智能物聯(lián)接地線系統(tǒng)的研制

任周景，柳哲寧，張麗峰，劉 偉，劉雯欣，梅 斌

（國網(wǎng)浙江省電力有限公司景寧縣供電公司，浙江 麗水 323500）

在電氣設備上工作時，應有停電、驗電、接地、懸掛標識牌和裝設遮攔（圍欄）等保證安全的技術措施，正確地掛、拆接地線是保證檢修人員安全的重要措施。若不小心將接地線掛接在帶電導線上、或?qū)⒔拥鼐€遺漏在停電導線上帶地線合閘，將對人身安全與電網(wǎng)設備造成重大的危害。

隨著城市化建設的發(fā)展階段推進，輸電線路的數(shù)量不斷增加，電網(wǎng)復雜程度與日俱增，停電檢修作業(yè)需要使用的接地線數(shù)量較過去有所增加。通過人力核對接地線是否存在漏掛、漏拆費時費力，且容易產(chǎn)生差錯。施工、檢修點位的增多也導致監(jiān)督與管理人員難以顧及所有點位。

如果在掛接地線時調(diào)度端突然送電使導線從停電狀態(tài)轉變?yōu)閹щ姞顟B(tài)，或作業(yè)人員未能判斷正確的作業(yè)地點又因疏忽大意未進行驗電而直接將接地線懸掛于帶電導線上，將會引發(fā)觸電事故，直接威脅到作業(yè)人員的人身安全。作業(yè)結束后也時有發(fā)生作業(yè)人員將接地線遺忘在現(xiàn)場的情況，接地線若被遺忘在導線上，將會導致帶地線合閘的嚴重事故，對電網(wǎng)造成破壞[1-2]。

目前被廣泛使用的接地線僅具備接地保護的功能，功能性單一。如果能研制一種能夠向作業(yè)人員與管理人員匯報作業(yè)狀態(tài)的裝置，我們就能有效減少誤送電事故發(fā)生的概率，防止接地線遺漏在導線上，保證施工人員人身安全。

因此，研制一種將自身狀態(tài)與施工人員、管理人員所持終端智能物聯(lián)的接地線，對保障工作人員安全是十分具有意義的。

1 接地線的種類

按照適用環(huán)境來分，接地線可以分為戶內(nèi)母排型、變電母排型、變電線路型、戶外線路型4 種。

母排型接地線的接地夾一般為平口式，與帶電設備的母排（銅排）連接，例如：JDX-NL 型平口螺旋壓緊式接地線和JDX-NS 型平口手握式接地線，如圖1 所示。

圖1 JDX-NL 型接地線

線路型接地線的接地夾一般采用雙簧卡口式、單簧卡口式或猴頭緊壓式，與帶電體的銅線或銅芯鋁絞線連接，例如：JDX-WS（如圖2 所示）型雙簧卡扣式接地線、JDX-WD 型單簧卡口式接地線和JDX-WL（如圖3 所示）型猴頭壓緊式接地線。JDXWD 型單簧卡口式接地線現(xiàn)已基本被JDX-WS 型雙簧卡扣式接地線取代。

圖2 JDS-WS 型接地線

圖3 JDX-WL 型接地線

本文設計的智能物聯(lián)接地線系統(tǒng)以JDX-WS 型雙簧卡扣式接地線為基礎進行改造，該類型的接地線通過雙簧頭上的彈簧使線卡進接電夾卡槽內(nèi)，具有掛接方便且牢固的的優(yōu)點。

2 改造目標

近年來，車載定位器的普及為本文改造接地線提供了思路。安裝車載定位器后車主可以通過電腦、手機遠程查詢車輛所在位置。同時在網(wǎng)絡平臺進行注冊后可以開通短信功能，通過手機短信查詢和接收車輛的各種狀態(tài)統(tǒng)計信息，如超速報警統(tǒng)計、防盜報警等。倘若能夠在接地線上也增加相同的定位及狀態(tài)采集功能的裝置，就能使管理人員在遠處監(jiān)視接地線的狀態(tài)，從而保障作業(yè)人員的安全。

