变电站内非水平导线专用接地挂环装置的设计与实现

国网福建省电力有限公司漳州供电公司 许福鹿 张希娴 许群超 蔡长春 许常滨

1 引言

接地挂环是一种用于设备检修或进行其他操作时验电、装设接地线的电气装置，其作用是确认停电线路或设备是否存在电压，以及避免骤然出现的电压和附近高压带电设备产生感应电压而导致的恶性事故，同时释放设备中储能元件的电能[1]。现阶段广泛使用的接地挂环均采用螺栓固定式套装结构，只适用于水平或接近水平方向上的导线，而对于那些与地面夹角较大的非水平导线则很难适用。因此，受非水平导线的影响，运维人员在加装临时接地线时，加装过程将变得十分艰难，且存在加挂不可靠、易倾斜等问题[2]，致使停电检修作业劳动强度增大、设备停电时间增长，且存在一定的安全隐患。针对非水平导线带来的问题，设计一种非水平导线专用接地装置，从而降低变电站检修时的作业风险，减轻运维人员的劳动负担，提高运维人员挂接地线的工作效率。

2 目前常用接地挂环应用分析

2.1 接地挂环的作用

在变电站日常检修过程中，通常需要检修的项目有电缆沟盖板摆放、控制电缆备用芯绝缘化处理、设备维修等工作。在变电站停电检修作业展开之前，运维人员需要在变压器高压侧套管上方、主变中低压侧套管桩头、母线桥母排、线路PT等部位装设临时接地线以防止的意外事故的发生。因此，在变电站需要加挂接地线的位置装设接地挂环变得尤为重要，直接决定检修作业的安全性和可靠性[3]。

2.2 目前接地挂环的结构特点

由于变电站内很多位置的导线与地面呈一定角度，而现有的接地挂环，其构造均设计为螺栓固定式套装结构。当导线与地面平行或接近平行时，这种结构的接地挂环才能够很好的装设到导线上。

装设现有接地挂环主要是将水平导线穿过两半圆环，然后使用扳手或套筒紧固螺栓，使夹体压紧导线[4]，进而实现装设。这种结构的接地挂环用于电塔、输电线路加挂接地线有较好的适应性和稳固性，是目前水平导线普遍应用的接地挂环。

2.3 目前接地挂环结构存在的不足

在变电站内，由于存在有大量非水平导线，当线路或设备需要停电进行检修时，目前普遍应用的接地挂环显然无法适用。如果这些非水平导线强装普通接地挂环，由于导线与地面存在较大的角度，致使接地线无法良好地挂接到接地挂环上[5]，且存在易脱落、接挂不牢固等问题，给检修作业带来一定风险。

3 非水平导线专用接地挂环的设计

3.1 接地挂环结构原理

非水平导线专用接地挂环设计原理如图1所示。其中，固定块1一侧通过第一连接件2与连接板3相连；连接板3 两端下侧均装设有固定柱31，两固定柱31之间装设有接地挂环7，且固定柱31与接地挂环7可以通过第二连接件6进行松紧连接设置；第一连接件2与第二连接件6均为螺栓连接，且第一连接件2的数量为两个；固定块1的一侧开设有第一弧形槽11和与之相配合的第二弧形槽12；连接板3上端设置有若干限位块5；固定块1上端装设有若干个与各限位块5相适应的铰接槽4，铰接槽4内插接有转轴8，且转轴8贯穿限位块5，形成可以转动的结构。该装置能够适应不同的倾斜角度的导线，并能够与接地线卡口装置灵活配合使用。

图1 非水平导线专用接地挂环设计原理

3.2 接地挂环构件材料

为使设计的非水平导线专用接地挂环的各项机械、电气性能均能够满足相关要求，同时保证非水平导线专用接地挂环具备优秀的耐用性和轻便型。在接地挂环材料选取时，选用40Cr型钢作为铰接槽和转轴的制作材料，使装置在转动过程中具有良好的抗磨损和抗疲劳破坏性能；选用7050型铝合金作为接地挂环的制作材料，使得装置不仅具备非常高的机械强度，而且具有非常轻的质量，满足设计初轻便性要求；选用M10 螺栓和M5 沉头螺栓作为第一连接件和第二连接件的材料，保证了接地挂环牢固可靠性。研究人员设计的非水平导线专用接地挂环接地线截面积为50mm2，能够承受高达16.5kA的工频电弧电流，满足电力行业接地线的电气技术要求。

