一種特高壓線路新型檢修用接地裝置研究及應用

馬萬勛，章 兵，孫運濤，李成濤

(1.江蘇省送變電有限公司，江蘇 南京 211100)(2.南京電力金具設計研究院有限公司，江蘇 南京 211500)

我國的特高壓線路年度檢修任務繁重，其原因一是特高壓線路數(shù)量多，路徑長，二是特高壓線路多架設在地形地貌復雜的地區(qū)，三是部分地區(qū)有多條特高壓線路交叉、平行分布，電磁感應因素復雜。特別是平行分布的雙回線路，由于其基本采用輪停方式檢修，被檢修線路的感應電較大，因此檢修時均需掛接大量接地線[1-2]?，F(xiàn)使用的接地線連接方式大多為鱷魚嘴式接地線夾，在感應電的作用下，時常有接地線夾嚴重磨損甚至燒蝕導線的情況出現(xiàn)[3]。操作人員在安裝接地線時，需要多次試投才能夾住導線，操作耗時長、效率低。另外，現(xiàn)有接地線還會出現(xiàn)因為彈簧失效而導致夾頭與導線接觸不良等問題，操作者需要爬入跳線處纏扎鋁絲進行加固，存在一定的安全作業(yè)風險[4-5]。

本文研制了一種基于LORA無線控制的特高壓檢修用電動接地裝置，無需操作人員攀爬跳線，就能實現(xiàn)接地線裝置與導線可靠的電氣連接[6-8]，可充分保證操作人員的作業(yè)安全。

1 電動接地檢修裝置結(jié)構(gòu)設計

現(xiàn)有的接地線由于需要進行手動分離，因此在設計時鱷魚嘴式接地線夾夾頭處僅靠扭簧施加作用力，其夾緊力有限。接地線夾夾頭與導線非可靠接觸，當特高壓線路中感應電較大時，接觸電阻較大，在感應電的作用下，持續(xù)放電、發(fā)熱，導致導線燒蝕，如圖1所示。

圖1 鱷魚嘴式接地線夾及導線燒蝕圖

為解決以上問題，本文采用電機和連桿機構(gòu)結(jié)合的方式，在夾頭處施加較大夾緊力，充分保證夾頭與導線的可靠電氣接觸。

1.1 夾緊機構(gòu)原理

設計的夾緊機構(gòu)采用連桿機構(gòu)原理[9-10]，如圖2所示，地線夾頭施加給導線的正壓力Fn的計算式為：

圖2 結(jié)構(gòu)原理圖

(1)

式中：F為電機施加的推力，N；L1為C、D間距離，m；L2為B、C間距離，m；α為BC與CD的夾角，(°)；θ為AB的水平夾角，(°)。

理論上，當θ很小時，能夠產(chǎn)生數(shù)倍于電機推力F的正壓力Fn?？紤]到機構(gòu)之間的配合及執(zhí)行的可靠性，θ不宜過小，取為5°，又綜合考慮整體機構(gòu)的結(jié)構(gòu)等，將L1,L2,θ設為常量，則式(1)可簡化為：

(2)

1.2 夾緊機構(gòu)設計

為了在電機停止運轉(zhuǎn)時，能使推桿末端的傳導機構(gòu)及時止動從而使施加的力能處于保持狀態(tài)，擬在推桿末端采用螺紋旋接的形式。隨著螺紋的旋轉(zhuǎn)推動，不僅使夾頭起到足夠的夾持作用，不易被風吹動，而且能保持夾頭與導線的可靠接觸，接觸電阻足夠小，通流效果良好。

同時，考慮到接地裝置在夾緊后可能存在電機損壞或電源失效的情況，該機構(gòu)在結(jié)構(gòu)上兼?zhèn)淞耸謩硬鸪拥匮b置的功能，便于檢修時使用。

1.3 動力源

采用直流電機作為動力源，電機施加的推力F可以根據(jù)式(3)計算：

F=T/(kd)

(3)

