電纜頭護(hù)層接地引線帶電修復(fù)工具的研究與應(yīng)用

劉行洲，張良發(fā)，卓 晗，陳海旭，陳端樞

（國網(wǎng)福建省電力有限公司福州供電公司，福建 福州350002）

1 項目背景

1.1 項目研發(fā)背景

輸電線路電纜頭的護(hù)層接地引線常常因為被盜或外力破壞而丟失損壞。為此，作業(yè)人員就要對接地引線進(jìn)行帶電修補。目前作業(yè)人員在被檢設(shè)備上進(jìn)行作業(yè)時，接地引線連接端頭距離上方高電壓等級帶電體較近，作業(yè)空間狹窄，而且存在較大的感應(yīng)電壓，現(xiàn)行使用的工具、方法無法安全地拆除引線端頭。與此同時，電纜頭護(hù)層接地引線丟失后，在安裝或拆除接地連片或引線時，存在較大的危險靜電感應(yīng)電流，作業(yè)人員無法直接接觸，常常需要現(xiàn)場加工臨時引線使用，危險隱患大。而現(xiàn)場設(shè)備的引線底座因廠家不同而不同，工器具現(xiàn)場加工難度高，增加了作業(yè)工序與耗時。

現(xiàn)行的消除感應(yīng)電的方法主要為以下三種。

穿戴帶電作業(yè)屏蔽服或?qū)щ娦４朔椒楸Ｗo(hù)能力最高的方法，但是若防護(hù)服各部分連接不佳，在作業(yè)電工身上產(chǎn)生更高的靜電感應(yīng)電壓的可能性就會非常高。不僅如此，額外著裝防護(hù)服或?qū)щ娦焕趷毫拥默F(xiàn)場生產(chǎn)環(huán)境，穿戴過程煩瑣，也不方便。

佩戴絕緣手套。此種方法在斷接接地線時比較常應(yīng)用，具有較高的保護(hù)能力。但是絕緣手套靈活性低，一般適用于對手指靈活度要求不高的作業(yè)操作中，佩戴絕緣手套在松緊螺絲螺母時，容易發(fā)生掉件的問題。

臨時金屬線接地法。此種作業(yè)方法是在現(xiàn)場臨時加工一段金屬線將作業(yè)人員與大地連接，從而釋放人體感應(yīng)電荷至大地中。此種方法雖然具有一定的效果，但是可靠性不佳，與加工工藝水平有強正相關(guān)。若加工工藝水平低下，則會導(dǎo)致連接不良，會導(dǎo)致在金屬線上產(chǎn)生靜電感應(yīng)電流，傷害作業(yè)人員，存在安全風(fēng)險[1]。

綜上所述，以上方法有利有弊，但弊端部分較為突出。對于電力行業(yè)中，安全是第一要素，而帶電修復(fù)電纜頭護(hù)層接地引線作業(yè)中，高電壓等級交流線路對周圍金屬物件產(chǎn)生的感應(yīng)電對于作業(yè)人員而言是主要的嚴(yán)重安全隱患。所以需研制一種工具，在避免作業(yè)人員受感應(yīng)電帶來危險隱患的同時，又能夠靈活操作，無需額外穿戴屏蔽服、導(dǎo)電鞋或者絕緣手套，使工作效率更高，減少因為操作流程增多而導(dǎo)致潛在危險因子對作業(yè)的影響。

1.2 難點

第一個難點是傳統(tǒng)金屬作業(yè)工具上靜電感應(yīng)出的較大可感感應(yīng)電壓。當(dāng)臨近高壓帶電設(shè)備時，設(shè)備中含有交變電壓，使其周圍的空間也帶有變化電場。此時，帶電體周圍的空間便會散布有電位變化，使在該電場中的非接地中性導(dǎo)體中的自由電子產(chǎn)生有規(guī)則的移動，引起電荷差異再分布，形成電位差[2]，由此讓導(dǎo)體呈現(xiàn)帶電狀態(tài)，即產(chǎn)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象。

于是，在帶電設(shè)備與導(dǎo)體之間便形成一個“電容”，兩者之間便產(chǎn)生了容性耦合電流。正是這種感應(yīng)電流，對進(jìn)行拆裝作業(yè)的作業(yè)人員的人身安全造成危害。

