一種變電站接地線快速裝拆裝置的研制

蔡煒炫 尤秀芳 章進(jìn)鋆 洪乙銘 盧志鋼

（國網(wǎng)石獅市供電公司）

0 引言

變電站設(shè)備轉(zhuǎn)檢修的倒閘操作，大多數(shù)是在戶外進(jìn)行，當(dāng)遇到線路轉(zhuǎn)檢修或主變轉(zhuǎn)檢修等大型操作，對于大部分不帶有檢修接地刀閘的設(shè)備，往往需要掛接接地線，以保證設(shè)備不會反送電從而危及到現(xiàn)場檢修人員的生命安全。對于110kV及以上電壓等級的變電站來說，運(yùn)維人員不僅要進(jìn)行倒閘操作，而且還需將接地線從安全工器具室搬運(yùn)至工作現(xiàn)場，以應(yīng)用于檢修設(shè)備上，這過程耗費(fèi)運(yùn)維人員太多時間及精力，如何將接地線快速裝拆，成為了現(xiàn)場運(yùn)維人員必須著手去解決的問題。基于上述問題，研制一種接地線快速裝拆裝置，可以減輕操作人員操作時間以及緩解運(yùn)維人員的疲憊感，大大提高了倒閘操作的安全性。

1 變電站接地線現(xiàn)狀

目前，110kV變電站主要有三種電壓等級的接地線［1］，10kV接地線，35kV接地線，110kV接地線，運(yùn)維人員在停電設(shè)備上掛接旋轉(zhuǎn)式接地線時，僅利用操作棒的橡膠增加摩擦力和操作棒棒身力矩來旋轉(zhuǎn)裝拆，在穿絕緣手套時往往由于摩擦不夠或是力矩較小影響裝拆效率和效果。此種裝拆方式加快了絕緣手套損耗，且操作后操作人員時常由于小臂酸脹，無法持續(xù)工作，從而導(dǎo)致作業(yè)時間較長，且存在較多不安全因素（特別需要登高作業(yè)時，可能存在高墜或由于體力原因誤碰帶電設(shè)備）。運(yùn)維人員因為工作時間較長，出現(xiàn)了疲憊及精力無法集中等問題，從而導(dǎo)致工作的危險性，使人身及電網(wǎng)設(shè)備出現(xiàn)嚴(yán)重的安全隱患問題。

2 工作環(huán)境

如圖1所示，為目前變電站內(nèi)最常見的10kV接地線，如圖所示，我們可以看出接地線夾是固定的，我們只能以一個方向進(jìn)行操作，這增加了倒閘操作的困難性。

圖1 常用接地線

針對這一問題，本課題設(shè)計出了一款改良型的接地線，目的就是為了能夠利用電動機(jī)，適應(yīng)操作桿長度及配套接口裝置，自動將接地棒旋緊，從而保證接地可靠性。

3 方案設(shè)計

如圖2所示，改進(jìn)型接地線通過適應(yīng)絕緣操作桿配套接口的電動便攜式緊固裝置（圖3），在絕緣桿末端由鋰電式電動緊固裝置為鎖緊線夾提供旋轉(zhuǎn)動力（絕緣桿內(nèi)傳動為絕緣材質(zhì)），線夾部分為適應(yīng)變電站導(dǎo)線不同規(guī)格，利用可變角度傳動軸（圖4）連接活動/固定線夾頭，適應(yīng)變電站不同導(dǎo)線外形，從而實(shí)現(xiàn)接地線的快速裝拆。

圖2 改進(jìn)型接地線

圖3 便攜式緊固裝置

圖4 可變角度傳動軸

便攜式緊固裝置的原理如圖3。圖中2、3為緊固裝置的軸承部分，圖中1為接地線絕緣桿部分，4是用于絕緣桿末端連接電動緊固裝置的部分，完成絕緣桿內(nèi)的動力傳遞。

