基于电力驱动的10 kV可伸缩式接地线设计及应用

郭轶文，董宇龙，王 楠，王 楷，候士雅

（内蒙古电力（集团）有限责任公司包头供电分公司，内蒙古 包头 014030）

0 引言

随着社会的发展，电力在生产生活中占比不断增大。对于电力用户来说，停电时间每增加1 min，造成的生活不便和经济损失将大幅增加。为了增加用户用电满意度，提高电力系统供电可靠性，停电和送电工作用时应尽可能缩短[1]。输电网络的停送电并不对外体现，对企业和居民有感的停电事件主要是20 kV、10 kV 或0.4 kV 等配电网络停电[2]。针对配电网络的停电作业，本文从接地设备的改造入手，通过工具的升级改造缩短停电时间。

1 配电网络接地作业存在的问题

对于配电网络的接地作业，目前普遍使用携带型短路接地线。在使用过程中，存在如下问题[3]。

1.1 待接地设备距地高差大

配电网设备的停电工作，一般涉及变电站的配电线路和无功补偿装置及用户侧的台式变压器、环网柜、Π接箱等设备。这些设备有些安装在架构或杆塔上，距离地面较高，如变电站内电容器隔离开关架构高3.3 m，则用户台式变压器需安装在5 m左右的杆塔上。因此装拆接地线时，操作人员需攀爬杆塔或架构进行操作，属高空作业。在佩戴绝缘手套和安全带的情况下，装拆接地线的操作难度很大[3]。操作人员从登杆开始计时，操作接地线完毕后至下杆平均耗时为15～30 min[4]。同时高空作业对操作人员的体能消耗较大，攀爬及装拆接地线时有高摔、触电风险[5]。

1.2 现有接地工具易损坏

现有接地线的导体端一般采取夹钳式，通过绝缘杆内部的环氧树脂拉杆与绝缘杆下部的闸把相连。实际使用中，导体端的夹钳开口最大张开度为5 cm，不适用于有特殊设计的导线，亦无法装设于载荷量较大的多层铝排上。同时，受尺寸限制，拉杆无法同时兼顾安全和牢固，且材质较脆。在戴好绝缘手套进行操作时，常出现内置环氧树脂拉杆被拉断的情况，导致接地线的导体端无法正常使用，最终无法顺利完成倒闸操作。因此需对现有接地线进行改造。

2 接地线改造

2.1 接地线构成

接地装置通常由导电部分和绝缘部分构成。导电部分一部分固定在待检修设备来电端，一部分和接地线相连。为了便于操作人员安全操作，绝缘部分通常设计有一定的长度。导电部分为金属材质，对于固定在电气设备或电气导线上的导体端，还要求有一定的紧固度，以保证接地线安装可靠。目前绝缘材料一般选用环氧树脂，具有良好的绝缘性能和可加工性能，只要确保足够的尺寸，其强度就能得到满足[6]。

2.2 接地线改造

2.2.1 绝缘部分改造

针对现有设备距地高差大、悬挂困难的问题，对在用10 kV接地线进行改造。将原固定长度的环氧树脂棒改造为由多段组合、具有伸缩功能的环氧树脂棒（见图1）。采用伸缩式设计，不仅能满足狭窄空间的接地要求，而且当对架构上设备接地作业时，通过拉伸绝缘棒，操作人员即可就地开展作业，无需登高，从而避免了人员高摔，实现了安全作业。

图1 带有伸缩功能的绝缘棒Fig.1 Insulation rod with retractable function

多段环氧树脂棒按照内径不同成套筒式安装。每一节环氧树脂棒的末端设计有两个半圆状的半透明橡胶活结，扣在白色凹槽内（见图2），以方便相邻两段环氧树脂棒的固定，防止内节回缩。当内节旋转一定角度时，白色凹槽内的凸起会将半透明橡胶活结顶出，紧紧压在外节的内壁。橡胶活结可以起到固定环氧树脂棒，避免环氧树脂棒受力回缩的作用。内层环氧树脂棒旋转前后对比情况见图3。

图2 白色凹槽Fig.2 Bulge on white groove

图3 内层环氧树脂棒旋转前和旋转后的对比Fig.3 Comparison of inner epoxy resin rod before and after rotation