第二個難點在于現(xiàn)場設(shè)備型號多樣性的適配。現(xiàn)場設(shè)備的引線底座型號十分多樣，現(xiàn)在常用的作業(yè)接地線無法靈活適配現(xiàn)場設(shè)備，作業(yè)電工需要現(xiàn)場加工接頭以便安裝，而現(xiàn)場粗加工的接地線接頭存在接觸差、引流能力低下的缺點，不能可靠保證作業(yè)人員的安全[3]。

針對以上的難點，筆者認(rèn)為現(xiàn)在工器具與作業(yè)方法存在以下兩個問題：一是金屬工器具作為非接地導(dǎo)體容易產(chǎn)生感應(yīng)電壓，對作業(yè)人員產(chǎn)生安全威脅；二是在引線安裝存在適配困難。為此，筆者認(rèn)為通過對工器具進(jìn)行絕緣化改良以及對臨時引線進(jìn)行自適配性改造，能夠有效改善上述問題。

2 項目概況

本項目發(fā)明了一套強絕緣引線拆裝工具以及通用快裝軟質(zhì)接地線，消除了被檢設(shè)備由于狹小空間導(dǎo)致的感應(yīng)電壓的影響，也降低了作業(yè)工具上存在的感應(yīng)電流，使得帶電修補接地引線變得更為安全。

安全修復(fù)接地引下線的實現(xiàn)方式是改良拆裝工具絕緣部分的絕緣能力、設(shè)計絕緣操作工具以及研制新式接地線，降低進(jìn)行電纜頭護(hù)層接地引線帶電修復(fù)時的可感感應(yīng)電流，對設(shè)備上的泄漏電流進(jìn)行有效引流，保證作業(yè)可安全開展。

本項目的核心作業(yè)動作是在使用時，將即用式軟質(zhì)接地線接地端的螺旋臺夾固定在作業(yè)點的金屬接地部分，按壓絕緣操作手鉗的控制手柄以夾取接地線的磁吸鉗，插在引下線螺栓上。在完成接地線的代替性引流后，使用絕緣扳手解鎖并拆除引下線固定螺絲。拆除螺絲后使用絕緣操作手鉗將新引下線依次安裝在接地端與帶電端。之后使用絕緣操作手鉗依次拆除舊引下線的帶電端與接地端。完成舊引下線的拆除后使用絕緣扳手固定新引下線。最后依次拆除即用式軟質(zhì)接地線的引下線螺栓端與接地端。在這樣操作之后，就能夠在不額外穿戴防護(hù)服、導(dǎo)電鞋等裝備的情況下，簡便快捷地更換、補裝電纜護(hù)層接地引下線。

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計

本套工具主要由絕緣強化過的拆裝工具、遠(yuǎn)端控制手鉗和即用式軟質(zhì)接地線組成。

3.1 電纜頭護(hù)層接地引線絕緣拆裝工具

絕緣拆裝工具如圖1所示，由手柄與金屬扳手頭/棘輪頭組成。棘輪扳手還有與之配套的口徑分別為14 mm、16 mm、18 mm的三個套筒。項目組通過材料與長度兩個方面改良作業(yè)扳手，提升絕緣能力，使作業(yè)人員的可感感應(yīng)電流為0.1 mA以下。經(jīng)過多番測試與材料篩選，項目組人員選用酚醛環(huán)氧樹脂玻璃鋼作為手柄材料，將絕緣距離定為514 mm，這樣在保證絕緣性能的同時，還能保持輕便。在機械性能方面，扳手頭為碳鋼制作，硬度達(dá)HRC42，絕緣手扳手能夠承受最大扭矩為192 N·m。

圖1 絕緣拆裝工具圖

3.2 絕緣操作工具

絕緣操作工具為絕緣遠(yuǎn)端控制手鉗，如圖2所示。該手鉗主要由控制手柄、絕緣管、絕緣活動連桿與夾鉗四個部分構(gòu)成。控制手柄由控制拉手與固定拉手組成，活動行程為46 mm。絕緣管長度為500 mm，外徑為30 mm，內(nèi)徑為16 mm。內(nèi)部中空并含有絕緣活動連桿。夾鉗由活動臂連桿與夾鉗本體構(gòu)成，夾鉗口內(nèi)12 mm含有防滑齒。控制手柄通過在絕緣管內(nèi)的聯(lián)動桿與活動連桿與夾鉗連接，使得在操作控制手柄時，能夠讓夾鉗隨之開合。

