基于電力驅(qū)動(dòng)的10 kV可伸縮式接地線設(shè)計(jì)及應(yīng)用

郭軼文，董宇龍，王 楠，王 楷，候士雅

（內(nèi)蒙古電力（集團(tuán)）有限責(zé)任公司包頭供電分公司，內(nèi)蒙古 包頭 014030）

0 引言

隨著社會(huì)的發(fā)展，電力在生產(chǎn)生活中占比不斷增大。對(duì)于電力用戶來(lái)說(shuō)，停電時(shí)間每增加1 min，造成的生活不便和經(jīng)濟(jì)損失將大幅增加。為了增加用戶用電滿意度，提高電力系統(tǒng)供電可靠性，停電和送電工作用時(shí)應(yīng)盡可能縮短[1]。輸電網(wǎng)絡(luò)的停送電并不對(duì)外體現(xiàn)，對(duì)企業(yè)和居民有感的停電事件主要是20 kV、10 kV 或0.4 kV 等配電網(wǎng)絡(luò)停電[2]。針對(duì)配電網(wǎng)絡(luò)的停電作業(yè)，本文從接地設(shè)備的改造入手，通過(guò)工具的升級(jí)改造縮短停電時(shí)間。

1 配電網(wǎng)絡(luò)接地作業(yè)存在的問(wèn)題

對(duì)于配電網(wǎng)絡(luò)的接地作業(yè)，目前普遍使用攜帶型短路接地線。在使用過(guò)程中，存在如下問(wèn)題[3]。

1.1 待接地設(shè)備距地高差大

配電網(wǎng)設(shè)備的停電工作，一般涉及變電站的配電線路和無(wú)功補(bǔ)償裝置及用戶側(cè)的臺(tái)式變壓器、環(huán)網(wǎng)柜、Π接箱等設(shè)備。這些設(shè)備有些安裝在架構(gòu)或桿塔上，距離地面較高，如變電站內(nèi)電容器隔離開(kāi)關(guān)架構(gòu)高3.3 m，則用戶臺(tái)式變壓器需安裝在5 m左右的桿塔上。因此裝拆接地線時(shí)，操作人員需攀爬桿塔或架構(gòu)進(jìn)行操作，屬高空作業(yè)。在佩戴絕緣手套和安全帶的情況下，裝拆接地線的操作難度很大[3]。操作人員從登桿開(kāi)始計(jì)時(shí)，操作接地線完畢后至下桿平均耗時(shí)為15～30 min[4]。同時(shí)高空作業(yè)對(duì)操作人員的體能消耗較大，攀爬及裝拆接地線時(shí)有高摔、觸電風(fēng)險(xiǎn)[5]。

1.2 現(xiàn)有接地工具易損壞

現(xiàn)有接地線的導(dǎo)體端一般采取夾鉗式，通過(guò)絕緣桿內(nèi)部的環(huán)氧樹(shù)脂拉桿與絕緣桿下部的閘把相連。實(shí)際使用中，導(dǎo)體端的夾鉗開(kāi)口最大張開(kāi)度為5 cm，不適用于有特殊設(shè)計(jì)的導(dǎo)線，亦無(wú)法裝設(shè)于載荷量較大的多層鋁排上。同時(shí)，受尺寸限制，拉桿無(wú)法同時(shí)兼顧安全和牢固，且材質(zhì)較脆。在戴好絕緣手套進(jìn)行操作時(shí)，常出現(xiàn)內(nèi)置環(huán)氧樹(shù)脂拉桿被拉斷的情況，導(dǎo)致接地線的導(dǎo)體端無(wú)法正常使用，最終無(wú)法順利完成倒閘操作。因此需對(duì)現(xiàn)有接地線進(jìn)行改造。

2 接地線改造

2.1 接地線構(gòu)成

接地裝置通常由導(dǎo)電部分和絕緣部分構(gòu)成。導(dǎo)電部分一部分固定在待檢修設(shè)備來(lái)電端，一部分和接地線相連。為了便于操作人員安全操作，絕緣部分通常設(shè)計(jì)有一定的長(zhǎng)度。導(dǎo)電部分為金屬材質(zhì)，對(duì)于固定在電氣設(shè)備或電氣導(dǎo)線上的導(dǎo)體端，還要求有一定的緊固度，以保證接地線安裝可靠。目前絕緣材料一般選用環(huán)氧樹(shù)脂，具有良好的絕緣性能和可加工性能，只要確保足夠的尺寸，其強(qiáng)度就能得到滿足[6]。

2.2 接地線改造

2.2.1 絕緣部分改造

針對(duì)現(xiàn)有設(shè)備距地高差大、懸掛困難的問(wèn)題，對(duì)在用10 kV接地線進(jìn)行改造。將原固定長(zhǎng)度的環(huán)氧樹(shù)脂棒改造為由多段組合、具有伸縮功能的環(huán)氧樹(shù)脂棒（見(jiàn)圖1）。采用伸縮式設(shè)計(jì)，不僅能滿足狹窄空間的接地要求，而且當(dāng)對(duì)架構(gòu)上設(shè)備接地作業(yè)時(shí)，通過(guò)拉伸絕緣棒，操作人員即可就地開(kāi)展作業(yè)，無(wú)需登高，從而避免了人員高摔，實(shí)現(xiàn)了安全作業(yè)。

