电缆头护层接地引线带电修复工具的研究与应用

刘行洲，张良发，卓 晗，陈海旭，陈端枢

（国网福建省电力有限公司福州供电公司，福建 福州350002）

1 项目背景

1.1 项目研发背景

输电线路电缆头的护层接地引线常常因为被盗或外力破坏而丢失损坏。为此，作业人员就要对接地引线进行带电修补。目前作业人员在被检设备上进行作业时，接地引线连接端头距离上方高电压等级带电体较近，作业空间狭窄，而且存在较大的感应电压，现行使用的工具、方法无法安全地拆除引线端头。与此同时，电缆头护层接地引线丢失后，在安装或拆除接地连片或引线时，存在较大的危险静电感应电流，作业人员无法直接接触，常常需要现场加工临时引线使用，危险隐患大。而现场设备的引线底座因厂家不同而不同，工器具现场加工难度高，增加了作业工序与耗时。

现行的消除感应电的方法主要为以下三种。

穿戴带电作业屏蔽服或导电鞋。此方法为保护能力最高的方法，但是若防护服各部分连接不佳，在作业电工身上产生更高的静电感应电压的可能性就会非常高。不仅如此，额外着装防护服或导电鞋不利于恶劣的现场生产环境，穿戴过程烦琐，也不方便。

佩戴绝缘手套。此种方法在断接接地线时比较常应用，具有较高的保护能力。但是绝缘手套灵活性低，一般适用于对手指灵活度要求不高的作业操作中，佩戴绝缘手套在松紧螺丝螺母时，容易发生掉件的问题。

临时金属线接地法。此种作业方法是在现场临时加工一段金属线将作业人员与大地连接，从而释放人体感应电荷至大地中。此种方法虽然具有一定的效果，但是可靠性不佳，与加工工艺水平有强正相关。若加工工艺水平低下，则会导致连接不良，会导致在金属线上产生静电感应电流，伤害作业人员，存在安全风险[1]。

综上所述，以上方法有利有弊，但弊端部分较为突出。对于电力行业中，安全是第一要素，而带电修复电缆头护层接地引线作业中，高电压等级交流线路对周围金属物件产生的感应电对于作业人员而言是主要的严重安全隐患。所以需研制一种工具，在避免作业人员受感应电带来危险隐患的同时，又能够灵活操作，无需额外穿戴屏蔽服、导电鞋或者绝缘手套，使工作效率更高，减少因为操作流程增多而导致潜在危险因子对作业的影响。

1.2 难点

第一个难点是传统金属作业工具上静电感应出的较大可感感应电压。当临近高压带电设备时，设备中含有交变电压，使其周围的空间也带有变化电场。此时，带电体周围的空间便会散布有电位变化，使在该电场中的非接地中性导体中的自由电子产生有规则的移动，引起电荷差异再分布，形成电位差[2]，由此让导体呈现带电状态，即产生电磁感应现象。

于是，在带电设备与导体之间便形成一个“电容”，两者之间便产生了容性耦合电流。正是这种感应电流，对进行拆装作业的作业人员的人身安全造成危害。

第二个难点在于现场设备型号多样性的适配。现场设备的引线底座型号十分多样，现在常用的作业接地线无法灵活适配现场设备，作业电工需要现场加工接头以便安装，而现场粗加工的接地线接头存在接触差、引流能力低下的缺点，不能可靠保证作业人员的安全[3]。

针对以上的难点，笔者认为现在工器具与作业方法存在以下两个问题：一是金属工器具作为非接地导体容易产生感应电压，对作业人员产生安全威胁；二是在引线安装存在适配困难。为此，笔者认为通过对工器具进行绝缘化改良以及对临时引线进行自适配性改造，能够有效改善上述问题。

2 项目概况

本项目发明了一套强绝缘引线拆装工具以及通用快装软质接地线，消除了被检设备由于狭小空间导致的感应电压的影响，也降低了作业工具上存在的感应电流，使得带电修补接地引线变得更为安全。

安全修复接地引下线的实现方式是改良拆装工具绝缘部分的绝缘能力、设计绝缘操作工具以及研制新式接地线，降低进行电缆头护层接地引线带电修复时的可感感应电流，对设备上的泄漏电流进行有效引流，保证作业可安全开展。

