一種適用于臨時(shí)接地線(xiàn)操作的新型電動(dòng)接地操作桿研制實(shí)踐

雷強(qiáng) 陸卓淵 余佳文

摘要：當(dāng)前變電站臨時(shí)接地線(xiàn)的裝設(shè)及拆除操作大多采用手動(dòng)旋轉(zhuǎn)接地桿的方式完成，耗費(fèi)大量人力及時(shí)間。為解決裝拆接地線(xiàn)費(fèi)時(shí)費(fèi)力的問(wèn)題，設(shè)計(jì)研制了一種適用于臨時(shí)接地線(xiàn)操作的新型電動(dòng)接地操作桿。該操作桿采用直流減速電機(jī)作為動(dòng)力裝置，具備正反向旋轉(zhuǎn)以及自動(dòng)停止功能。當(dāng)前該產(chǎn)品已得到試用并在部分變電站推廣應(yīng)用，有效提升了變電運(yùn)行人員操作效率。

關(guān)鍵詞：臨時(shí)接地線(xiàn);減速電機(jī);電動(dòng)旋轉(zhuǎn);接地操作桿;

0 引言

當(dāng)前變電站值班員在裝設(shè)或者拆除臨時(shí)接地線(xiàn)時(shí)，采用的操作方式是旋轉(zhuǎn)接地操作桿來(lái)旋緊或松開(kāi)接地頭，每相操作需要旋轉(zhuǎn)15-30圈不等。同時(shí)，出于安全考慮，變電站值班員需要戴上絕緣手套進(jìn)行臨時(shí)接地線(xiàn)的裝設(shè)或拆除操作，操作難度加大，經(jīng)常要在每一相操作中途停頓一下再操作，每相操作約需要轉(zhuǎn)動(dòng)操作桿3分鐘，三相操作約需要轉(zhuǎn)動(dòng)操作桿10分鐘，操作多組接地線(xiàn)后手臂會(huì)發(fā)酸、乏力，甚至手會(huì)出現(xiàn)抖動(dòng)現(xiàn)象，給后續(xù)操作帶來(lái)不安全因素。

為解決臨時(shí)接地線(xiàn)操作耗費(fèi)大量人力和時(shí)間的問(wèn)題，本項(xiàng)目研制了一種適用于臨時(shí)接地線(xiàn)操作的新型電動(dòng)接地操作桿，設(shè)計(jì)重點(diǎn)包括三部分：1）可旋轉(zhuǎn)螺旋壓緊式接地鉗頭;2）玻璃纖維絕緣桿及其接地鉗頭接口;3）電動(dòng)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，電機(jī)控制回路可實(shí)現(xiàn)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停轉(zhuǎn)控制功能?，F(xiàn)已推出第二代產(chǎn)品，并在部分變電站得到推廣應(yīng)用。

1 電動(dòng)接地操作桿的預(yù)期目標(biāo)

本文設(shè)計(jì)研制的電動(dòng)接地操作桿，預(yù)計(jì)實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)包括：

（1）采用直流減速電機(jī)作為動(dòng)力裝置，通過(guò)電機(jī)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)及停轉(zhuǎn)，可以實(shí)現(xiàn)接地桿及接地鉗頭同步轉(zhuǎn)動(dòng)，其扭矩足以旋緊或松開(kāi)接地線(xiàn)夾;

（2）電機(jī)控制回路具備防誤觸碰后自動(dòng)運(yùn)行功能、夾緊后自動(dòng)停止功能;

（3）實(shí)現(xiàn)電動(dòng)操作節(jié)省人力、時(shí)間，預(yù)期目標(biāo)為一般操作中裝設(shè)1-2接地線(xiàn)，可以節(jié)省10-20分鐘，大型操作中，裝設(shè)3-7組地線(xiàn)，可以節(jié)省30-60分鐘。

2 設(shè)計(jì)電動(dòng)接地操作桿

2.1功能要求

（1）電池組可充電，有過(guò)充保護(hù)回路，外露控制開(kāi)關(guān)、充電接口具有防水功能;

（2）設(shè)置有運(yùn)行指示燈和電池欠電指示燈;

