一種新型智能接地線的研制與應(yīng)用

王沁洋

（國網(wǎng)江蘇省電力有限公司海安分公司，江蘇 南通 226600）

0 引言

《電力安全工作規(guī)程》規(guī)定，接地是保證安全的技術(shù)措施之一。在日常檢修工作中，開關(guān)柜內(nèi)常用旋轉(zhuǎn)夾緊式接地線。由于施工中人員誤碰或振動等原因，因接地線裝設(shè)不緊、接地線與導(dǎo)體接觸出現(xiàn)松動時(shí)，我們無法通過肉眼直接判斷，也沒有可靠的技術(shù)檢測手段，這就容易帶來重大安全隱患。若接地線與導(dǎo)體接觸出現(xiàn)松動時(shí)，如遇突然來電，接地點(diǎn)因接地電阻增大帶來的暫態(tài)過電壓會嚴(yán)重威脅檢修人員的人身安全。為此，針對電氣設(shè)備檢修中接地線松動時(shí)缺乏自動監(jiān)測和告警手段的不足，考慮在不改變現(xiàn)有接地線安全性能和基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的前提下，設(shè)計(jì)制作一種帶有警報(bào)功能的新型智能接地線[1]。

1 工作原理

新型接地線是帶有警報(bào)功能的三相結(jié)構(gòu)，其中每相接地線均由絕緣棒、導(dǎo)線端線夾、報(bào)警裝置、接地引線組成[2]。其樣例裝置如圖1所示。

圖1 接地線樣例裝置

整個(gè)接地線工具包括ABC三相，每相具有相同的結(jié)構(gòu)。其中，每相的導(dǎo)線端線夾由固定引電部分和活動線夾組合，通過操作絕緣棒可將待檢修導(dǎo)線和線夾進(jìn)行電氣連接，同時(shí)拆除也較便捷。壓力傳感器置于線夾內(nèi)用來采集線夾間壓力值，從而判斷接地線是否松動，并聯(lián)動觸發(fā)警報(bào)裝置。當(dāng)其大于閾值上限時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出“該相接地線松動”警報(bào)，現(xiàn)場也會發(fā)出尖銳的蜂鳴聲。3組導(dǎo)線端線夾底部先進(jìn)行等電位連接，通過接地線短路后將電荷引入大地，從而保證檢修人員人身安全與設(shè)備安全。

2 方案設(shè)計(jì)與實(shí)施

基于新型智能接地線工作原理框架，結(jié)合電力檢修場景下的安全性、可靠性需求，我們開展方案設(shè)計(jì)和實(shí)施驗(yàn)證工作。本文的設(shè)計(jì)主要圍繞絕緣棒、導(dǎo)線端線夾、報(bào)警裝置和接地引線等四部分進(jìn)行。

2.1 絕緣棒設(shè)計(jì)

絕緣棒與導(dǎo)體端線夾設(shè)計(jì)成可拆卸連接。由于材質(zhì)不同，絕緣棒頂部裝有金屬套管，再與接電夾相連，交接處用釘銷強(qiáng)化固定。通過套管里的螺紋螺口，絕緣棒可以節(jié)節(jié)相接，從而達(dá)到調(diào)整長度的作用，另外也便于接線夾的維修和替換。

2.2 導(dǎo)線端線夾設(shè)計(jì)

導(dǎo)線端線夾設(shè)計(jì)工作主要從導(dǎo)線端線夾夾緊形式、導(dǎo)線端線夾導(dǎo)電材料、壓力傳感器選擇、報(bào)警形式、電源選擇等五個(gè)方面展開：

（1）導(dǎo)線端線夾夾緊形式的方案選擇。導(dǎo)線端線夾的夾緊形式一般包括雙簧壓緊式、旋轉(zhuǎn)壓緊式和組合壓緊式三種。其中，雙簧壓緊式連接導(dǎo)線時(shí)不穩(wěn)固，適用于線路；組合壓緊式難以固定且安裝困難，適用于變電站母排；旋轉(zhuǎn)壓緊式對于線路和變電站母排接地都適用，節(jié)省材料和成本的優(yōu)點(diǎn)。考慮后續(xù)適用性，因此本文選擇旋轉(zhuǎn)壓緊式。

（2）導(dǎo)線端線夾導(dǎo)電材料選擇。價(jià)值系數(shù)：鋁鎳鐵合金＞銅＞鐵。

（3）壓力傳感器方案選擇。壓力傳感器的選擇主要從成本、體積大小、適用條件三個(gè)維度進(jìn)行評估。壓電式、壓阻式、電容式成本相近，體積方面電容式最小，另外接地線經(jīng)常安裝在戶外，溫濕度變化大，因此在不同溫度、濕度下進(jìn)行壓力測試。測試中可看出壓電式在溫濕度較低時(shí)，測量結(jié)果受到影響；壓阻式壓力傳感器溫差特性差，受溫度變化影響大；電容式壓力傳感器則表現(xiàn)較好，受溫度變化影響小。導(dǎo)線端線夾空間有限，需要結(jié)構(gòu)簡單，同時(shí)接地線經(jīng)常安裝在戶外，溫度變化大，壓力傳感器需要既能滿足工作性能要求價(jià)格又便宜，因此綜合分析選擇電容式壓力傳感器。壓力傳感器方案比較如表1所示。