本项目的核心作业动作是在使用时，将即用式软质接地线接地端的螺旋台夹固定在作业点的金属接地部分，按压绝缘操作手钳的控制手柄以夹取接地线的磁吸钳，插在引下线螺栓上。在完成接地线的代替性引流后，使用绝缘扳手解锁并拆除引下线固定螺丝。拆除螺丝后使用绝缘操作手钳将新引下线依次安装在接地端与带电端。之后使用绝缘操作手钳依次拆除旧引下线的带电端与接地端。完成旧引下线的拆除后使用绝缘扳手固定新引下线。最后依次拆除即用式软质接地线的引下线螺栓端与接地端。在这样操作之后，就能够在不额外穿戴防护服、导电鞋等装备的情况下，简便快捷地更换、补装电缆护层接地引下线。

3 结构设计

本套工具主要由绝缘强化过的拆装工具、远端控制手钳和即用式软质接地线组成。

3.1 电缆头护层接地引线绝缘拆装工具

绝缘拆装工具如图1所示，由手柄与金属扳手头/棘轮头组成。棘轮扳手还有与之配套的口径分别为14 mm、16 mm、18 mm的三个套筒。项目组通过材料与长度两个方面改良作业扳手，提升绝缘能力，使作业人员的可感感应电流为0.1 mA以下。经过多番测试与材料筛选，项目组人员选用酚醛环氧树脂玻璃钢作为手柄材料，将绝缘距离定为514 mm，这样在保证绝缘性能的同时，还能保持轻便。在机械性能方面，扳手头为碳钢制作，硬度达HRC42，绝缘手扳手能够承受最大扭矩为192 N·m。

图1 绝缘拆装工具图

3.2 绝缘操作工具

绝缘操作工具为绝缘远端控制手钳，如图2所示。该手钳主要由控制手柄、绝缘管、绝缘活动连杆与夹钳四个部分构成。控制手柄由控制拉手与固定拉手组成，活动行程为46 mm。绝缘管长度为500 mm，外径为30 mm，内径为16 mm。内部中空并含有绝缘活动连杆。夹钳由活动臂连杆与夹钳本体构成，夹钳口内12 mm含有防滑齿。控制手柄通过在绝缘管内的联动杆与活动连杆与夹钳连接，使得在操作控制手柄时，能够让夹钳随之开合。

图2 绝缘远端控制手钳图

3.3 即用式软质接地线

即用式软质接地线由螺旋台夹、软质接地线以及磁鼻线缆夹头三个部分组成，如图3所示。螺旋台夹以钳工台为设计灵感，主体与夹片使用铜合金锻造后电镀磁化层而成，夹口之间有钢轧防滑纹。软质接地线为纯铜制作，其设计电阻为0.75 mΩ，长度为1.75 m。

图3 即用式软质接地线图

作为接地线的设计核心，磁鼻线缆夹头采用弹簧自锁的大幅开口设计，能够自适应14 mm、16 mm等多种螺栓接头型号，而且可快速插在接头上，左右夹片为黄铜制作，夹片间有不锈钢锁紧拉簧，其拉力最高可达150 N，能够有效保持夹力不脱落。左右夹片采用镂空设计，使夹头的质量仅为0.03 kg。

3.4 成果测试

研究组成员将研究成果送往福建省产品质量检测院进行测试。

3.4.1 电缆头护层接地引线绝缘扳手的质量测试

绝缘扳手分为活络扳手与棘轮扳手，研究组成员分别对两种扳手进行了耐压测试与扭矩测试。测试指标为：施加1 min的440 kV工频交流电，被测样品无明显发热、变色与闪络，样品上电流小于0.1 mA。扭矩测试的标准是使用自硬度为HRC60的六角金属棒测试时，金属扳手头硬度大于HRC36，最大扭矩应大于160 N·m。

绝缘扳手的平均测试硬度为HRC42.25，平均最大扭矩为192.7 N·m，耐压测试时绝缘握把部分无发热、明显变色与闪络，测试电流的平均大小为0.00265 mA，都已达到标准要求。所研制的绝缘扳手符合行业作业安全与技术要求。