（3）接地桿能電動(dòng)操作，并且當(dāng)接地線(xiàn)夾鎖緊到位后電機(jī)會(huì)自動(dòng)判斷并停止轉(zhuǎn)動(dòng)，另外，該接地桿也能手動(dòng)操作;

（4）電機(jī)與同軸器連接牢固，垂直線(xiàn)位于同個(gè)圓心，裝設(shè)或拆除臨時(shí)接地線(xiàn)時(shí)穩(wěn)定可靠。

2.2結(jié)構(gòu)

新型電動(dòng)接地操作桿由電動(dòng)旋轉(zhuǎn)工具、普通耐高壓絕緣接地桿組成，其中電動(dòng)旋轉(zhuǎn)工具為手持部分，可以連接通用類(lèi)型絕緣接地桿，并帶動(dòng)絕緣接地桿轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)接地線(xiàn)操作。與第一代產(chǎn)品相比，第二代產(chǎn)品在結(jié)構(gòu)上的改進(jìn)包括電動(dòng)旋轉(zhuǎn)工具部分以及電機(jī)與動(dòng)力輸出結(jié)構(gòu)的連接部分。

2.2.1電動(dòng)旋轉(zhuǎn)工具

該新型電動(dòng)接地操作桿的設(shè)計(jì)重點(diǎn)及主要功能部件為電動(dòng)旋轉(zhuǎn)工具，其主要結(jié)構(gòu)如圖1所示。電動(dòng)旋轉(zhuǎn)工具包括電源組件、殼體、減速電機(jī)、固定套筒、動(dòng)力輸出筒和換向開(kāi)關(guān)。殼體相對(duì)設(shè)置有第一端和第二端。電源組件與第一端固定連接。減速電機(jī)遠(yuǎn)離輸出軸的一端沿第二端伸入殼體并固定，并與電源組件電連接。減速電機(jī)設(shè)置于固定套筒內(nèi)，并通過(guò)固定套筒與殼體的第二端固定連接。動(dòng)力輸出筒與減速電機(jī)的輸出軸固定連接，并與固定套筒遠(yuǎn)離殼體的一端轉(zhuǎn)動(dòng)連接。換向開(kāi)關(guān)設(shè)置于殼體內(nèi)，并分別與減速電機(jī)和電源組件電連接，用于控制所述減速電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。

在使用電動(dòng)旋轉(zhuǎn)操作工具時(shí)，工作人員可一只手握住電源組件部分，另一只手握住殼體。同時(shí)動(dòng)力輸出筒的輸出螺紋與絕緣接地桿相連。工作人員按下電源開(kāi)關(guān)，控制電源組件給減速電機(jī)供電，然后再向前按下?lián)Q向開(kāi)關(guān)，控制減速電機(jī)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)（即正轉(zhuǎn)），絕緣接地桿被動(dòng)力輸出筒帶動(dòng)，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，即可實(shí)現(xiàn)接地鉗旋緊。工作人員向后按下?lián)Q向開(kāi)關(guān)，控制減速電機(jī)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)（即反轉(zhuǎn)），絕緣接地桿被減速電機(jī)帶動(dòng)，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，即可實(shí)現(xiàn)接地鉗放松，由此輔助人工完成對(duì)絕緣桿的旋轉(zhuǎn)工作，提高工作效率。

2.2.2漲套過(guò)渡套

漲緊套又稱(chēng)動(dòng)力鎖，在高強(qiáng)度拉力螺栓作用下，在內(nèi)環(huán)與軸之間、外環(huán)與外套件之間產(chǎn)生巨大抱緊力，以實(shí)現(xiàn)機(jī)件與軸的無(wú)鍵聯(lián)結(jié)。漲緊套為標(biāo)準(zhǔn)件。實(shí)際應(yīng)用中，根據(jù)軸的尺寸選擇漲緊套。但外套件受到應(yīng)用場(chǎng)景限制，外套件的內(nèi)徑會(huì)大于外環(huán)的外徑。怎樣才能使?jié)q緊套與外套件匹配使用是亟待解決的問(wèn)題。在新型電動(dòng)接地操作桿第二代產(chǎn)品中，即設(shè)計(jì)并使用了漲套過(guò)渡套，套設(shè)于漲緊套和動(dòng)力輸出頭之間，以增加電動(dòng)接地操作桿的動(dòng)力輸出筒與漲緊套連接的牢固性，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)接地操作的可靠性。漲套過(guò)渡套結(jié)構(gòu)如圖2所示。