4 非水平导线专用接地挂环的安装、使用和维护

4.1 接地挂环的安装

以45°非水平导线安装专用接地挂环为例，当变电站内设备需要进行检修时，先将设备相关的开关断开并转为冷备用时，然后在接地挂环的无胶处（裸露金属部分）进行验电，确认无电后，通过转轴将连接板打开，将45°非水平导线穿过第一弧形槽和第二弧形槽形成的圆孔，使整个装置倾斜悬挂，最后使用扭力扳手交替、依次拧紧第一连接件，使固定块和连接板紧密牢固，即整个装置成功安装在非水平导线上。

4.2 接地挂环的使用

非水平导线专用接地挂环安装之后，通过旋松第二连接件使接地挂环自由转动，当转动至水平后旋紧第二连接件，使接地挂环紧固不转动。将接地线夹加挂在挂环上，且接地挂环裸露部分直径与接地线装置卡扣部分正确配合，尺寸相符，增加接地线的可靠性及检修的安全性。

在运维人员加挂接地线过程中，由于各导线与地面角度不一，可以灵活转动接地挂环，使其与水平方向一致，以减少加挂接地线的时间、避免接地线中途脱落。

4.3 接地挂环的维护

对于设计的非水平导线专用接地挂环后期维护工作，由于装置外部装套了有机复合材料制作的热缩套，防雨防腐蚀，耐用性极强，且接地挂环金属裸露部分材料为铝合金，导热耐腐性极好。对于定期使用或由于风力等自然因素造成的铰链槽磨损或连接件松动，在日常巡检或定期维护过程中可以及时发现。接地挂环螺栓清晰可见，与地面角度容易观测，腐蚀程度与松动情况均能够轻易判断。因此设计的非水平导线专用接地挂环具有长期免维护、性能可靠的优点。

5 非水平导线专用接地挂环的优势

在变电站检修作业过程中，对于非水平导线接地作业，运维人员可以轻易、便捷地将接地线挂接到接地挂环上，从而实现可靠接地。拆除接地线时，运维人员只需要使用专用接地棒轻松取下即可。整个挂拆过程简单方便，无须登杆负重攀爬，有效避免了检修时的作业危险，极大提高检修人员的作业效率，缩短挂接地线过程消耗时间，进而从根本上解决了变电站加挂接地线困难的问题。

5.1 变电站检修安全措施布置耗时对比

变电站检修安全措施布置耗时对比见表1。从表1中可以看到，在停电检修前准备和检修过程中，安装有非水平导线专用接地挂环的检修耗时明显比传统检修方式耗时更少，总的耗时大约减少30min，这说明在检修过程中，安装有设计的接地挂环能够降低安全措施布置复杂性，简化操作流程，提升变电站精细化运营管理水平，缓解站内倒闸操作频繁与运维人员少的矛盾。

表1 变电站检修安全措施布置耗时对比

5.2 变电站检修风险对比

变电站内由于变压器高压侧套管上方等位置导线距离地面较高，当采用传统作业方式进行检修时，运维人员需要攀爬至相应位置进行加挂接地线。在检修时，检修人员会面临一系列风险，如极端天气导致的坠落风险、感应电触电风险、接地棒使用不规范导致与高压带电设备安全距离过小产生的人员和设备安全风险等，这些风险是传统检修方式无法避免的，而安装有非水平导线专用接地环的变电站，在进行检修时上述风险将极大降低。变电站检修风险对比见表2。表2为传统检修方式和安装非水平导线专用接地挂环后的检修风险对比。从表2中可知，安装非水平导线专用接地挂环后整体风险有了显著的降低，说明本设计的接地挂环能够降低作业风险，保证检修人员的人身安全。

表2 变电站检修风险对比

6 结语

运维人员在实际工作中应用非水平导线专用接地挂环，能够轻易、便捷地将接地线加挂到接地挂环上，实现导线的可靠性接地，有效解决了变电站检修过程中非水平导线与接地线卡扣衔接困难，加挂时间长、连接不牢固、容易脱落等问题，进而提高了运维人员的作业效率，充分减少了安全隐患、降低了检修人员的作业风险，提高了变电站经济效益。本设计的非水平导线专用接地挂环具有较好的应用前景，使用推广价值较高。