本次設(shè)計，需考慮多方面，不僅需考慮材料的實(shí)用型，還需考慮成本性，因此設(shè)計一種改良型接地線裝置，以替代傳統(tǒng)式的接地線，利用電動機(jī)提供動力，將電動裝置固定于操作桿底部握柄部分，增大力矩，所設(shè)計的電動機(jī)，質(zhì)量應(yīng)小于5KG，應(yīng)為便攜性設(shè)備，下面對組成元件進(jìn)行分析。

（1）電動機(jī)

本次采用的電動工具，采用無刷直流電機(jī)，它不僅擁有了交流電動機(jī)所擁有的優(yōu)點(diǎn)，同時，它還擁有著直流電動機(jī)所擁有的優(yōu)點(diǎn)，它不會產(chǎn)生任何勵磁損耗，因此，無刷直流電機(jī)在現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)等其他相關(guān)領(lǐng)域上，占據(jù)牢固的地位，也取得了非常廣泛的應(yīng)用。接地線快速拆裝電動裝置，主要就是對這種小型無刷直流電機(jī)的一種應(yīng)用，它具有較長的使用周期，在作業(yè)人員操作過程中也不會出現(xiàn)較大的損壞，運(yùn)行維護(hù)成本相對較低。

（2）電池

接地線快速裝拆裝置，我們選擇的是充電式鋰電池作為能量供給［2］，使用充電式鋁電池，可以做到隨時隨地進(jìn)行快速供電，充電式鋁電池可以達(dá)到一個相對較大的能量密度，并且其使用周期次數(shù)可以達(dá)到1000次以上，將鋰電池三節(jié)串聯(lián)在一起使用，根據(jù)計算分析可以帶動電動機(jī)連續(xù)工作至少一個h以上的時間，從而縮短了作業(yè)時間。

（3）便攜式緊固裝置

采用可手動調(diào)節(jié)松緊度的調(diào)節(jié)式套箍緊固圈進(jìn)行緊固，可以最大程度的將接地棒牢牢固定在電動機(jī)上，并且我們可以根據(jù)實(shí)際情況，通過觀察棒的變形程度去進(jìn)行手動調(diào)整其松緊度。其具有快速操作性，其每次的平均操作時間為4.5s，并且其不依靠借助任何其他輔助設(shè)備的幫助，在運(yùn)維人員佩戴上絕緣手套后，其仍能便捷式操作，并且其結(jié)構(gòu)簡單，能夠滿足絕緣操作桿緊固的效果。

（4）可變角度傳動軸

變電站內(nèi)設(shè)備并非一成不變，也并非所有的設(shè)備導(dǎo)線都是按照同一個方向進(jìn)行排位，因此，為了能夠適應(yīng)變電站內(nèi)不同導(dǎo)線的外形，需要設(shè)計一款能夠使接地線頭進(jìn)行變相的裝置［3］，因此，將可變角度傳動軸安裝于絕緣桿及接地線頭之間，運(yùn)維人員可以根據(jù)現(xiàn)場需求，將傳動軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，保證接地線夾頭能夠跟著旋轉(zhuǎn)，可變角度為360度均可旋轉(zhuǎn)。從而有效的滿足的不同作業(yè)現(xiàn)場的需求，保證在不同導(dǎo)線外形下，仍然能夠起到快速裝拆接地線的效果。

4 接地線快速裝拆自動裝置的特點(diǎn)

研究接地線快速裝拆裝置，目的就是為了能夠緩解運(yùn)維操作人員在戴著絕緣手套的前提下，對絕緣操作桿進(jìn)行快速交替旋轉(zhuǎn)以達(dá)到接地線緊固或者接地線松解的效果，對電動裝置進(jìn)行應(yīng)用時，相關(guān)操作可以使操作人員解放雙手，直接使用相關(guān)電動工具來完成這一裝拆過程。根據(jù)以往的操作過程分析，旋轉(zhuǎn)接地線，平均操作時長為2min，而電動工具僅僅需要4.5s，這將效率提高了26倍不止，使得工作效率得到了巨大的提升，并且電動裝置的啟動，也需滿足作業(yè)人員穿戴上絕緣手套后，并不影響。