2.3關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)

2.3.1接口設(shè)計(jì)

電動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)裝置與拆卸式接地線(xiàn)夾的接口設(shè)計(jì)，應(yīng)滿(mǎn)足與市場(chǎng)上常用的拆卸式接地線(xiàn)夾匹配的要求。電動(dòng)旋轉(zhuǎn)裝置的接口，需要與拆卸式接地線(xiàn)夾與電動(dòng)裝置完美對(duì)接，要求適用于等徑絕緣桿的通用接口。

2.3.2旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

采用直流減速電機(jī)作為動(dòng)力旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，力矩應(yīng)足夠旋緊或松開(kāi)接地線(xiàn)夾，當(dāng)接地線(xiàn)夾旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)電力不足或者發(fā)生緊急狀況下，可以手動(dòng)旋轉(zhuǎn)擰緊和拆除接地鉗頭。另外，電機(jī)與接地桿旋轉(zhuǎn)裝置應(yīng)能同軸旋轉(zhuǎn)，不偏心。

設(shè)計(jì)難點(diǎn)：（1）電機(jī)的阻斷力矩要適當(dāng)，既要保證臨時(shí)接地線(xiàn)能牢靠，又不能力矩過(guò)大;（2）同軸器選擇要恰當(dāng)，確保電機(jī)和同軸器連接牢靠，否則將造成接地線(xiàn)夾偏轉(zhuǎn)、不同心，接地線(xiàn)操作時(shí)會(huì)有不穩(wěn)定現(xiàn)象，接地線(xiàn)夾有可能滑脫。

解決措施：（1）通過(guò)力矩測(cè)試儀測(cè)試將臨時(shí)接地線(xiàn)線(xiàn)夾夾緊的力矩，在選擇電機(jī)時(shí)選擇力矩稍大于測(cè)試的力矩值即可，經(jīng)過(guò)反復(fù)測(cè)試，電機(jī)力矩選擇28～32N·m;（2）定制加工同軸器，從電機(jī)出來(lái)后經(jīng)過(guò)聯(lián)軸器、同軸器連接接地線(xiàn)夾，確保接地桿同心旋轉(zhuǎn)、不偏轉(zhuǎn)。使用專(zhuān)門(mén)為第二代電動(dòng)接地操作桿設(shè)計(jì)的漲套過(guò)渡套，確保動(dòng)力輸出筒連接牢固，接地線(xiàn)操作可靠。

2.3.3控制電路設(shè)計(jì)

電機(jī)控制電路應(yīng)能實(shí)現(xiàn)控制電機(jī)正轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)，停轉(zhuǎn)。同時(shí)，還應(yīng)具備防誤觸碰后自動(dòng)運(yùn)行功能、夾緊后自動(dòng)停止功能。

2.3.4其它輔助器件選型和加工試制

選擇拆卸式接地線(xiàn)夾，定制絕緣桿，設(shè)計(jì)加工各主要部件之間的連接部件，加工外殼等。

3 電動(dòng)接地操作桿的測(cè)試和應(yīng)用

3.1 測(cè)試

3.1.1測(cè)試方案

在變電站備用間隔進(jìn)行測(cè)試，對(duì)電機(jī)的力矩、線(xiàn)夾接觸電阻、充電電池、電機(jī)和同軸器固定的穩(wěn)定度等參數(shù)進(jìn)行校驗(yàn)。具體內(nèi)容為：

（1）電動(dòng)接地桿正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停轉(zhuǎn)功能測(cè)試：通過(guò)正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)模擬裝設(shè)1組接地線(xiàn)的流程來(lái)考核是否能達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，測(cè)試過(guò)程順暢、不卡滯。

（2）夾緊度測(cè)試：選用的電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)力矩為30N·m，通過(guò)新型和傳統(tǒng)的2種類(lèi)型的接地桿來(lái)裝設(shè)同一組接地線(xiàn)，接地線(xiàn)夾緊度適中，不損傷導(dǎo)線(xiàn)，線(xiàn)夾和導(dǎo)線(xiàn)接觸良好，不松動(dòng)。

