一种特高压线路新型检修用接地装置研究及应用

马万勋，章 兵，孙运涛，李成涛

(1.江苏省送变电有限公司，江苏 南京 211100)(2.南京电力金具设计研究院有限公司，江苏 南京 211500)

我国的特高压线路年度检修任务繁重，其原因一是特高压线路数量多，路径长，二是特高压线路多架设在地形地貌复杂的地区，三是部分地区有多条特高压线路交叉、平行分布，电磁感应因素复杂。特别是平行分布的双回线路，由于其基本采用轮停方式检修，被检修线路的感应电较大，因此检修时均需挂接大量接地线[1-2]。现使用的接地线连接方式大多为鳄鱼嘴式接地线夹，在感应电的作用下，时常有接地线夹严重磨损甚至烧蚀导线的情况出现[3]。操作人员在安装接地线时，需要多次试投才能夹住导线，操作耗时长、效率低。另外，现有接地线还会出现因为弹簧失效而导致夹头与导线接触不良等问题，操作者需要爬入跳线处缠扎铝丝进行加固，存在一定的安全作业风险[4-5]。

本文研制了一种基于LORA无线控制的特高压检修用电动接地装置，无需操作人员攀爬跳线，就能实现接地线装置与导线可靠的电气连接[6-8]，可充分保证操作人员的作业安全。

1 电动接地检修装置结构设计

现有的接地线由于需要进行手动分离，因此在设计时鳄鱼嘴式接地线夹夹头处仅靠扭簧施加作用力，其夹紧力有限。接地线夹夹头与导线非可靠接触，当特高压线路中感应电较大时，接触电阻较大，在感应电的作用下，持续放电、发热，导致导线烧蚀，如图1所示。

图1 鳄鱼嘴式接地线夹及导线烧蚀图

为解决以上问题，本文采用电机和连杆机构结合的方式，在夹头处施加较大夹紧力，充分保证夹头与导线的可靠电气接触。

1.1 夹紧机构原理

设计的夹紧机构采用连杆机构原理[9-10]，如图2所示，地线夹头施加给导线的正压力Fn的计算式为：

图2 结构原理图

(1)

式中：F为电机施加的推力，N；L1为C、D间距离，m；L2为B、C间距离，m；α为BC与CD的夹角，(°)；θ为AB的水平夹角，(°)。

理论上，当θ很小时，能够产生数倍于电机推力F的正压力Fn。考虑到机构之间的配合及执行的可靠性，θ不宜过小，取为5°，又综合考虑整体机构的结构等，将L1,L2,θ设为常量，则式(1)可简化为：

(2)

1.2 夹紧机构设计

为了在电机停止运转时，能使推杆末端的传导机构及时止动从而使施加的力能处于保持状态，拟在推杆末端采用螺纹旋接的形式。随着螺纹的旋转推动，不仅使夹头起到足够的夹持作用，不易被风吹动，而且能保持夹头与导线的可靠接触，接触电阻足够小，通流效果良好。

同时，考虑到接地装置在夹紧后可能存在电机损坏或电源失效的情况，该机构在结构上兼备了手动拆除接地装置的功能，便于检修时使用。

1.3 动力源

采用直流电机作为动力源，电机施加的推力F可以根据式(3)计算：

F=T/(kd)

(3)

式中：T为直流电机的额定扭矩，N·m；k为扭矩系数平均值；d为螺杆直径，m。本装置采用DC 24 V行星减速电机，额定扭矩为2.5 N·m。综合考虑，使用M8螺杆，则d=0.008 m。计算得，F=1 250 N，则夹头处的正压力Fn为2 500 N。

2 跳线合流线夹

为了保护特高压线路中的导线，需设计一个特高压线路专用合流装置，与接地装置夹头连接。该合流装置通过中间抱箍夹紧硬跳中的钢管来固定合流线夹本体，再通过不同内径的夹盖夹紧不同规格型号的导线。导流管采用较长的圆形管材，便于工作人员在高空操作电动接地夹头与其连接，连接后的结构如图3所示。在导流管顶部设有尼龙垫，用来保护接地装置中的行程开关，免受感应电的影响。

图3 跳线合流线夹

3 无线控制模块

直流电机运转与停止的控制通过LORA无线发射、接收模块和主控板来实现。在电机端安装一个双向通信的LORA模块和专用的主控板，遥控器端有与电机端配对的LORA模块。遥控器发射的控制指令，通过LORA模块接收后唤醒主控板上的MCU(micro control unit)，MCU控制电机接通电源，电机开始旋转。当夹紧装置夹紧导线后，主控芯片通过电流检测电路得到电机运行电流，当电机运行电流由额定电流变为过载电流时，中断供电，电机停止转动。无线操作拆除接地装置的方式基本相似，不作赘述。

通过无线控制，工作人员能够远程进行接地装置夹接和拆除操作。设备体积小、质量轻，便于施工人员携带上塔、安装，操作简单，避免了工作人员直接在跳线串上作业，有效降低了作业风险。同时，在新型接地装置安装和拆除操作过程中，可以有效检测到新型接地装置的位置、状态，便于分散安装在导线上各处装置的集中管理。

4 产品试验

4.1 夹紧力试验

为了测试接地线装置的夹紧力，采用了改造后适用于圆弧面测试的压力传感器，试验如图4所示，测得的压力值见表1，可知测试结果与计算的压力值Fn基本吻合。

表1 新接地装置压力值测试

图4 新型接地装置夹紧力试验

4.2 电阻、温升试验

为了减轻整体结构的质量，新型接地装置接头采用铝合金材料。对原有全铜鳄鱼嘴式接地装置及新型接地装置进行电阻温升对比试验，测量并记录试验数值[11-12]。电阻、温升方案布置图分别如图5、图6所示，测量电阻值分别见表2、表3，温升值分别见表4、表5。

图5 两种接地装置电阻测量方案布置图

表2 全铜鳄鱼嘴式接地线装置与导线之间测量电阻

图6 两种接地装置温升试验方案布置图

表3 新型接地装置与铝管之间测量电阻

表4 全铜鳄鱼嘴式接地线装置与导线之间温升值

表5 新型接地装置与铝管之间温升值

试验结果显示，测得的新型接地装置的电阻值、温升值明显小于原有全铜鳄鱼嘴式接地线装置，说明其性能优于原有结构，满足特高压接地使用要求。

5 结束语

与现有全铜鳄鱼嘴式接地装置相比，本文研制的新型装置通过无线遥控实现挂、拆接地线，无需操作人员攀爬跳线操作，装置夹紧力大，充分保证电气接触，实现可靠接地。在跳线处安装了合流线夹，避免了新型接地装置因直接与导线连接而导致磨损或烧蚀导线。新型接地装置便于工作人员操作，为特高压检修工作提供重要安全保证，具有较高的使用价值。