變電站內(nèi)非水平導(dǎo)線專用接地掛環(huán)裝置的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

國網(wǎng)福建省電力有限公司漳州供電公司 許福鹿 張希嫻 許群超 蔡長春 許常濱

1 引言

接地掛環(huán)是一種用于設(shè)備檢修或進(jìn)行其他操作時(shí)驗(yàn)電、裝設(shè)接地線的電氣裝置，其作用是確認(rèn)停電線路或設(shè)備是否存在電壓，以及避免驟然出現(xiàn)的電壓和附近高壓帶電設(shè)備產(chǎn)生感應(yīng)電壓而導(dǎo)致的惡性事故，同時(shí)釋放設(shè)備中儲能元件的電能[1]?，F(xiàn)階段廣泛使用的接地掛環(huán)均采用螺栓固定式套裝結(jié)構(gòu)，只適用于水平或接近水平方向上的導(dǎo)線，而對于那些與地面夾角較大的非水平導(dǎo)線則很難適用。因此，受非水平導(dǎo)線的影響，運(yùn)維人員在加裝臨時(shí)接地線時(shí)，加裝過程將變得十分艱難，且存在加掛不可靠、易傾斜等問題[2]，致使停電檢修作業(yè)勞動(dòng)強(qiáng)度增大、設(shè)備停電時(shí)間增長，且存在一定的安全隱患。針對非水平導(dǎo)線帶來的問題，設(shè)計(jì)一種非水平導(dǎo)線專用接地裝置，從而降低變電站檢修時(shí)的作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，減輕運(yùn)維人員的勞動(dòng)負(fù)擔(dān)，提高運(yùn)維人員掛接地線的工作效率。

2 目前常用接地掛環(huán)應(yīng)用分析

2.1 接地掛環(huán)的作用

在變電站日常檢修過程中，通常需要檢修的項(xiàng)目有電纜溝蓋板擺放、控制電纜備用芯絕緣化處理、設(shè)備維修等工作。在變電站停電檢修作業(yè)展開之前，運(yùn)維人員需要在變壓器高壓側(cè)套管上方、主變中低壓側(cè)套管樁頭、母線橋母排、線路PT等部位裝設(shè)臨時(shí)接地線以防止的意外事故的發(fā)生。因此，在變電站需要加掛接地線的位置裝設(shè)接地掛環(huán)變得尤為重要，直接決定檢修作業(yè)的安全性和可靠性[3]。

2.2 目前接地掛環(huán)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

由于變電站內(nèi)很多位置的導(dǎo)線與地面呈一定角度，而現(xiàn)有的接地掛環(huán)，其構(gòu)造均設(shè)計(jì)為螺栓固定式套裝結(jié)構(gòu)。當(dāng)導(dǎo)線與地面平行或接近平行時(shí)，這種結(jié)構(gòu)的接地掛環(huán)才能夠很好的裝設(shè)到導(dǎo)線上。

裝設(shè)現(xiàn)有接地掛環(huán)主要是將水平導(dǎo)線穿過兩半圓環(huán)，然后使用扳手或套筒緊固螺栓，使夾體壓緊導(dǎo)線[4]，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)裝設(shè)。這種結(jié)構(gòu)的接地掛環(huán)用于電塔、輸電線路加掛接地線有較好的適應(yīng)性和穩(wěn)固性，是目前水平導(dǎo)線普遍應(yīng)用的接地掛環(huán)。

2.3 目前接地掛環(huán)結(jié)構(gòu)存在的不足

在變電站內(nèi)，由于存在有大量非水平導(dǎo)線，當(dāng)線路或設(shè)備需要停電進(jìn)行檢修時(shí)，目前普遍應(yīng)用的接地掛環(huán)顯然無法適用。如果這些非水平導(dǎo)線強(qiáng)裝普通接地掛環(huán)，由于導(dǎo)線與地面存在較大的角度，致使接地線無法良好地掛接到接地掛環(huán)上[5]，且存在易脫落、接掛不牢固等問題，給檢修作業(yè)帶來一定風(fēng)險(xiǎn)。

3 非水平導(dǎo)線專用接地掛環(huán)的設(shè)計(jì)