圖1 帶有伸縮功能的絕緣棒Fig.1 Insulation rod with retractable function

多段環(huán)氧樹(shù)脂棒按照內(nèi)徑不同成套筒式安裝。每一節(jié)環(huán)氧樹(shù)脂棒的末端設(shè)計(jì)有兩個(gè)半圓狀的半透明橡膠活結(jié)，扣在白色凹槽內(nèi)（見(jiàn)圖2），以方便相鄰兩段環(huán)氧樹(shù)脂棒的固定，防止內(nèi)節(jié)回縮。當(dāng)內(nèi)節(jié)旋轉(zhuǎn)一定角度時(shí)，白色凹槽內(nèi)的凸起會(huì)將半透明橡膠活結(jié)頂出，緊緊壓在外節(jié)的內(nèi)壁。橡膠活結(jié)可以起到固定環(huán)氧樹(shù)脂棒，避免環(huán)氧樹(shù)脂棒受力回縮的作用。內(nèi)層環(huán)氧樹(shù)脂棒旋轉(zhuǎn)前后對(duì)比情況見(jiàn)圖3。

圖2 白色凹槽Fig.2 Bulge on white groove

圖3 內(nèi)層環(huán)氧樹(shù)脂棒旋轉(zhuǎn)前和旋轉(zhuǎn)后的對(duì)比Fig.3 Comparison of inner epoxy resin rod before and after rotation

環(huán)氧樹(shù)脂棒最細(xì)一段內(nèi)徑為25.5 mm，最粗一段內(nèi)徑為40 mm，該尺寸可滿足操作人員在佩戴絕緣手套后單手握持的需求。在手握持部分噴涂醒目顏色并做顆粒處理，提高握持的摩擦力（見(jiàn)圖4）。

圖4 環(huán)氧樹(shù)脂棒的手持部分Fig.4 Hand held part of epoxy resin rod

2.2.2 動(dòng)觸頭改造

為了在不需要接觸任何導(dǎo)體部分的前提下，仍能可靠裝拆，可采用遙控的方式來(lái)控制導(dǎo)體端動(dòng)觸頭的分合，本次改造采用電動(dòng)推桿[7]。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，電動(dòng)推桿參數(shù)見(jiàn)表1，其外觀見(jiàn)圖5，推桿完全伸出孔中心距為232 mm。該款電動(dòng)推桿具備自鎖功能，推桿伸出后不會(huì)縮回，可達(dá)到分合順暢、觸頭夾緊的效果。電動(dòng)推桿采用鋁合金+ABS（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物）材質(zhì)。

表1 電動(dòng)推桿參數(shù)Tab.1 Parameters of electric actuator

圖5 電動(dòng)推桿外觀圖Fig.5 Electric actuator appearance

推桿自帶遙控接收裝置，使用時(shí)選擇合適的移動(dòng)電源即可[8]。為滿足電動(dòng)裝置的使用要求，電池必須具備過(guò)流保護(hù)，使得接地端充分夾緊時(shí)能可靠切斷電源，從而保護(hù)電動(dòng)機(jī)，同時(shí)也應(yīng)具備防止電池過(guò)充、過(guò)放、過(guò)熱等常規(guī)功能。18650鋰電池保護(hù)芯片體積小、質(zhì)量輕、控制原理簡(jiǎn)單、可靠性高，在過(guò)充、過(guò)放、過(guò)流、短路及超高溫充放電情況下均能可靠動(dòng)作，因此選擇18650 鋰電池保護(hù)芯片作為電池的保護(hù)芯片[9]。為了安裝方便，選用一字形鋰電池。本次改造選擇的鋰電池除具備上述功能外，還具有較低的電池自放電和無(wú)記憶功能。表2為一字形鋰電池的產(chǎn)品參數(shù)。當(dāng)環(huán)境溫度為-20 ℃時(shí)，18650 電池放電容量會(huì)下降，為常溫放電容量的75%左右。隨著溫度的繼續(xù)下降，鋰電池容量繼續(xù)減少，但至少仍可保持50%放電容量，此時(shí)，電動(dòng)推桿仍可連續(xù)分合500次[10]。

表2 一字形鋰電池產(chǎn)品參數(shù)Tab.2 Parameters of lithium battery

選擇的電動(dòng)推桿和一字形蓄電池直徑都不得超過(guò)25.5 mm，以便將電動(dòng)推桿和一字形蓄電池裝填于環(huán)氧樹(shù)脂棒內(nèi)部。此種安裝方式不僅整體美觀簡(jiǎn)潔，同時(shí)環(huán)氧樹(shù)脂棒還能提供物理屏障，保護(hù)弱電設(shè)備不受外力破壞。改造時(shí)先安裝固定電動(dòng)推桿，然后將動(dòng)觸頭加裝到電動(dòng)推桿上即可完成動(dòng)觸頭改造（見(jiàn)圖6）。

