新型接地线连接装置的研制与应用

2016-09-09杜高杰康效峰朱彦泽

水电站机电技术 2016年8期

杜高杰，曹　梁，康效峰，王　玥，朱彦泽

新型接地线连接装置的研制与应用

杜高杰，曹梁，康效峰，王玥，朱彦泽

（富春江水力发电厂，浙江杭州 311504）

富春江电厂220kV系统使用的是组合式接地装置，需要在装设前进行组装，实际工作中易发生螺帽遗失、损坏等各种影响组装时间的现象。针对这一实际问题，团队经现场研究和测试，利用一种快速拆装系统，改进了接地线组装过程，大幅减少组装时间，同时满足安全性和可靠性的要求。

快拆；接地线；三相合一

1　前言

富春江电厂开关站为双母带旁路的220kV系统，在进行220kV系统设备检修工作需要挂三相短路接地线时，由于采用的是组合式接地装置，故在使用前需要进行组装，加之现场多为户外环境和其他客观因素，导致产生影响工作安全和效率的问题，针对此问题，团队研制出新型的接地线连接装置，取得了良好的效果。

2　富春江电厂220　kV系统厂用接地线简介

富春江电厂220kV系统使用组合式接地装置，由带线夹的绝缘操作杆、接地线、三相合一接地端头组成，使用前三者需组装。

3　组装接地线过程

名词解释：线夹：连接与接地网、接地桩上或者待接地导线上的夹持器。

接线鼻（线鼻）：线夹和短路线、接地线间的连接件。

绝缘操作杆：本文所定义的绝缘操作杆是装设和拆除接地线的绝缘工具。

首先将三相合一接地端头的一相螺帽旋开，将接地线的一端线鼻套入接地端头螺杆中，再旋上螺帽。同理将绝缘操作杆线夹上的螺帽旋下，将接地线另一端线鼻套入螺杆中，再旋上螺帽。即完成一相接地线组装。如此完成其他两相接地线组装后，将三相合一接地端头装设于接地桩，接地线线夹装设于需要接地的导体处，就完成了一组接地线的装设。

4　问题提出

接地线组装可分解为接地线与绝缘操作杆组装以及接地线与三相合一接地端头组装两个过程，在组装过程中需使用扳手拧开和拧紧螺帽，否则无法满足安全要求，有接地线松脱掉落的安全隐患，依据实际经验在组装接地线时，组装工具的缺失会造成无法进行接地线组装，延长操作时间。操作人员在装拆螺帽后可能会因工作现场工器具摆放杂乱、未拧紧螺帽等原因造成螺帽遗失，这种情况一旦发生就需要操作人员更换螺帽，延长组装接地线的时间。同时操作人员拧回螺帽时也易造成螺纹损坏，影响正常使用，造成安全隐患。

5　提出解决方案

5.1方案总体要求

针对目前组装接地线时存在的问题，确定需要解决的总体方向和基本要求为：①能有效缩短接地线组装时间；②不使用辅助工具就可以完成接地线组装；③接地线组装过程中紧固部件不分离，避免发生零部件遗失情况。

5.2提出解决方案

结合要求，从以下5点出发，提出初步的方案设计。①有效性：能有效缩短接地线组装时间，平均组装时间低于设定的目标值，无需使用辅助工具且紧固部件不分离。②安全性：符合安全要求，成组直流电阻试验合格，测得的每米电阻值小于0.79mΩ。③紧固性：线鼻（汇流夹）与多股软导线间紧握力试验，施加拉力至拉应力强度100N/mm2，在此值下保持30 s。④难易性：可以自行完成，或经简单加工。⑤经济性：改造成本应不高于同等级产品价格的数量级。

5.3初步方案设计

5.3.1重新设计夹紧部件

原装置采用螺丝、螺母方式，通过旋转操作转化为轴向力，施力方向不同，操作过程本身不是最有效的方式。新装置重新进行受力设计，改为直接作用于接线鼻的轴向施力方向，同时利用杠杆原理，减少操作人的用力大小。

5.3.2改进接地线线鼻

原装置在螺丝套入或拿出接线鼻时，必须完全打开螺母。新装置对线鼻进行缺口处理，使线鼻能够从侧面套进新连接装置的螺杆，减少操作环节。

5.3.3采用固定连接装置

原装置螺丝、螺帽部件较小，在搬运或存储的过程中易发生丢失、损坏的现象。新装置将连接部件直接装设在接地端头上，形成一体化部件，减少丢失、损坏的几率。

5.3.4结论

经过重新设计后，新的连接装置见图1。

图1　连接装置图

5.4初步试验

5.4.1成组直流电阻试验

试验目的：成组直流电阻试验用于考核携带型短路接地线线鼻和汇流夹与多股铜质软导线之间的接触是否良好。

试验步骤：①使用改进后的连接装置组装一相接地线。②测量接地线接线鼻之间的长度。测量长度为6.3m。③使用接地电阻测量仪器测量直流电阻值。直流电阻值为4.473mΩ。④计算每米的电阻值。经公式计算得：每米电阻值为0.71mΩ。