因此，本文確定以為接地線加裝類似車載定位器的模塊的方式來研制一種操作簡單、攜帶方便，能夠提高作業(yè)人員施工作業(yè)的安全性與作業(yè)效率的智能物聯(lián)接地線系統(tǒng)。

3 方案論證

3.1 提出總體方案

根據(jù)改造目標，可以將研制的智能物聯(lián)接地線劃分為狀態(tài)匯報模塊與GPS 定位模塊2 個部分進行設計。狀態(tài)報告控制模塊作用為當接地線懸掛時使接地線匯報自身“被懸掛”這一狀態(tài)信息，因此可利用接地線鉗口的開合產(chǎn)生的振動與GPS 芯片攜帶的振動報警功能組合來實現(xiàn)接地線懸掛狀態(tài)的匯報。鉗口張開時通過傳動裝置使GPS 定位芯片中的振動報警功能開啟，GPS 芯片懸掛時產(chǎn)生的振動使GPS 芯片向手機發(fā)出振動報警信息，通過手機是否能接收到振動報警信息即可判斷接地線是否被懸掛；GPS 定位模塊的作用為匯報接地線的位置信息，通過手機能夠查詢接地線目前所在位置與運動軌跡[3-5]。

由于存在接觸高電壓的可能性，狀態(tài)匯報模塊應具備良好的絕緣性能；為方便攜帶，能夠安裝在內(nèi)徑為20 mm 的接地棒內(nèi)部。

考慮到電氣作業(yè)地點常常在野外，因此GPS 模塊應具有良好的防水性能與續(xù)航能力；考慮到要安裝在接地棒上，應盡量減少體積。

3.2 方案選擇

3.2.1 狀態(tài)匯報模塊控制方式選擇

本次研制的智能物聯(lián)接地線實現(xiàn)通過鉗口開合控制GPS 模塊振動報警功能是否啟動的候選方案有機械傳動控制、紅外感應控制、磁力機關控制3 種方案。

機械傳動控制：即通過絕緣材料制成的連接桿實現(xiàn)接地線鉗口內(nèi)側與衛(wèi)星定位芯片開關的聯(lián)動。鉗口掛接導線受力張開時，鉗口機械運動推動絕緣連接桿向下方滑動運動，連接桿末端的金屬部位接觸并導通衛(wèi)星定位芯片中的振動感應電路，此時懸掛接地線時產(chǎn)生的振動就能觸發(fā)衛(wèi)星定位芯片的振動報警功能，遠方終端即可收到振動報警信號提醒。將該信號更名為“接地線已掛接”，即可通過該報警信號的有無告知遠方管理人員接地線的懸掛情況。

紅外感應控制：即將機械傳動控制方案中的絕緣材料連接替換為紅外感應裝置，當智能物聯(lián)接地線鉗口動作時，紅外感應裝置的紅外線發(fā)射端啟動，在接地線把手端的紅外傳感器接收到紅外光使電路導通，振動報警模塊向遠方終端發(fā)出報警，告知監(jiān)護人員接地線已懸掛。

磁力開關控制：采用磁力開關對衛(wèi)星定位芯片的振動報警模塊進行聯(lián)動控制。當接地線鉗口因夾到導線產(chǎn)生的機械運動帶動磁力開關的磁力觸頭位移接近磁力傳感器，通過磁力吸引導電金屬使得振動報警模塊的電路導通并向遠方發(fā)送報警信息，如圖4 所示。

圖4 開關通斷控制方案

3.2.2 GPS 定位模塊固定方式選擇

采用熱塑材料將衛(wèi)星定位芯片粘在接地線把手內(nèi)側的優(yōu)點是芯片的占地面積小，且輕便，方便野外攜帶。缺點為需要另外開鑿接地線外壁，且固定住的GPS 芯片無法取下；

熱熔膠封裝的優(yōu)點是通過熱熔膠材料將GPS 芯片的開關、電池與GPS 芯片封裝成一個整體。封裝完成后的衛(wèi)星定位模塊具有較為優(yōu)秀的防水性能，電池相比熱塑材料封裝容量更大，接地線的續(xù)航性能更好。封裝完成后的模塊放入接地線把手內(nèi)側即可使用。該方案的缺點是衛(wèi)星定位模塊整體質(zhì)量較大，成本較高，如圖5 所示。