3.4.2 绝缘远端控制手钳的质量测试

绝缘远端控制手钳也是本套装中主要的绝缘隔离工具，其主要测试为耐压测试，对应指标为：施加1 min的440 kV工频交流电，被测样品无明显发热、变色与闪络，样品上电流小于0.1 mA。

受测样品在进行耐压测试时，结果为：绝缘远端控制手钳全钳体无发热、明显变色与闪络，样品上检测电流为0.001 73 mA，达到标准要求，所研制绝缘远端控制手钳符合行业作业安全与技术要求。

3.4.3 即用式软质接地线的质量测试

即用式软质接地线作为套装中主要的导流部件，主要测试指标为接地电阻为小于等于0.8 mΩ。

受测样品在进行导流性测试和接地电阻检测后，接地线各连接节点未出现发热，其实际检测接地电阻为0.73 mΩ，达到标准要求，即用式软质接地线符合行业作业安全与技术要求。

4 成果特性

4.1 安全性

本成果的绝缘拆装工具与操作手钳能够满足220kV的耐压试验要求，在1 min的静态耐压试验中无闪络、无发热。而且在现场应用检测时，工具上检测的泄漏电流值为0 mA。即用式接地线检测电阻为0.73 mΩ，在能够高效导引设备上的感应电流。这样，作业人员就不会因上述体感强烈的电流而产生心理或生理上的应激反应导致作业工程中发生事故，保证了生命安全与设备安全。

4.2 创新性

本成果首次将绝缘隔离材料的应用引入到输电电缆带电作业中，将简单绝缘材料包裹的扳手工具改良为使用酚醛环氧树脂玻璃钢进行握把制作的扳手工具。这一套工具不仅有高机械强度，而且适合35 kV及以上的高电压环境使用。不仅如此，所研制的绝缘远端操作手钳同样采用酚醛环氧树脂玻璃钢制作，替代了徒手操作的方法，实现了输电电缆带电作业工具的全面性安全升级。即用接地线创造性地采用自适应式磁鼻夹片设计，使用两片电镀磁化铜片通过高弹性系数弹簧相连，可无视现场设备的型号多样性使用，安装牢固而且通流性能可靠。

4.3 通用性

本项目研究的即用式接地线的磁鼻线夹采用的自适应式磁鼻夹片设计，能够通过改变开口大小来自适应包括直径14 mm、16 mm在内不同型号的多种螺栓接头。绝缘拆装工具中的绝缘棘轮扳手也配备有不同口径的套筒以应对现场型号复杂的螺母。以上措施有效克服了现场设备中接地接头因不同厂家、不同型号而导致额外增加的工序，提升了作业效率。

5 成果应用

2020-11，国网福州供电公司输电带电作业一班采用电缆头护层接地引线带电修复工具套装，在220 kV超闽Ⅱ路#2电缆终端头进行测试应用，如图4所示，通过现场作业人员使用与测试表明，整个作业法及工器具可显著降低作业时设备上的感应电流，工器具上的感应电流无感觉，检测数值为0 mA，有效地保护了作业人员的人身安全。即用式接地线能够有效降低设备感应电流，在接地后，接地线各连接点无发热，检测电流数值为0 A。

图4 现场应用图

6 结语

随着都市不断发展，输电线路不断缆化，电缆设备也随之增多，导致输电线路电缆头的护层接地引线常常发生被盗或外力损坏的缺陷。而在修复缺陷的时候，狭窄的作业空间和高电压等级的变化电场导致工作人员进行修复作业时，在金属工器具与引下线上都会产生感应电流，容易产生人身伤害。而使用本文所述的电缆头护层接地引线带电修复工具套装，能有效降低感应电流。套装中的电缆头护层接地引线绝缘棘轮扳手采用可更换的多口径梅花接头，可以适应多规格的螺丝螺母。即用式软质接地线采用弹簧自锁的开口夹作为接地接头，能够自适应现场不同的接头型号，避免了现场加工引线接头时，制作工艺等因素带来的潜在危险因子。不仅如此，所引入的绝缘隔离设计概念能够让工作人员在装设与拆除临时接地线的过程中与设备保持绝缘隔离状态，以保护人身安全。