按10個110kV線路間隔、6個220kV線路間隔計算，每個間隔負荷按300A計算，居民電價按0.68元/kWh計算，4個變電站每年可增加供電電費營收：[0.68元/kWh×（110kV×300A×1.732）×10個線路間隔×1小時+0.68元/kWh×（220kV×300A×1.732）×6個線路間隔×1小時]×4個變電站=342.02萬元。

顯然，該電動接地操作桿具有顯著的經濟效益，值得在更多地區推廣應用。

4 結語

本文設計研制的新一代電動接地操作桿，經過設計、研制、試驗及試用后，已具備電動操作、自動停止等功能，相比第一代產品，結構上更加穩固合理，可確保可靠裝設、拆除臨時接地線的要求，達到了節省操作時間及人力成本的目標，在部分變電站的應用情況良好，具有顯著的安全效益和經濟效益，值得在更多地區推廣應用。用戶也可根據實際情況選用第一代或第二代產品。

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[2]高海安. 新穎的軸向定位結構——用漲緊套代替傳統的鎖緊螺母[J]. 裝備機械， 2002（03）：27-30.

[3]單政強， 吳羅凌. 齒輪減速電機[J]. 電世界， 2000， 041（005）：11-12.

作者簡介：

雷強（1977），男，山西平遙人。高級工程師，工學學士，長期從事變電設備設施、安措物資技術研究、運行維護和管理工作。

陸卓淵（1996），男，廣東潮州人。工學學士，從事變電設備設施運維管理工作。

余佳文（1992），男，湖北武漢人。工學學士，從事變電設備設施運維管理工作。