（3）縮減裝拆接地線(xiàn)時(shí)間測(cè)試：通過(guò)新型和傳統(tǒng)的2種類(lèi)型的接地桿來(lái)裝設(shè)同一組接地線(xiàn)，進(jìn)行時(shí)間和效率的對(duì)比分析，要求達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。

（4）接觸電阻：通過(guò)新型和傳統(tǒng)的2種類(lèi)型的接地桿來(lái)裝設(shè)同一組接地線(xiàn)，測(cè)試被測(cè)試導(dǎo)線(xiàn)通過(guò)不同種類(lèi)接地桿操作接地后的對(duì)地電阻值。

3.1.2測(cè)試工器具

新型電動(dòng)接地桿1套，傳統(tǒng)接地桿1套，臨時(shí)接地線(xiàn)1組，萬(wàn)用表1塊，秒表1塊。

3.1.3測(cè)試條件

在110kV備用間隔（未接入電網(wǎng)）開(kāi)關(guān)靠CT側(cè)A相、B相、C相導(dǎo)線(xiàn)進(jìn)行測(cè)試，裝設(shè)前將接地線(xiàn)都展放好，操作桿都組裝完畢;拆除前將操作桿都組裝完畢;測(cè)試時(shí)間是純裝設(shè)和拆除的時(shí)間。

3.1.4測(cè)試結(jié)果

測(cè)試結(jié)果詳見(jiàn)表1。裝設(shè)和拆除臨時(shí)接地線(xiàn)的操作簡(jiǎn)單、快捷，傳動(dòng)軸傳動(dòng)情況良好，無(wú)卡澀堵轉(zhuǎn)現(xiàn)象，電路控制正常，總體功能符合預(yù)期要求，可以大幅度節(jié)約操作人員的體力，新型電動(dòng)接地桿比傳統(tǒng)接地桿在裝設(shè)時(shí)省時(shí)85.4%;在拆除時(shí)省時(shí)80.3%。開(kāi)關(guān)機(jī)電路和電機(jī)控制回路配合良好，裝設(shè)時(shí)可以在鎖緊后自動(dòng)停轉(zhuǎn)，力度適中，既能擰緊又不損傷導(dǎo)線(xiàn)，信號(hào)燈指示明確，完全滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)使用條件。

3.2 創(chuàng)新點(diǎn)

（1）電動(dòng)接地操作桿。臨時(shí)接地線(xiàn)由手動(dòng)旋轉(zhuǎn)方式改為電動(dòng)方式操作。

（2）操作桿具備自動(dòng)鎖緊功能。操作將線(xiàn)夾夾緊導(dǎo)線(xiàn)后自動(dòng)停轉(zhuǎn)。

（3）設(shè)計(jì)旋轉(zhuǎn)筒。將電機(jī)、D形孔齒輪、減速器和輸出軸可靠地固定起來(lái)，確保操作桿同心旋轉(zhuǎn)。

（4）設(shè)計(jì)漲套過(guò)渡套。第一缺口為鋸齒結(jié)構(gòu)，徑向剪切力部分分解為環(huán)向拉力，動(dòng)力輸出頭的內(nèi)壁受力均勻，確保漲緊套和所述動(dòng)力輸出頭連接牢固。

與第一代產(chǎn)品相比，第二代新型電動(dòng)接地操作桿將電動(dòng)旋轉(zhuǎn)部分設(shè)計(jì)到近手端，通用性更強(qiáng)。此外，漲緊過(guò)渡套的使用，使第二代產(chǎn)品結(jié)構(gòu)更加牢固，確保接地操作更加可靠。同時(shí)，第二代取消了遙控器，直接將開(kāi)關(guān)設(shè)置于手持電動(dòng)旋轉(zhuǎn)工具上，無(wú)需進(jìn)行遙控器配對(duì)，操作更加便利。