3.1 接地掛環(huán)結(jié)構(gòu)原理

非水平導(dǎo)線專用接地掛環(huán)設(shè)計(jì)原理如圖1所示。其中，固定塊1一側(cè)通過第一連接件2與連接板3相連；連接板3 兩端下側(cè)均裝設(shè)有固定柱31，兩固定柱31之間裝設(shè)有接地掛環(huán)7，且固定柱31與接地掛環(huán)7可以通過第二連接件6進(jìn)行松緊連接設(shè)置；第一連接件2與第二連接件6均為螺栓連接，且第一連接件2的數(shù)量為兩個(gè)；固定塊1的一側(cè)開設(shè)有第一弧形槽11和與之相配合的第二弧形槽12；連接板3上端設(shè)置有若干限位塊5；固定塊1上端裝設(shè)有若干個(gè)與各限位塊5相適應(yīng)的鉸接槽4，鉸接槽4內(nèi)插接有轉(zhuǎn)軸8，且轉(zhuǎn)軸8貫穿限位塊5，形成可以轉(zhuǎn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)。該裝置能夠適應(yīng)不同的傾斜角度的導(dǎo)線，并能夠與接地線卡口裝置靈活配合使用。

圖1 非水平導(dǎo)線專用接地掛環(huán)設(shè)計(jì)原理

3.2 接地掛環(huán)構(gòu)件材料

為使設(shè)計(jì)的非水平導(dǎo)線專用接地掛環(huán)的各項(xiàng)機(jī)械、電氣性能均能夠滿足相關(guān)要求，同時(shí)保證非水平導(dǎo)線專用接地掛環(huán)具備優(yōu)秀的耐用性和輕便型。在接地掛環(huán)材料選取時(shí)，選用40Cr型鋼作為鉸接槽和轉(zhuǎn)軸的制作材料，使裝置在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中具有良好的抗磨損和抗疲勞破壞性能；選用7050型鋁合金作為接地掛環(huán)的制作材料，使得裝置不僅具備非常高的機(jī)械強(qiáng)度，而且具有非常輕的質(zhì)量，滿足設(shè)計(jì)初輕便性要求；選用M10 螺栓和M5 沉頭螺栓作為第一連接件和第二連接件的材料，保證了接地掛環(huán)牢固可靠性。研究人員設(shè)計(jì)的非水平導(dǎo)線專用接地掛環(huán)接地線截面積為50mm2，能夠承受高達(dá)16.5kA的工頻電弧電流，滿足電力行業(yè)接地線的電氣技術(shù)要求。

4 非水平導(dǎo)線專用接地掛環(huán)的安裝、使用和維護(hù)

4.1 接地掛環(huán)的安裝

以45°非水平導(dǎo)線安裝專用接地掛環(huán)為例，當(dāng)變電站內(nèi)設(shè)備需要進(jìn)行檢修時(shí)，先將設(shè)備相關(guān)的開關(guān)斷開并轉(zhuǎn)為冷備用時(shí)，然后在接地掛環(huán)的無膠處（裸露金屬部分）進(jìn)行驗(yàn)電，確認(rèn)無電后，通過轉(zhuǎn)軸將連接板打開，將45°非水平導(dǎo)線穿過第一弧形槽和第二弧形槽形成的圓孔，使整個(gè)裝置傾斜懸掛，最后使用扭力扳手交替、依次擰緊第一連接件，使固定塊和連接板緊密牢固，即整個(gè)裝置成功安裝在非水平導(dǎo)線上。

4.2 接地掛環(huán)的使用

非水平導(dǎo)線專用接地掛環(huán)安裝之后，通過旋松第二連接件使接地掛環(huán)自由轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)至水平后旋緊第二連接件，使接地掛環(huán)緊固不轉(zhuǎn)動(dòng)。將接地線夾加掛在掛環(huán)上，且接地掛環(huán)裸露部分直徑與接地線裝置卡扣部分正確配合，尺寸相符，增加接地線的可靠性及檢修的安全性。

在運(yùn)維人員加掛接地線過程中，由于各導(dǎo)線與地面角度不一，可以靈活轉(zhuǎn)動(dòng)接地掛環(huán)，使其與水平方向一致，以減少加掛接地線的時(shí)間、避免接地線中途脫落。

4.3 接地掛環(huán)的維護(hù)