表1 壓力傳感器方案比較

（4）報(bào)警形式方案選擇。警形式的選擇主要考慮報(bào)警裝置體積、成本、效果等因素。報(bào)警裝置需要具有電路簡單、占用空間小、工作穩(wěn)定的特點(diǎn)。聲音報(bào)警易發(fā)現(xiàn)，有穿透力，對比燈光報(bào)警可能會被遮擋，因此綜合分析選擇聲音報(bào)警方案。

（5）驅(qū)動電源方案選擇。驅(qū)動電源主要有干電池、鋰電池兩種方案。干電池屬于一次性電池，價(jià)格低，相比干電池，鋰電池雖具有節(jié)能環(huán)保、充電快速、壽命長等優(yōu)勢，但成本高。結(jié)合工作需要，電池也不需要長期替換，故本設(shè)計(jì)采用干電池方案。由以上分析可以得到導(dǎo)線端線夾的關(guān)鍵技術(shù)方案，如表2所示。

表2 導(dǎo)線端線夾的關(guān)鍵技術(shù)方案

2.3 報(bào)警裝置設(shè)計(jì)

報(bào)警裝置位置的選擇分為外露式和內(nèi)置式。外露式占用空間大，安全距離短，安裝不方便，會受到自身重力的影響，靈敏度不高；內(nèi)置式不占用額外空間，安全距離長，安裝方便，不會受到自身重力的影響，靈敏度高。報(bào)警裝置結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

圖2 報(bào)警裝置結(jié)構(gòu)示意圖

2.4 接地引線設(shè)計(jì)

接地引線主要使用軟銅線進(jìn)行導(dǎo)電，同時(shí)外部包裹絕緣護(hù)套，以保證在裝設(shè)和使用的過程引線不會裸露而導(dǎo)致漏電。將3組單相接地線的底部進(jìn)行等電位短接后，再分別與絕緣棒、接地端子連接，新型接地線組裝完畢。在工作現(xiàn)場裝好該接地線，把被掛設(shè)電線及設(shè)備上的殘余電荷引入大地，即可保護(hù)人身安全[3]。

3 應(yīng)用效果

為驗(yàn)證新型智能接地線的功能和性能，設(shè)計(jì)了傳感器疲勞、電池續(xù)航、蜂鳴報(bào)警和抗靜電干擾等試驗(yàn)：

（1）傳感器疲勞試驗(yàn)：通過人工動作一萬次試驗(yàn)，均能可靠報(bào)警，達(dá)到設(shè)計(jì)預(yù)期。

（2）電池續(xù)航能力試驗(yàn)：待機(jī)時(shí)間達(dá)到12個(gè)月，持續(xù)蜂鳴報(bào)警續(xù)航能力長達(dá)48小時(shí)，能夠滿足現(xiàn)場工況需求[4]。對于單日工作，能完整覆蓋工作時(shí)間；對于連續(xù)多日工作，即使持續(xù)蜂鳴，每日工作前檢查也能起到提醒作用。

（3）蜂鳴報(bào)警試驗(yàn)：蜂鳴報(bào)警器的有效半徑能達(dá)到20m。

（4）抗靜電干擾試驗(yàn)：模擬工作現(xiàn)場高達(dá)200V的感應(yīng)電壓下能正確動作。該裝置配有防雨防潮保護(hù)套，順利通過防雨防潮測試。該裝置端口的直流電阻值和熱穩(wěn)定性均符合相關(guān)技術(shù)規(guī)范。

在試用期內(nèi)，有需要停電檢修掛接地的工作，我們就選擇現(xiàn)場一個(gè)檢修間隔進(jìn)行試用。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，該裝置在現(xiàn)場共試用11次，在一起35kV開關(guān)柜絕緣化改造工作中，它有效監(jiān)測到作業(yè)人員工作過程中因誤碰引起的接地線松動情況，并及時(shí)報(bào)警。通過模擬工作后遺留一組接地線無法找到的情況，利用該接地線的遠(yuǎn)程查找功能，可以發(fā)現(xiàn)了該組接地線在開關(guān)柜頂部母線倉內(nèi)，避免了帶接地合閘的惡性誤操作事故。從使用效果來看，新型接地線實(shí)現(xiàn)了對接地線啟用狀態(tài)、裝設(shè)位置進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，為感應(yīng)電荷提供有效的入地通路。當(dāng)停電檢修線路被誤合閘時(shí)，能提供可靠的接地，保障電氣裝置和檢修人員的人身安全[5]。

4 結(jié)語

本文研制的新型智能接地線具有體積小、成本低、報(bào)警效果明顯和操作便捷等優(yōu)點(diǎn)。經(jīng)實(shí)際的試驗(yàn)驗(yàn)證，該裝置在檢修工作中實(shí)時(shí)確認(rèn)接地線地掛設(shè)狀態(tài)，如果遇到異常情況可以及時(shí)報(bào)警，提醒工作中相關(guān)成員及時(shí)處理，從而有效地解決此類接地線松動地安全隱患。未來，這種類似設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)還可以衍生拓展至其它種類地接地線上以提升它的泛用性。