圖5 芯片固定方案

由于接地線接觸的電壓等級高，為了保障作業(yè)人員安全握手部位與鉗口應盡可能做到絕緣，因此，鉗口與芯片為非直接接觸的紅外感應控制與磁力開關控制方案優(yōu)于使用絕緣材料連接衛(wèi)星定位模塊與接地線鉗口的機械傳動方案。紅外感應控制對紅外線發(fā)射裝置與紅外傳感器相對位置精度要求較高，電力作業(yè)現(xiàn)場有時位于深山中，路途顛簸，容易造成紅外線發(fā)射裝置與紅外傳感器偏位使紅外感應控制模塊失效。野外作業(yè)時間長、受降雨影響可能會面對潮濕的作業(yè)環(huán)境，對電子產(chǎn)品的續(xù)航能力與防潮性能有一定的要求。因此熱熔膠封裝對GPS 定位模塊固定的方案優(yōu)于采用熱塑材料對GPS 模塊進行固定的方案。

綜合對比分析，本文確定智能物聯(lián)接地線選用磁力開關來對是否匯報自身狀態(tài)進行控制，并通過熱熔膠對GPS 定位模塊進行固定。

4 智能物聯(lián)接地線制作

磁力開關模塊的制作：為了實現(xiàn)掛接地線時鉗口張開能啟動磁力開關，摘接地線時鉗口閉合關閉磁力開關的功能，鋁鐵硼材料制成的磁力開關被采用焊接的方式安裝在鉗口內(nèi)側（如圖6 所示）。

圖6 磁力開關模塊安裝位置與制作實物圖

GPS 定位模塊熱熔膠封裝：對衛(wèi)星定位芯片進行熱熔膠封裝。將GPS 衛(wèi)星定位模塊安裝于接地線把手內(nèi)側。安裝位置與熱熔膠封裝開關如圖7所示。

圖7 磁力開關模塊安裝位置與制作實物圖

5 效果檢查

最終研制出的智能物聯(lián)接地線實物如圖8所示。

圖8 智能物聯(lián)接地線實物圖

5.1 功能檢查

經(jīng)過改造后的接地線于2022 年5 月18 日送往麗水正陽電力電力建設有限公司檢測中心進行安全工器具預防性試驗檢測，檢測結果表明接地線加裝的功能部件并未對接地線的物理強度與絕緣性能造成影響。

5.2 磁力開關與GPS 定位芯片聯(lián)動性測試

打開智能物聯(lián)接地線把手側開關，讓測試人員攜帶接地線進行移動，通過手機端App 可以查詢到如圖9 所示畫面，表明GPS 芯片啟動后能夠?qū)崟r顯示接地線的地理位置與運動軌跡。

圖9 智能物聯(lián)接地線定位效果圖

使用接地線鉗口對物品進行夾持，手機端App收到振動報警提示，鉗口松開后提示消失，表明改造后接地線能夠在懸掛接地線時啟動GPS 衛(wèi)星定位芯片，將接地線的狀態(tài)匯報給管理端。

6 結束語

智能化與智慧化是電網(wǎng)發(fā)展的主流方向。通過為接地線加裝衛(wèi)星定位芯片，實現(xiàn)接地線的智慧物聯(lián)，作業(yè)人員在檢修線路時便能夠自動地將該條線路進入“檢修”狀態(tài)這一信息上傳至云端，位于現(xiàn)場的監(jiān)察人員與位于遠端的調(diào)度人員都能夠通過PC 端或手機App 端知曉該條線路有人作業(yè)。監(jiān)察人員能夠監(jiān)督作業(yè)人員是否在正確的位置懸掛接地線，及時糾正作業(yè)人員的不安全行為；調(diào)度人員能夠正確地將檢修線路與其他線路進行隔離，作業(yè)人員發(fā)生觸電事故的概率將大幅下降。