基于定向傳動的架空線路半自動化接地棒的研制

云南電網有限責任公司昆明祿勸供電局 李壽銀 徐 凱 李建坤

隨著我國城市化進程的不斷推進，我國人民的用電需求也逐漸提高，因此保障輸配電系統的正常有序運行，縮短停電時間在當今社會有著舉足輕重的意義[1]。而隨著我國電網建設迅速發展，用電量的不斷增長，電網規模不斷擴大，快速搶修和保供電工作在各級電網公司的重要性日漸提高[2]。依照《國家電力安全工作規程》規定，在修復線路故障的施工過程中，為滿足安全施工條件，必需在線路設備等進行接地[3]。因此，除了部分自身帶有接地刀閘的輸配電柜，接地裝置是電網工作人員搶修、保供電工作的必備工具。

接地裝置作為電網線路停電搶修時保障電網工作人員的安全用具，被稱為保護工作人員人身安全的最后一道防線，在當今停電時間分秒必爭的形式下卻給現場工作人員帶來了困擾[4]。個中原因是目前常用的接地棒結構設計不便使用，普遍存在操作時間長、高空作業操作困難和勞動強度大等不足，導致停電作業時長捉襟見肘，還可能導致運維人員為了搶修搶險而忽略自身的安全保護措施。在此背景下，亟需研制一款操作簡便，安全可靠的半自動化接地棒以解決這些問題。因此，本文研制一種基于定向傳動的架空線路半自動化接地棒，通過帶螺紋的滑桿、鎖鍵及復位彈簧等機械結構，實現與導線快速鎖緊及復位工作，解決了接地操作效率低，工作強度大的問題。

1 現存接地棒的分析

1.1 接線夾

目前變電站、配電網均配置有符合規定的用于不同電壓等級的接地棒，這些接地棒的接線夾部分基本為平口式，雙舌式和猴頭式，如圖1所示。

圖1 接地棒接線夾常用結構

平口式接線夾主要用于設備或變壓器上，夾持銅排、鋁排等帶狀導體，倘若是用于夾持線形的導線，則會因為其內部弧度過小，夾持力不足而發生掉落、墜地的風險。

雙舌式接線夾使用較為靈活，其由彈簧提供夾緊力，但這種接線夾存在以下風險：一是夾持面過小，容易擺動，在高空中可能因擺動幅度過大而墜落，二是依賴彈簧彈力夾緊，彈簧有可能因為金屬疲勞等原因而失效，其內部兩個彈片只要有一個失效，就會導致整套裝置失效。

猴頭式接線夾主要適用于線形導體，因其夾線弧度大而廣泛適用于不同規格的導線上。這種線夾用頂塊將導線牢牢夾緊，既保證了足夠的夾持力，使接地棒能穩固地掛接在導線上，又能提供足夠的過流面積，滿足電力安全工作規程，保障作業人員的安全。

1.2 鎖緊結構

現存常使用的鎖緊機構主要有兩種，如圖2所示：一是彈簧壓緊結構，這種結構使用方便，依靠彈簧彈力壓緊，但鎖緊力不足，有掉落的安全隱患，主要用于平口式接線夾；二是螺旋擰緊結構，該結構利用內部螺桿旋緊，能夠提供較大的夾持力，但是收緊和松開的無效行程過長，施工耗時長。這種結構是常用的結構，被廣泛使用于平口式及猴頭式接線夾中。

圖2 接地棒鎖緊結構常用結構

2 半自動化接地棒的設計

為解決傳統接地棒扭緊時無效行程過長導致的操作時間長、高空作業操作困難和勞動強度大等問題，以提高施工效率，本文對傳統的接地棒結構進行改進，設計研發一種半自動化接地棒，這種接地棒能快速與導線鎖緊并穩定工作，且能快速復位，提高工作效率。本文設計的半自動化接地棒的優點如下：