式中：T為直流電機的額定扭矩，N·m；k為扭矩系數(shù)平均值；d為螺桿直徑，m。本裝置采用DC 24 V行星減速電機，額定扭矩為2.5 N·m。綜合考慮，使用M8螺桿，則d=0.008 m。計算得，F(xiàn)=1 250 N，則夾頭處的正壓力Fn為2 500 N。

2 跳線合流線夾

為了保護特高壓線路中的導線，需設計一個特高壓線路專用合流裝置，與接地裝置夾頭連接。該合流裝置通過中間抱箍夾緊硬跳中的鋼管來固定合流線夾本體，再通過不同內(nèi)徑的夾蓋夾緊不同規(guī)格型號的導線。導流管采用較長的圓形管材，便于工作人員在高空操作電動接地夾頭與其連接，連接后的結(jié)構(gòu)如圖3所示。在導流管頂部設有尼龍墊，用來保護接地裝置中的行程開關，免受感應電的影響。

圖3 跳線合流線夾

3 無線控制模塊

直流電機運轉(zhuǎn)與停止的控制通過LORA無線發(fā)射、接收模塊和主控板來實現(xiàn)。在電機端安裝一個雙向通信的LORA模塊和專用的主控板，遙控器端有與電機端配對的LORA模塊。遙控器發(fā)射的控制指令，通過LORA模塊接收后喚醒主控板上的MCU(micro control unit)，MCU控制電機接通電源，電機開始旋轉(zhuǎn)。當夾緊裝置夾緊導線后，主控芯片通過電流檢測電路得到電機運行電流，當電機運行電流由額定電流變?yōu)檫^載電流時，中斷供電，電機停止轉(zhuǎn)動。無線操作拆除接地裝置的方式基本相似，不作贅述。

通過無線控制，工作人員能夠遠程進行接地裝置夾接和拆除操作。設備體積小、質(zhì)量輕，便于施工人員攜帶上塔、安裝，操作簡單，避免了工作人員直接在跳線串上作業(yè)，有效降低了作業(yè)風險。同時，在新型接地裝置安裝和拆除操作過程中，可以有效檢測到新型接地裝置的位置、狀態(tài)，便于分散安裝在導線上各處裝置的集中管理。

4 產(chǎn)品試驗

4.1 夾緊力試驗

為了測試接地線裝置的夾緊力，采用了改造后適用于圓弧面測試的壓力傳感器，試驗如圖4所示，測得的壓力值見表1，可知測試結(jié)果與計算的壓力值Fn基本吻合。

表1 新接地裝置壓力值測試

圖4 新型接地裝置夾緊力試驗

4.2 電阻、溫升試驗

為了減輕整體結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，新型接地裝置接頭采用鋁合金材料。對原有全銅鱷魚嘴式接地裝置及新型接地裝置進行電阻溫升對比試驗，測量并記錄試驗數(shù)值[11-12]。電阻、溫升方案布置圖分別如圖5、圖6所示，測量電阻值分別見表2、表3，溫升值分別見表4、表5。

圖5 兩種接地裝置電阻測量方案布置圖

表2 全銅鱷魚嘴式接地線裝置與導線之間測量電阻

圖6 兩種接地裝置溫升試驗方案布置圖

表3 新型接地裝置與鋁管之間測量電阻

表4 全銅鱷魚嘴式接地線裝置與導線之間溫升值

表5 新型接地裝置與鋁管之間溫升值

試驗結(jié)果顯示，測得的新型接地裝置的電阻值、溫升值明顯小于原有全銅鱷魚嘴式接地線裝置，說明其性能優(yōu)于原有結(jié)構(gòu)，滿足特高壓接地使用要求。

5 結(jié)束語

與現(xiàn)有全銅鱷魚嘴式接地裝置相比，本文研制的新型裝置通過無線遙控實現(xiàn)掛、拆接地線，無需操作人員攀爬跳線操作，裝置夾緊力大，充分保證電氣接觸，實現(xiàn)可靠接地。在跳線處安裝了合流線夾，避免了新型接地裝置因直接與導線連接而導致磨損或燒蝕導線。新型接地裝置便于工作人員操作，為特高壓檢修工作提供重要安全保證，具有較高的使用價值。