圖6 電動(dòng)推桿加裝動(dòng)觸頭Fig.6 Electric actuator equipped with moving contacts

2.2.3 靜觸頭改造

為了滿足載流量的需求，配電設(shè)備裝配時(shí)，不采用金屬導(dǎo)線，而采用鋁排、銅排等導(dǎo)流設(shè)備。鋁排疊放層數(shù)的遞增，對(duì)應(yīng)于通過(guò)更大的載流量。為了滿足此類情況下裝設(shè)接地線的需求，對(duì)接地線的導(dǎo)體端靜觸頭進(jìn)行改造。目前在役的一款接地線靜觸頭見(jiàn)圖7，該靜觸頭為具有槽口的“L”形。測(cè)量該接地線靜觸頭尺寸，重新制作一款導(dǎo)軌，其三視圖見(jiàn)圖8。該導(dǎo)軌可用來(lái)連接“L”形靜觸頭和環(huán)氧樹(shù)脂棒，導(dǎo)軌同時(shí)預(yù)留有固定接地引下線的螺孔，制作好的導(dǎo)軌見(jiàn)圖9。安裝時(shí)，將靜觸頭套入導(dǎo)軌，然后用蝴蝶螺母配合突出的螺絲軸固定即可。

圖7 在役的“L”形靜觸頭Fig.7 L-type static contacts currently in service

圖8 導(dǎo)軌三視圖Fig.8 Three views of guide rail

圖9 導(dǎo)軌成品Fig.9 Finished guide rail

改造后的可伸縮式接地線如圖10所示。

圖10 改造后的可伸縮式接地線Fig.10 Modified retractable grounding wire

2.3 應(yīng)用試驗(yàn)及效果

改造后的可伸縮式接地線可應(yīng)用于各類配電設(shè)備停電的接地工作，如電容器、電抗器等，此類設(shè)備戶外架構(gòu)高度通常為3.3 m?？缮炜s式接地線在完全伸展后長(zhǎng)度為1.86 m，剩余對(duì)地距離1.44 m。對(duì)于該類較高架構(gòu)，可以通過(guò)伸長(zhǎng)環(huán)氧樹(shù)脂棒進(jìn)行操作，從而達(dá)到無(wú)需攀爬架構(gòu)，即可裝設(shè)地線的效果[11]?？缮炜s式接地線對(duì)室外架構(gòu)設(shè)備接地情況見(jiàn)圖11，其具體使用要求及效果如下。

圖11 對(duì)室外架構(gòu)設(shè)備接地Fig.11 Grounding of outdoor structure equipment

（1）實(shí)際應(yīng)用中，接地線操作人員應(yīng)做好“五防”，并防止誤入帶電間隔，同時(shí)對(duì)待接地設(shè)備驗(yàn)明無(wú)電即可安全可靠使用該可伸縮式接地線[12-17]。

（2）使用時(shí)，動(dòng)靜觸頭在可靠閉合后，應(yīng)保證夾緊被接地設(shè)備。在使用具備自鎖功能的電動(dòng)推桿的基礎(chǔ)上，將本工具套用在在役接地線動(dòng)靜觸頭上并對(duì)一張普通A4紙進(jìn)行夾緊試驗(yàn)（見(jiàn)圖12）?？梢?jiàn)紙張被夾緊后，不會(huì)從觸頭中間脫落。

圖12 對(duì)動(dòng)靜觸頭進(jìn)行夾緊試驗(yàn)Fig.12 Clamping test on static and dynamic contacts

（3）對(duì)于多層鋁排，可通過(guò)遙控控制調(diào)整動(dòng)靜觸頭的間距達(dá)到可靠夾緊的效果（見(jiàn)圖13）。

圖13 現(xiàn)場(chǎng)使用效果Fig.13 Field usage effect

通過(guò)應(yīng)用可知，使用該工具進(jìn)行接地線裝設(shè)僅需3 min，在保障工作人員安全的前提下，縮短了接地線懸掛用時(shí)。

3 結(jié)束語(yǔ)

可伸縮式接地線可用于小區(qū)變壓器、環(huán)網(wǎng)柜、Π接箱等配電網(wǎng)設(shè)備工作現(xiàn)場(chǎng)。不論是環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)的導(dǎo)流鋁排，還是室外的電容器，或水泥桿上的變壓器，本工具均可實(shí)現(xiàn)便捷搭掛，迅速拆卸。該工具的投運(yùn)和普及，可解決待接地設(shè)備架構(gòu)過(guò)高的問(wèn)題，滿足多層鋁排的接地需要，是一款可有效保障人身、設(shè)備安全，滿足設(shè)備多樣性操作需求的工具。