對于設(shè)計(jì)的非水平導(dǎo)線專用接地掛環(huán)后期維護(hù)工作，由于裝置外部裝套了有機(jī)復(fù)合材料制作的熱縮套，防雨防腐蝕，耐用性極強(qiáng)，且接地掛環(huán)金屬裸露部分材料為鋁合金，導(dǎo)熱耐腐性極好。對于定期使用或由于風(fēng)力等自然因素造成的鉸鏈槽磨損或連接件松動(dòng)，在日常巡檢或定期維護(hù)過程中可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)。接地掛環(huán)螺栓清晰可見，與地面角度容易觀測，腐蝕程度與松動(dòng)情況均能夠輕易判斷。因此設(shè)計(jì)的非水平導(dǎo)線專用接地掛環(huán)具有長期免維護(hù)、性能可靠的優(yōu)點(diǎn)。

5 非水平導(dǎo)線專用接地掛環(huán)的優(yōu)勢

在變電站檢修作業(yè)過程中，對于非水平導(dǎo)線接地作業(yè)，運(yùn)維人員可以輕易、便捷地將接地線掛接到接地掛環(huán)上，從而實(shí)現(xiàn)可靠接地。拆除接地線時(shí)，運(yùn)維人員只需要使用專用接地棒輕松取下即可。整個(gè)掛拆過程簡單方便，無須登桿負(fù)重攀爬，有效避免了檢修時(shí)的作業(yè)危險(xiǎn)，極大提高檢修人員的作業(yè)效率，縮短掛接地線過程消耗時(shí)間，進(jìn)而從根本上解決了變電站加掛接地線困難的問題。

5.1 變電站檢修安全措施布置耗時(shí)對比

變電站檢修安全措施布置耗時(shí)對比見表1。從表1中可以看到，在停電檢修前準(zhǔn)備和檢修過程中，安裝有非水平導(dǎo)線專用接地掛環(huán)的檢修耗時(shí)明顯比傳統(tǒng)檢修方式耗時(shí)更少，總的耗時(shí)大約減少30min，這說明在檢修過程中，安裝有設(shè)計(jì)的接地掛環(huán)能夠降低安全措施布置復(fù)雜性，簡化操作流程，提升變電站精細(xì)化運(yùn)營管理水平，緩解站內(nèi)倒閘操作頻繁與運(yùn)維人員少的矛盾。

表1 變電站檢修安全措施布置耗時(shí)對比

5.2 變電站檢修風(fēng)險(xiǎn)對比

變電站內(nèi)由于變壓器高壓側(cè)套管上方等位置導(dǎo)線距離地面較高，當(dāng)采用傳統(tǒng)作業(yè)方式進(jìn)行檢修時(shí)，運(yùn)維人員需要攀爬至相應(yīng)位置進(jìn)行加掛接地線。在檢修時(shí)，檢修人員會面臨一系列風(fēng)險(xiǎn)，如極端天氣導(dǎo)致的墜落風(fēng)險(xiǎn)、感應(yīng)電觸電風(fēng)險(xiǎn)、接地棒使用不規(guī)范導(dǎo)致與高壓帶電設(shè)備安全距離過小產(chǎn)生的人員和設(shè)備安全風(fēng)險(xiǎn)等，這些風(fēng)險(xiǎn)是傳統(tǒng)檢修方式無法避免的，而安裝有非水平導(dǎo)線專用接地環(huán)的變電站，在進(jìn)行檢修時(shí)上述風(fēng)險(xiǎn)將極大降低。變電站檢修風(fēng)險(xiǎn)對比見表2。表2為傳統(tǒng)檢修方式和安裝非水平導(dǎo)線專用接地掛環(huán)后的檢修風(fēng)險(xiǎn)對比。從表2中可知，安裝非水平導(dǎo)線專用接地掛環(huán)后整體風(fēng)險(xiǎn)有了顯著的降低，說明本設(shè)計(jì)的接地掛環(huán)能夠降低作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，保證檢修人員的人身安全。

表2 變電站檢修風(fēng)險(xiǎn)對比

6 結(jié)語

運(yùn)維人員在實(shí)際工作中應(yīng)用非水平導(dǎo)線專用接地掛環(huán)，能夠輕易、便捷地將接地線加掛到接地掛環(huán)上，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)線的可靠性接地，有效解決了變電站檢修過程中非水平導(dǎo)線與接地線卡扣銜接困難，加掛時(shí)間長、連接不牢固、容易脫落等問題，進(jìn)而提高了運(yùn)維人員的作業(yè)效率，充分減少了安全隱患、降低了檢修人員的作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，提高了變電站經(jīng)濟(jì)效益。本設(shè)計(jì)的非水平導(dǎo)線專用接地掛環(huán)具有較好的應(yīng)用前景，使用推廣價(jià)值較高。