试验结果：多股铜质软导线截面积为25mm2，依据试验标准使用该截面积导线，每米电阻值应小于0.79mΩ。测值0.71mΩ<0.79mΩ，成组直流电阻试验合格。

5.4.2紧握力试验

试验目的：试验线鼻（汇流夹）与多股软导线间紧握力是否符合要求。

试验步骤：①使用改进后的连接装置组装一相接地线。②在试样上以10N/mm2·s速度均匀施加拉力至最大拉应力强度100N/mm2，在此值下保持30s。③检查连接部分有无松脱。

试验结果：接线鼻与线夹相对位置有偏移，线鼻（汇流夹）与多股软导线间紧握力不符合要求。

5.4.3综合评价

①有效性：能有效缩短接地线装设时间，达到目标值。②安全性：成组直流电阻试验合格，改进后的携带型短路接地线线鼻和汇流夹与多股铜质软导线之间的接触良好。③难易程度：经简单加工可自行完成。④经济性：改造全部220kV接地装置需制作24个偏心轮压紧装置，改装加工76个线鼻和76个螺杆，成本计算需投入1000元，未超出预算。⑤紧固性：紧握力试验不合格，但仍可以通过改进装置结构增强紧固性。

6　方案优化

初步设计的连接装置能有效缩短接地线组装时间，但紧固度不高，遇大风等恶劣天气时，有接地线脱落的安全隐患。同时偏心轮对线夹体表面造成较大磨损，使用寿命较短，需对以上方案进行优化。

6.1偏心轮及把手方案的选择

直接采购定制成品优点在于可直接购买，花费较小，易于后期推广

6.2防磨垫片方案的选择

在偏心轮与线夹之间增加钢制曲面垫片（图2）。

图2　加装曲面垫片的偏心轮压紧装置

通过选择钢制曲面垫片，线夹体表面划痕改善，垫片接触面划痕较浅，同时在偏心轮与线体之间增加钢制曲面垫片，钢材料硬度大，抗磨损。曲面设计增大与偏心轮的接触面积，减小产生形变的压强。

6.3压紧装置方案的选择

将弹簧安装于螺杆与线夹间，起到加强紧固性的作用（图3）。

采用弹簧能提供足够的压紧力，材料为金属，耐用性强，弹簧端面经过磨平处理，端面平整。实际使用时，压紧位移不受线鼻缺口厚度影响，正常压缩后能提供足够的压紧力。

图3　改进后的装置局部图

6.4把手防弹装置方案的选择

在把手末端开孔。卡扣装置固定在螺杆尾部伸出部，当把手压下时正好可被卡扣扣住。如图4所示。

图4　机械卡扣示意图

机械卡扣结构坚固且符合《携带型短路接地线技术标准SD-332-89》中的各项要求。试验时发现把手不能完全固定，有一定可动位移，经过小组技术和试验分析，即使发生小位移回弹，缺口接线鼻仍不可能达到切面处，因此方案可行。

7　实施方案

7.1选择材料

《携带型短路接地线技术标准SD-332-89》中对接地线线鼻和线夹有材料要求，但对压紧装置材料没有相关说明。我们采用常见的铝制合金、不锈钢、铁等材料进行预试，根据试验结果和加工难易程度综合考虑，选择不锈钢作为部件加工用料。

7.2确定偏心轮偏心距

确定偏心轮偏心距采用等效法。首先使用扭力扳手对正常操作的20组接地线装置上的螺帽进行扭力测量。取用同一螺纹规格的较长螺杆，将已选弹簧套入螺杆，用已设定测量扭力的扭力扳手旋螺帽。测量达到同样扭力时，弹簧的位移。为尽量减小装置尺寸，节约材料，设定偏心距为弹簧位移、线鼻厚度和余量的和。经过实际测量，线鼻厚3mm，余量定为1mm，得到偏心距为4mm。测量线夹穿孔φ12mm，相关装置尺寸定为：螺杆φ10mm，螺杆开槽最深3mm，长3mm，接线鼻开槽6mm，接线鼻孔径φ12mm。

其他尺寸我们经过试验对比，把手后开孔定为φ6mm，机械卡扣孔距底部固定板定为30mm。

7.3设计偏心轮压紧式接地线连接装置

如图5、6所示，首先对接地线线鼻进行结构改进，在接地线线鼻侧面开槽形成缺口，再在螺杆表面按缺口尺寸进行切面加工，使接地线线鼻可以直接从侧面套入螺杆，无需再旋开螺帽。总设计图见图7。