一种新型智能接地线的研制与应用

王沁洋

（国网江苏省电力有限公司海安分公司，江苏 南通 226600）

0 引言

《电力安全工作规程》规定，接地是保证安全的技术措施之一。在日常检修工作中，开关柜内常用旋转夹紧式接地线。由于施工中人员误碰或振动等原因，因接地线装设不紧、接地线与导体接触出现松动时，我们无法通过肉眼直接判断，也没有可靠的技术检测手段，这就容易带来重大安全隐患。若接地线与导体接触出现松动时，如遇突然来电，接地点因接地电阻增大带来的暂态过电压会严重威胁检修人员的人身安全。为此，针对电气设备检修中接地线松动时缺乏自动监测和告警手段的不足，考虑在不改变现有接地线安全性能和基础结构的前提下，设计制作一种带有警报功能的新型智能接地线[1]。

1 工作原理

新型接地线是带有警报功能的三相结构，其中每相接地线均由绝缘棒、导线端线夹、报警装置、接地引线组成[2]。其样例装置如图1所示。

图1 接地线样例装置

整个接地线工具包括ABC三相，每相具有相同的结构。其中，每相的导线端线夹由固定引电部分和活动线夹组合，通过操作绝缘棒可将待检修导线和线夹进行电气连接，同时拆除也较便捷。压力传感器置于线夹内用来采集线夹间压力值，从而判断接地线是否松动，并联动触发警报装置。当其大于阈值上限时，系统发出“该相接地线松动”警报，现场也会发出尖锐的蜂鸣声。3组导线端线夹底部先进行等电位连接，通过接地线短路后将电荷引入大地，从而保证检修人员人身安全与设备安全。

2 方案设计与实施

基于新型智能接地线工作原理框架，结合电力检修场景下的安全性、可靠性需求，我们开展方案设计和实施验证工作。本文的设计主要围绕绝缘棒、导线端线夹、报警装置和接地引线等四部分进行。

2.1 绝缘棒设计

绝缘棒与导体端线夹设计成可拆卸连接。由于材质不同，绝缘棒顶部装有金属套管，再与接电夹相连，交接处用钉销强化固定。通过套管里的螺纹螺口，绝缘棒可以节节相接，从而达到调整长度的作用，另外也便于接线夹的维修和替换。

2.2 导线端线夹设计

导线端线夹设计工作主要从导线端线夹夹紧形式、导线端线夹导电材料、压力传感器选择、报警形式、电源选择等五个方面展开：

（1）导线端线夹夹紧形式的方案选择。导线端线夹的夹紧形式一般包括双簧压紧式、旋转压紧式和组合压紧式三种。其中，双簧压紧式连接导线时不稳固，适用于线路；组合压紧式难以固定且安装困难，适用于变电站母排；旋转压紧式对于线路和变电站母排接地都适用，节省材料和成本的优点。考虑后续适用性，因此本文选择旋转压紧式。

（2）导线端线夹导电材料选择。价值系数：铝镍铁合金＞铜＞铁。

（3）压力传感器方案选择。压力传感器的选择主要从成本、体积大小、适用条件三个维度进行评估。压电式、压阻式、电容式成本相近，体积方面电容式最小，另外接地线经常安装在户外，温湿度变化大，因此在不同温度、湿度下进行压力测试。测试中可看出压电式在温湿度较低时，测量结果受到影响；压阻式压力传感器温差特性差，受温度变化影响大；电容式压力传感器则表现较好，受温度变化影响小。导线端线夹空间有限，需要结构简单，同时接地线经常安装在户外，温度变化大，压力传感器需要既能满足工作性能要求价格又便宜，因此综合分析选择电容式压力传感器。压力传感器方案比较如表1所示。

表1 压力传感器方案比较

（4）报警形式方案选择。警形式的选择主要考虑报警装置体积、成本、效果等因素。报警装置需要具有电路简单、占用空间小、工作稳定的特点。声音报警易发现，有穿透力，对比灯光报警可能会被遮挡，因此综合分析选择声音报警方案。

（5）驱动电源方案选择。驱动电源主要有干电池、锂电池两种方案。干电池属于一次性电池，价格低，相比干电池，锂电池虽具有节能环保、充电快速、寿命长等优势，但成本高。结合工作需要，电池也不需要长期替换，故本设计采用干电池方案。由以上分析可以得到导线端线夹的关键技术方案，如表2所示。

表2 导线端线夹的关键技术方案

2.3 报警装置设计

报警装置位置的选择分为外露式和内置式。外露式占用空间大，安全距离短，安装不方便，会受到自身重力的影响，灵敏度不高；内置式不占用额外空间，安全距离长，安装方便，不会受到自身重力的影响，灵敏度高。报警装置结构图如图2所示。

图2 报警装置结构示意图

2.4 接地引线设计

接地引线主要使用软铜线进行导电，同时外部包裹绝缘护套，以保证在装设和使用的过程引线不会裸露而导致漏电。将3组单相接地线的底部进行等电位短接后，再分别与绝缘棒、接地端子连接，新型接地线组装完毕。在工作现场装好该接地线，把被挂设电线及设备上的残余电荷引入大地，即可保护人身安全[3]。

3 应用效果

为验证新型智能接地线的功能和性能，设计了传感器疲劳、电池续航、蜂鸣报警和抗静电干扰等试验：

（1）传感器疲劳试验：通过人工动作一万次试验，均能可靠报警，达到设计预期。

（2）电池续航能力试验：待机时间达到12个月，持续蜂鸣报警续航能力长达48小时，能够满足现场工况需求[4]。对于单日工作，能完整覆盖工作时间；对于连续多日工作，即使持续蜂鸣，每日工作前检查也能起到提醒作用。

（3）蜂鸣报警试验：蜂鸣报警器的有效半径能达到20m。

（4）抗静电干扰试验：模拟工作现场高达200V的感应电压下能正确动作。该装置配有防雨防潮保护套，顺利通过防雨防潮测试。该装置端口的直流电阻值和热稳定性均符合相关技术规范。

在试用期内，有需要停电检修挂接地的工作，我们就选择现场一个检修间隔进行试用。经统计，该装置在现场共试用11次，在一起35kV开关柜绝缘化改造工作中，它有效监测到作业人员工作过程中因误碰引起的接地线松动情况，并及时报警。通过模拟工作后遗留一组接地线无法找到的情况，利用该接地线的远程查找功能，可以发现了该组接地线在开关柜顶部母线仓内，避免了带接地合闸的恶性误操作事故。从使用效果来看，新型接地线实现了对接地线启用状态、装设位置进行实时监测，为感应电荷提供有效的入地通路。当停电检修线路被误合闸时，能提供可靠的接地，保障电气装置和检修人员的人身安全[5]。

4 结语

本文研制的新型智能接地线具有体积小、成本低、报警效果明显和操作便捷等优点。经实际的试验验证，该装置在检修工作中实时确认接地线地挂设状态，如果遇到异常情况可以及时报警，提醒工作中相关成员及时处理，从而有效地解决此类接地线松动地安全隐患。未来，这种类似设计结构还可以衍生拓展至其它种类地接地线上以提升它的泛用性。