該接地棒中間段增加了絕緣的塑料桿，可通過接地棒尾端控制接線夾的開合松緊，中間段的絕緣塑料桿長度可按電壓等級需要設置，使架空線路的接地作業無需登桿，簡化了接地作業的操作流程，免除了登桿等高強度操作。

該接地棒夾緊操作簡單，只需要將待接地導線放入接地棒的接線夾，隨后將接地棒的尾端往接線夾方向一推，使接線夾與導線接觸。再逆時針轉動接地棒尾端半圈，即可使接線夾夾緊導線，完成接地操作。這種結構不僅能牢固地夾緊導線，還能大幅減少傳統接地棒的轉動操作，提高檢修的效率，有助于減少停電時間。

該半自動接地棒設有按鈕，按下復位按鈕后，接線夾夾頭會自動彈開，輕松完成接地棒的拆卸工作，進一步增加了操作效率和便攜性。而且，接線夾夾頭彈開時會使兩個夾頭之間的距離達到最大，便于架空電纜的退出，也便于下次操作時架空電纜的進入。

2.1 半自動化接地棒的結構組成

半自動化接地棒的結構組成如圖3所示，其包括一個中空絕緣桿，在其頂部設置有一個夾頭，絕緣桿下部設有復位按鈕，尾部連接著操作手柄。夾頭為猴頭式接線夾，其頂部為靜夾頭，底部為動夾頭。接地棒與導體接觸部位采用特殊鋁合金制造，能消除銅、鋁兩種不同材料間的電位差，有效解決銅鋁過渡導致的腐蝕及發熱問題。加上接觸部位的環抱式設計使接地棒與導體變為面接觸，可增大過流面積，解決連接處接觸不良的問題。本文設計研發的接地棒適用線徑范圍大，包括低壓、高壓兩種型號，能適應多種不同的使用場合，保障施工人員的安全。

圖3 半自動化接地棒的結構

動夾頭的尾端使用銷釘固定有金屬桿，金屬桿與另一段直徑較小的絕緣桿相連組成一根連接桿，該連接桿套在中空絕緣桿內部，其尾端與操作手柄相連，使操作手柄的縱向相對位移和轉動能于連接桿對應。中空絕緣桿下部有容置槽，對應連接桿的螺紋段，容置槽內有鎖鍵，鍵鎖的一端有帶斜度的螺牙，在鎖緊狀態下，操作手柄及連接桿只能往靜夾頭方向位移，進而實現半自動化接地棒的定向傳動；鍵鎖的另一端即為解鎖端，解鎖端內設有壓縮彈簧，使鍵鎖的螺牙一直緊壓在連接桿的螺牙。按壓解鎖端即可使鍵鎖與連接桿的螺牙松脫，取消鎖緊狀態，使動夾頭自動彈開。夾頭座設有接線端子，用于連接接地線，從而能夠使架空電纜接地。

操作手柄亦為中空套管結構，連接桿的尾端與操作手柄相連接，中空絕緣桿的尾端可滑動地套入操作手柄。操作手柄內有讓連接桿穿過的防松孔，半自動化接地棒還包括復位彈簧，復位彈簧套在滑桿外，其頂端為絕緣桿，底端為操作手柄中的凸臺，復位彈簧對連接桿所施加的回復力使其遠離夾頭座。

接地棒外包裹絕緣防護層，按壓復位開關部位以及把手部位均采用絕緣設計，耐壓等級符合標準要求。采用優質絕緣材料制作，具備良好的耐摩擦、抗老化能力。絕緣桿上部有軸向的數個裙邊，可增加爬電距離，提高絕緣安全性能，保障施工人員在操作時的人身安全。絕緣防護層可制作成黃、綠、紅、藍（黑）等顏色，對應低壓線路三相四線制的A、B、C 及零線，助力標準化作業，美觀整齊。半自動化接地棒實物圖片如圖4。