3.3 應(yīng)用情況

當(dāng)前已在4個(gè)變電站配置本文所設(shè)計(jì)研制的電動(dòng)接地操作桿，獲得了顯著的安全效益和經(jīng)濟(jì)效益。

3.3.1安全效益方面

本項(xiàng)目成果可以讓臨時(shí)接地線(xiàn)的操作時(shí)間縮短，直接提升操作組的工作效率。對(duì)于大型操作，該裝置有助于操作組提前30-70分鐘完成工作，如果算上送電時(shí)拆除接地線(xiàn)所節(jié)省的時(shí)間，可以節(jié)省60-120分鐘。停送電時(shí)間的縮短以及對(duì)人力的節(jié)省，保證了操作組執(zhí)行操作的可靠性，提高了電網(wǎng)的穩(wěn)定性，具有顯著的安全效益。

另外，電動(dòng)接地操作桿從根本上解決了操作人員手動(dòng)旋轉(zhuǎn)接地操作過(guò)程會(huì)出現(xiàn)手臂會(huì)發(fā)酸、乏力、手會(huì)出現(xiàn)抖動(dòng)現(xiàn)象的問(wèn)題，避免了舉高時(shí)力量不支使地線(xiàn)和操作桿倒下碰觸帶電設(shè)備的風(fēng)險(xiǎn)。

3.3.2經(jīng)濟(jì)效益方面

電動(dòng)接地操作桿還具備減少停電時(shí)間帶來(lái)的供電電費(fèi)營(yíng)收增加：本文設(shè)計(jì)研制的電動(dòng)接地操作桿應(yīng)用在4個(gè)敞開(kāi)式變電站，每個(gè)變電站按每個(gè)間隔裝設(shè)2組接地線(xiàn)，按停送電時(shí)間減少1小時(shí)計(jì)算，每年每個(gè)變電站按10個(gè)110kV線(xiàn)路間隔、6個(gè)220kV線(xiàn)路間隔計(jì)算，每個(gè)間隔負(fù)荷按300A計(jì)算，居民電價(jià)按0.68元/kWh計(jì)算，4個(gè)變電站每年可增加供電電費(fèi)營(yíng)收：[0.68元/kWh×（110kV×300A×1.732）×10個(gè)線(xiàn)路間隔×1小時(shí)+0.68元/kWh×（220kV×300A×1.732）×6個(gè)線(xiàn)路間隔×1小時(shí)]×4個(gè)變電站=342.02萬(wàn)元。

顯然，該電動(dòng)接地操作桿具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益，值得在更多地區(qū)推廣應(yīng)用。

4 結(jié)語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)研制的新一代電動(dòng)接地操作桿，經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)、研制、試驗(yàn)及試用后，已具備電動(dòng)操作、自動(dòng)停止等功能，相比第一代產(chǎn)品，結(jié)構(gòu)上更加穩(wěn)固合理，可確?？煽垦b設(shè)、拆除臨時(shí)接地線(xiàn)的要求，達(dá)到了節(jié)省操作時(shí)間及人力成本的目標(biāo)，在部分變電站的應(yīng)用情況良好，具有顯著的安全效益和經(jīng)濟(jì)效益，值得在更多地區(qū)推廣應(yīng)用。用戶(hù)也可根據(jù)實(shí)際情況選用第一代或第二代產(chǎn)品。

[1]王榮校， 周銀， 李彥. 變電站倒閘操作中接地線(xiàn)安裝方法[J]. 電工技術(shù)， 2019， 000（008）：87-88.

[2]高海安. 新穎的軸向定位結(jié)構(gòu)——用漲緊套代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鎖緊螺母[J]. 裝備機(jī)械， 2002（03）：27-30.

[3]單政強(qiáng)， 吳羅凌. 齒輪減速電機(jī)[J]. 電世界， 2000， 041（005）：11-12.

作者簡(jiǎn)介：

雷強(qiáng)（1977），男，山西平遙人。高級(jí)工程師，工學(xué)學(xué)士，長(zhǎng)期從事變電設(shè)備設(shè)施、安措物資技術(shù)研究、運(yùn)行維護(hù)和管理工作。

陸卓淵（1996），男，廣東潮州人。工學(xué)學(xué)士，從事變電設(shè)備設(shè)施運(yùn)維管理工作。

余佳文（1992），男，湖北武漢人。工學(xué)學(xué)士，從事變電設(shè)備設(shè)施運(yùn)維管理工作。