圖2 絕緣遠(yuǎn)端控制手鉗圖

3.3 即用式軟質(zhì)接地線

即用式軟質(zhì)接地線由螺旋臺夾、軟質(zhì)接地線以及磁鼻線纜夾頭三個部分組成，如圖3所示。螺旋臺夾以鉗工臺為設(shè)計靈感，主體與夾片使用銅合金鍛造后電鍍磁化層而成，夾口之間有鋼軋防滑紋。軟質(zhì)接地線為純銅制作，其設(shè)計電阻為0.75 mΩ，長度為1.75 m。

圖3 即用式軟質(zhì)接地線圖

作為接地線的設(shè)計核心，磁鼻線纜夾頭采用彈簧自鎖的大幅開口設(shè)計，能夠自適應(yīng)14 mm、16 mm等多種螺栓接頭型號，而且可快速插在接頭上，左右夾片為黃銅制作，夾片間有不銹鋼鎖緊拉簧，其拉力最高可達(dá)150 N，能夠有效保持夾力不脫落。左右夾片采用鏤空設(shè)計，使夾頭的質(zhì)量僅為0.03 kg。

3.4 成果測試

研究組成員將研究成果送往福建省產(chǎn)品質(zhì)量檢測院進(jìn)行測試。

3.4.1 電纜頭護(hù)層接地引線絕緣扳手的質(zhì)量測試

絕緣扳手分為活絡(luò)扳手與棘輪扳手，研究組成員分別對兩種扳手進(jìn)行了耐壓測試與扭矩測試。測試指標(biāo)為：施加1 min的440 kV工頻交流電，被測樣品無明顯發(fā)熱、變色與閃絡(luò)，樣品上電流小于0.1 mA。扭矩測試的標(biāo)準(zhǔn)是使用自硬度為HRC60的六角金屬棒測試時，金屬扳手頭硬度大于HRC36，最大扭矩應(yīng)大于160 N·m。

絕緣扳手的平均測試硬度為HRC42.25，平均最大扭矩為192.7 N·m，耐壓測試時絕緣握把部分無發(fā)熱、明顯變色與閃絡(luò)，測試電流的平均大小為0.00265 mA，都已達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。所研制的絕緣扳手符合行業(yè)作業(yè)安全與技術(shù)要求。

3.4.2 絕緣遠(yuǎn)端控制手鉗的質(zhì)量測試

絕緣遠(yuǎn)端控制手鉗也是本套裝中主要的絕緣隔離工具，其主要測試為耐壓測試，對應(yīng)指標(biāo)為：施加1 min的440 kV工頻交流電，被測樣品無明顯發(fā)熱、變色與閃絡(luò)，樣品上電流小于0.1 mA。

受測樣品在進(jìn)行耐壓測試時，結(jié)果為：絕緣遠(yuǎn)端控制手鉗全鉗體無發(fā)熱、明顯變色與閃絡(luò)，樣品上檢測電流為0.001 73 mA，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，所研制絕緣遠(yuǎn)端控制手鉗符合行業(yè)作業(yè)安全與技術(shù)要求。

3.4.3 即用式軟質(zhì)接地線的質(zhì)量測試

即用式軟質(zhì)接地線作為套裝中主要的導(dǎo)流部件，主要測試指標(biāo)為接地電阻為小于等于0.8 mΩ。

受測樣品在進(jìn)行導(dǎo)流性測試和接地電阻檢測后，接地線各連接節(jié)點未出現(xiàn)發(fā)熱，其實際檢測接地電阻為0.73 mΩ，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，即用式軟質(zhì)接地線符合行業(yè)作業(yè)安全與技術(shù)要求。