圖4 半自動化接地棒實物圖低壓（左）、高壓（右）

2.2 半自動化接地棒的動作機理

未使用的情況下，該接地棒處于鎖緊狀態。將操作手柄往夾頭方向推動時，由于鎖鍵的螺牙是有向下斜度的，連接桿的螺牙無法卡緊鎖鍵，操作手柄就會推動連接桿向夾頭方向滑動，使動夾頭向靜夾頭移動并互相配合夾住架空導線；而且鎖鍵的螺牙還會克服復位彈簧的彈力，使連接桿無法自然向下滑動。逆時針擰動操作手柄時，鎖鍵和連接桿的螺牙會相互鎖緊，此時鎖鍵和連接桿的螺牙間的軸向摩擦力使復位鍵無法按下，兩個夾頭也進一步地夾緊架空導線。

順時針擰動操作手柄時，鎖鍵和連接桿的螺牙相互松脫，軸向摩擦力消除，此時復位鍵可按下。復位鍵按下時，鎖鍵和連接桿的螺牙完全脫離，在復位彈簧的作用下，滑桿能夠自動且迅速向下滑動，從而使兩個夾頭自動脫開，進一步增加了操作效率和便攜性。而且，接線夾夾頭彈開時會使兩個夾頭之間的距離達到最大，便于架空電纜的退出，也便于下次操作時架空電纜的進入。

3 半自動化接地棒的應用及效益

3.1 半自動化接地棒的操作方式

在架空電纜的接地作業時，一手握住中空絕緣桿下端，另一手握住操作手柄，將待接地導線放入接地棒的接線夾，隨后將操作手柄往接線夾方向一推，使接線夾與架空導線接觸。再逆時針轉動操作手柄半圈至一圈，即可使接線夾夾緊導線，完成對架空電纜的夾緊操作，即只需兩步操作即實現了架空電纜掛接接地線的操作。此時鎖鍵和連接桿的螺牙之間的摩擦力使復位鍵無法按下，還能有效防止鎖鍵意外打開而導致接地棒脫開。

在拆卸接地棒時，首先順時針轉動操作手柄半圈使螺紋段螺牙與鎖止螺牙松開，然后按壓復位按鈕，此時鎖鍵和連接桿的螺牙完全分開，在復位彈簧的作用下滑桿能夠自動且迅速向下滑動，從而使兩個夾頭自動脫開，即只需兩步操作即實現了對架空電纜的松脫。而且，接線夾夾頭彈開時會使兩個夾頭之間的距離達到最大，便于架空電纜的退出，也便于下次操作時架空電纜的進入。

3.2 半自動化接地棒的經濟效益

本文模擬在架空線路上，傳統接地棒與半自動化接地棒的實際使用情況，統計兩者的夾緊所需時間。傳統線夾采用的是螺旋扭進的方式，操作時間長，勞動強度高，不利于高空作業，安裝一個最少2分鐘。半自動化接地棒采用獨特的彈簧卡扣模式，完成單個線夾的掛接僅需8秒時間，大大節約了施工人員操作時間，減輕了施工人員的勞動強度。半自動化接地棒夾緊時間遠遠少于傳統接地棒，縮短耗時占比約93%。接地操作效率得到了大大的提高。

3.3 半自動化接地棒的社會效益

半自動化接地棒的設計開發能夠有效地降低運維人員的工作強度，提高線路檢修效率、供電可靠性、減少用戶停電時間，關系到電網企業乃至各行各業的發展，更關系到社會的穩定和諧，有著深遠的影響意義。

4 結語

為了解決傳統接地棒扭緊時無效行程過長導致的操作時間長、高空作業操作困難和勞動強度大等問題。本文設計研發一種基于定向傳動的架空線路半自動化接地棒，通過帶螺紋的滑桿、鎖鍵及復位彈簧等巧妙的結構，能快速與導線鎖緊并穩定工作，且能快速復位，提高施工效率。這種半自動化接地棒能減少運行維護人員的操作強度，提高線路檢修效率、供電可靠性、減少用戶停電時間。