一种变电站接地线快速装拆装置的研制

蔡炜炫 尤秀芳 章进鋆 洪乙铭 卢志钢

（国网石狮市供电公司）

0 引言

变电站设备转检修的倒闸操作，大多数是在户外进行，当遇到线路转检修或主变转检修等大型操作，对于大部分不带有检修接地刀闸的设备，往往需要挂接接地线，以保证设备不会反送电从而危及到现场检修人员的生命安全。对于110kV及以上电压等级的变电站来说，运维人员不仅要进行倒闸操作，而且还需将接地线从安全工器具室搬运至工作现场，以应用于检修设备上，这过程耗费运维人员太多时间及精力，如何将接地线快速装拆，成为了现场运维人员必须着手去解决的问题。基于上述问题，研制一种接地线快速装拆装置，可以减轻操作人员操作时间以及缓解运维人员的疲惫感，大大提高了倒闸操作的安全性。

1 变电站接地线现状

目前，110kV变电站主要有三种电压等级的接地线［1］，10kV接地线，35kV接地线，110kV接地线，运维人员在停电设备上挂接旋转式接地线时，仅利用操作棒的橡胶增加摩擦力和操作棒棒身力矩来旋转装拆，在穿绝缘手套时往往由于摩擦不够或是力矩较小影响装拆效率和效果。此种装拆方式加快了绝缘手套损耗，且操作后操作人员时常由于小臂酸胀，无法持续工作，从而导致作业时间较长，且存在较多不安全因素（特别需要登高作业时，可能存在高坠或由于体力原因误碰带电设备）。运维人员因为工作时间较长，出现了疲惫及精力无法集中等问题，从而导致工作的危险性，使人身及电网设备出现严重的安全隐患问题。

2 工作环境

如图1所示，为目前变电站内最常见的10kV接地线，如图所示，我们可以看出接地线夹是固定的，我们只能以一个方向进行操作，这增加了倒闸操作的困难性。

图1 常用接地线

针对这一问题，本课题设计出了一款改良型的接地线，目的就是为了能够利用电动机，适应操作杆长度及配套接口装置，自动将接地棒旋紧，从而保证接地可靠性。

3 方案设计

如图2所示，改进型接地线通过适应绝缘操作杆配套接口的电动便携式紧固装置（图3），在绝缘杆末端由锂电式电动紧固装置为锁紧线夹提供旋转动力（绝缘杆内传动为绝缘材质），线夹部分为适应变电站导线不同规格，利用可变角度传动轴（图4）连接活动/固定线夹头，适应变电站不同导线外形，从而实现接地线的快速装拆。

图2 改进型接地线

图3 便携式紧固装置

图4 可变角度传动轴

便携式紧固装置的原理如图3。图中2、3为紧固装置的轴承部分，图中1为接地线绝缘杆部分，4是用于绝缘杆末端连接电动紧固装置的部分，完成绝缘杆内的动力传递。

本次设计，需考虑多方面，不仅需考虑材料的实用型，还需考虑成本性，因此设计一种改良型接地线装置，以替代传统式的接地线，利用电动机提供动力，将电动装置固定于操作杆底部握柄部分，增大力矩，所设计的电动机，质量应小于5KG，应为便携性设备，下面对组成元件进行分析。

（1）电动机

本次采用的电动工具，采用无刷直流电机，它不仅拥有了交流电动机所拥有的优点，同时，它还拥有着直流电动机所拥有的优点，它不会产生任何励磁损耗，因此，无刷直流电机在现代化工业生产等其他相关领域上，占据牢固的地位，也取得了非常广泛的应用。接地线快速拆装电动装置，主要就是对这种小型无刷直流电机的一种应用，它具有较长的使用周期，在作业人员操作过程中也不会出现较大的损坏，运行维护成本相对较低。

（2）电池

接地线快速装拆装置，我们选择的是充电式锂电池作为能量供给［2］，使用充电式铝电池，可以做到随时随地进行快速供电，充电式铝电池可以达到一个相对较大的能量密度，并且其使用周期次数可以达到1000次以上，将锂电池三节串联在一起使用，根据计算分析可以带动电动机连续工作至少一个h以上的时间，从而缩短了作业时间。

（3）便携式紧固装置

采用可手动调节松紧度的调节式套箍紧固圈进行紧固，可以最大程度的将接地棒牢牢固定在电动机上，并且我们可以根据实际情况，通过观察棒的变形程度去进行手动调整其松紧度。其具有快速操作性，其每次的平均操作时间为4.5s，并且其不依靠借助任何其他辅助设备的帮助，在运维人员佩戴上绝缘手套后，其仍能便捷式操作，并且其结构简单，能够满足绝缘操作杆紧固的效果。