4 成果特性

4.1 安全性

本成果的絕緣拆裝工具與操作手鉗能夠滿足220kV的耐壓試驗要求，在1 min的靜態(tài)耐壓試驗中無閃絡(luò)、無發(fā)熱。而且在現(xiàn)場應(yīng)用檢測時，工具上檢測的泄漏電流值為0 mA。即用式接地線檢測電阻為0.73 mΩ，在能夠高效導(dǎo)引設(shè)備上的感應(yīng)電流。這樣，作業(yè)人員就不會因上述體感強烈的電流而產(chǎn)生心理或生理上的應(yīng)激反應(yīng)導(dǎo)致作業(yè)工程中發(fā)生事故，保證了生命安全與設(shè)備安全。

4.2 創(chuàng)新性

本成果首次將絕緣隔離材料的應(yīng)用引入到輸電電纜帶電作業(yè)中，將簡單絕緣材料包裹的扳手工具改良為使用酚醛環(huán)氧樹脂玻璃鋼進(jìn)行握把制作的扳手工具。這一套工具不僅有高機械強度，而且適合35 kV及以上的高電壓環(huán)境使用。不僅如此，所研制的絕緣遠(yuǎn)端操作手鉗同樣采用酚醛環(huán)氧樹脂玻璃鋼制作，替代了徒手操作的方法，實現(xiàn)了輸電電纜帶電作業(yè)工具的全面性安全升級。即用接地線創(chuàng)造性地采用自適應(yīng)式磁鼻夾片設(shè)計，使用兩片電鍍磁化銅片通過高彈性系數(shù)彈簧相連，可無視現(xiàn)場設(shè)備的型號多樣性使用，安裝牢固而且通流性能可靠。

4.3 通用性

本項目研究的即用式接地線的磁鼻線夾采用的自適應(yīng)式磁鼻夾片設(shè)計，能夠通過改變開口大小來自適應(yīng)包括直徑14 mm、16 mm在內(nèi)不同型號的多種螺栓接頭。絕緣拆裝工具中的絕緣棘輪扳手也配備有不同口徑的套筒以應(yīng)對現(xiàn)場型號復(fù)雜的螺母。以上措施有效克服了現(xiàn)場設(shè)備中接地接頭因不同廠家、不同型號而導(dǎo)致額外增加的工序，提升了作業(yè)效率。

5 成果應(yīng)用

2020-11，國網(wǎng)福州供電公司輸電帶電作業(yè)一班采用電纜頭護(hù)層接地引線帶電修復(fù)工具套裝，在220 kV超閩Ⅱ路#2電纜終端頭進(jìn)行測試應(yīng)用，如圖4所示，通過現(xiàn)場作業(yè)人員使用與測試表明，整個作業(yè)法及工器具可顯著降低作業(yè)時設(shè)備上的感應(yīng)電流，工器具上的感應(yīng)電流無感覺，檢測數(shù)值為0 mA，有效地保護(hù)了作業(yè)人員的人身安全。即用式接地線能夠有效降低設(shè)備感應(yīng)電流，在接地后，接地線各連接點無發(fā)熱，檢測電流數(shù)值為0 A。

圖4 現(xiàn)場應(yīng)用圖

6 結(jié)語

隨著都市不斷發(fā)展，輸電線路不斷纜化，電纜設(shè)備也隨之增多，導(dǎo)致輸電線路電纜頭的護(hù)層接地引線常常發(fā)生被盜或外力損壞的缺陷。而在修復(fù)缺陷的時候，狹窄的作業(yè)空間和高電壓等級的變化電場導(dǎo)致工作人員進(jìn)行修復(fù)作業(yè)時，在金屬工器具與引下線上都會產(chǎn)生感應(yīng)電流，容易產(chǎn)生人身傷害。而使用本文所述的電纜頭護(hù)層接地引線帶電修復(fù)工具套裝，能有效降低感應(yīng)電流。套裝中的電纜頭護(hù)層接地引線絕緣棘輪扳手采用可更換的多口徑梅花接頭，可以適應(yīng)多規(guī)格的螺絲螺母。即用式軟質(zhì)接地線采用彈簧自鎖的開口夾作為接地接頭，能夠自適應(yīng)現(xiàn)場不同的接頭型號，避免了現(xiàn)場加工引線接頭時，制作工藝等因素帶來的潛在危險因子。不僅如此，所引入的絕緣隔離設(shè)計概念能夠讓工作人員在裝設(shè)與拆除臨時接地線的過程中與設(shè)備保持絕緣隔離狀態(tài)，以保護(hù)人身安全。