在電動裝置和操作桿底部可以采用便攜式緊固裝置進(jìn)行緊固，其中兩者接觸部分主要是橡膠與橡膠之間的摩擦接觸，因此不會對操作桿或者接地線的外觀產(chǎn)生任何的破壞或者改變，同時也不會影響操作桿的安全絕緣性能，保證了安全性，因此操作者不需要考慮摩擦性較小，從而導(dǎo)致接地線無法卡緊牢固問題，當(dāng)啟動電動機(jī)后，電動裝置保持合適的轉(zhuǎn)速，電動機(jī)產(chǎn)生的沖擊力會得到有效的減少，并且它能夠保證接地桿頂部的接地線夾頭，旋轉(zhuǎn)的更加順暢。

當(dāng)我們絕緣桿的接地線夾頭夾緊導(dǎo)線之后，直流電動機(jī)的脫扣裝置能夠使得無刷電機(jī)自行空轉(zhuǎn)，這樣做的目的就是為電動機(jī)和接地線夾頭起到一個保護(hù)的作用，電動機(jī)的電動部分，可利用充電式鋰電池作為其主要供電電源，這樣供電的方式下，就能夠使我們的電源提供變得更加具有便捷性。

5 接地線快速裝拆工具的使用方法

在我們使用接地線快速裝拆工具時，首先我們應(yīng)該先保證其有充分的供電電源，其次，我們需要按下相應(yīng)的操作按鈕，然后根據(jù)其輸出的轉(zhuǎn)速及扭矩，及時調(diào)整電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，當(dāng)電動機(jī)處于低速甚至怠速的情況下，能夠避免接觸出現(xiàn)滑脫等危害安全性問題。操作按鈕需具有電動機(jī)正反轉(zhuǎn)功能，當(dāng)收緊接地線之后，操作桿會自動閉鎖無法轉(zhuǎn)動，在操作的時候，電動機(jī)輸出的扭矩為8.9N.m左右，且擁有電流過流保護(hù)功能，當(dāng)電流過大時，可以使電源得到有效的隔離。當(dāng)電動機(jī)的電源充滿電后，能夠確保電動機(jī)至少連續(xù)工作超過一h，這樣就可以盡可能滿足大型復(fù)雜倒閘操作的要求［4］。

6 接地線快速裝拆電動裝置的優(yōu)勢

我們利用退役電氣設(shè)備進(jìn)行了多次模擬試驗，傳統(tǒng)的裝拆平均時間差不多是11min，而利用電動操作工具，裝加拆的平均時間僅僅只需4min的時間，我們假設(shè)每個站每年度大概需要進(jìn)行20次裝拆地線操作，這樣一年下來平均一個站每次能節(jié)省7min，一年節(jié)約1400min。

7 接地線快速裝拆電動裝置的保養(yǎng)舉措

我們所應(yīng)用的鋰電池，其每次充滿電能連續(xù)運(yùn)行時間超過1h，壽命達(dá)到1000次左右。由于電動裝置的作業(yè)運(yùn)行過程中，因時間或者設(shè)備老化等問題，難免會出現(xiàn)卡澀現(xiàn)象，此時就會導(dǎo)致潤滑效果下降，從而影響到電動機(jī)正常的正反轉(zhuǎn)，因此，需要定期對電動裝置零部件加注機(jī)油，保證其能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)，并且此裝置需要放置于陰涼通風(fēng)處。

8 結(jié)束語

本文設(shè)計基于變電站接地線快速裝拆置的研制，采用電動機(jī)作為動力源，整體重量控制在5KG以下，提升停電設(shè)備接地導(dǎo)線安裝的成功率，使運(yùn)維人員節(jié)約操作時間及緩解工作人員壓力。有效的提高了現(xiàn)場工作的安全性，且其維護(hù)方法十分簡單，具有非常良好的使用價值。此裝置作為便攜式工作，無需每個站都配備，只需隨車配備，從而提高作業(yè)效率。有效的保證了電網(wǎng)的安全。對建設(shè)智能電網(wǎng)，有著強(qiáng)有力的意義。