（4）可变角度传动轴

变电站内设备并非一成不变，也并非所有的设备导线都是按照同一个方向进行排位，因此，为了能够适应变电站内不同导线的外形，需要设计一款能够使接地线头进行变相的装置［3］，因此，将可变角度传动轴安装于绝缘杆及接地线头之间，运维人员可以根据现场需求，将传动轴进行旋转，保证接地线夹头能够跟着旋转，可变角度为360度均可旋转。从而有效的满足的不同作业现场的需求，保证在不同导线外形下，仍然能够起到快速装拆接地线的效果。

4 接地线快速装拆自动装置的特点

研究接地线快速装拆装置，目的就是为了能够缓解运维操作人员在戴着绝缘手套的前提下，对绝缘操作杆进行快速交替旋转以达到接地线紧固或者接地线松解的效果，对电动装置进行应用时，相关操作可以使操作人员解放双手，直接使用相关电动工具来完成这一装拆过程。根据以往的操作过程分析，旋转接地线，平均操作时长为2min，而电动工具仅仅需要4.5s，这将效率提高了26倍不止，使得工作效率得到了巨大的提升，并且电动装置的启动，也需满足作业人员穿戴上绝缘手套后，并不影响。

在电动装置和操作杆底部可以采用便携式紧固装置进行紧固，其中两者接触部分主要是橡胶与橡胶之间的摩擦接触，因此不会对操作杆或者接地线的外观产生任何的破坏或者改变，同时也不会影响操作杆的安全绝缘性能，保证了安全性，因此操作者不需要考虑摩擦性较小，从而导致接地线无法卡紧牢固问题，当启动电动机后，电动装置保持合适的转速，电动机产生的冲击力会得到有效的减少，并且它能够保证接地杆顶部的接地线夹头，旋转的更加顺畅。

当我们绝缘杆的接地线夹头夹紧导线之后，直流电动机的脱扣装置能够使得无刷电机自行空转，这样做的目的就是为电动机和接地线夹头起到一个保护的作用，电动机的电动部分，可利用充电式锂电池作为其主要供电电源，这样供电的方式下，就能够使我们的电源提供变得更加具有便捷性。

5 接地线快速装拆工具的使用方法

在我们使用接地线快速装拆工具时，首先我们应该先保证其有充分的供电电源，其次，我们需要按下相应的操作按钮，然后根据其输出的转速及扭矩，及时调整电动机的转速，当电动机处于低速甚至怠速的情况下，能够避免接触出现滑脱等危害安全性问题。操作按钮需具有电动机正反转功能，当收紧接地线之后，操作杆会自动闭锁无法转动，在操作的时候，电动机输出的扭矩为8.9N.m左右，且拥有电流过流保护功能，当电流过大时，可以使电源得到有效的隔离。当电动机的电源充满电后，能够确保电动机至少连续工作超过一h，这样就可以尽可能满足大型复杂倒闸操作的要求［4］。

6 接地线快速装拆电动装置的优势

我们利用退役电气设备进行了多次模拟试验，传统的装拆平均时间差不多是11min，而利用电动操作工具，装加拆的平均时间仅仅只需4min的时间，我们假设每个站每年度大概需要进行20次装拆地线操作，这样一年下来平均一个站每次能节省7min，一年节约1400min。

7 接地线快速装拆电动装置的保养举措

我们所应用的锂电池，其每次充满电能连续运行时间超过1h，寿命达到1000次左右。由于电动装置的作业运行过程中，因时间或者设备老化等问题，难免会出现卡涩现象，此时就会导致润滑效果下降，从而影响到电动机正常的正反转，因此，需要定期对电动装置零部件加注机油，保证其能够正常运转，并且此装置需要放置于阴凉通风处。

8 结束语

本文设计基于变电站接地线快速装拆置的研制，采用电动机作为动力源，整体重量控制在5KG以下，提升停电设备接地导线安装的成功率，使运维人员节约操作时间及缓解工作人员压力。有效的提高了现场工作的安全性，且其维护方法十分简单，具有非常良好的使用价值。此装置作为便携式工作，无需每个站都配备，只需随车配备，从而提高作业效率。有效的保证了电网的安全。对建设智能电网，有着强有力的意义。