环氧树脂棒最细一段内径为25.5 mm，最粗一段内径为40 mm，该尺寸可满足操作人员在佩戴绝缘手套后单手握持的需求。在手握持部分喷涂醒目颜色并做颗粒处理，提高握持的摩擦力（见图4）。

图4 环氧树脂棒的手持部分Fig.4 Hand held part of epoxy resin rod

2.2.2 动触头改造

为了在不需要接触任何导体部分的前提下，仍能可靠装拆，可采用遥控的方式来控制导体端动触头的分合，本次改造采用电动推杆[7]。通过实验，电动推杆参数见表1，其外观见图5，推杆完全伸出孔中心距为232 mm。该款电动推杆具备自锁功能，推杆伸出后不会缩回，可达到分合顺畅、触头夹紧的效果。电动推杆采用铝合金+ABS（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物）材质。

表1 电动推杆参数Tab.1 Parameters of electric actuator

图5 电动推杆外观图Fig.5 Electric actuator appearance

推杆自带遥控接收装置，使用时选择合适的移动电源即可[8]。为满足电动装置的使用要求，电池必须具备过流保护，使得接地端充分夹紧时能可靠切断电源，从而保护电动机，同时也应具备防止电池过充、过放、过热等常规功能。18650锂电池保护芯片体积小、质量轻、控制原理简单、可靠性高，在过充、过放、过流、短路及超高温充放电情况下均能可靠动作，因此选择18650 锂电池保护芯片作为电池的保护芯片[9]。为了安装方便，选用一字形锂电池。本次改造选择的锂电池除具备上述功能外，还具有较低的电池自放电和无记忆功能。表2为一字形锂电池的产品参数。当环境温度为-20 ℃时，18650 电池放电容量会下降，为常温放电容量的75%左右。随着温度的继续下降，锂电池容量继续减少，但至少仍可保持50%放电容量，此时，电动推杆仍可连续分合500次[10]。

表2 一字形锂电池产品参数Tab.2 Parameters of lithium battery

选择的电动推杆和一字形蓄电池直径都不得超过25.5 mm，以便将电动推杆和一字形蓄电池装填于环氧树脂棒内部。此种安装方式不仅整体美观简洁，同时环氧树脂棒还能提供物理屏障，保护弱电设备不受外力破坏。改造时先安装固定电动推杆，然后将动触头加装到电动推杆上即可完成动触头改造（见图6）。

图6 电动推杆加装动触头Fig.6 Electric actuator equipped with moving contacts

2.2.3 静触头改造

为了满足载流量的需求，配电设备装配时，不采用金属导线，而采用铝排、铜排等导流设备。铝排叠放层数的递增，对应于通过更大的载流量。为了满足此类情况下装设接地线的需求，对接地线的导体端静触头进行改造。目前在役的一款接地线静触头见图7，该静触头为具有槽口的“L”形。测量该接地线静触头尺寸，重新制作一款导轨，其三视图见图8。该导轨可用来连接“L”形静触头和环氧树脂棒，导轨同时预留有固定接地引下线的螺孔，制作好的导轨见图9。安装时，将静触头套入导轨，然后用蝴蝶螺母配合突出的螺丝轴固定即可。

图7 在役的“L”形静触头Fig.7 L-type static contacts currently in service

图8 导轨三视图Fig.8 Three views of guide rail

图9 导轨成品Fig.9 Finished guide rail

改造后的可伸缩式接地线如图10所示。

图10 改造后的可伸缩式接地线Fig.10 Modified retractable grounding wire

2.3 应用试验及效果

改造后的可伸缩式接地线可应用于各类配电设备停电的接地工作，如电容器、电抗器等，此类设备户外架构高度通常为3.3 m。可伸缩式接地线在完全伸展后长度为1.86 m，剩余对地距离1.44 m。对于该类较高架构，可以通过伸长环氧树脂棒进行操作，从而达到无需攀爬架构，即可装设地线的效果[11]。可伸缩式接地线对室外架构设备接地情况见图11，其具体使用要求及效果如下。

图11 对室外架构设备接地Fig.11 Grounding of outdoor structure equipment

（1）实际应用中，接地线操作人员应做好“五防”，并防止误入带电间隔，同时对待接地设备验明无电即可安全可靠使用该可伸缩式接地线[12-17]。

（2）使用时，动静触头在可靠闭合后，应保证夹紧被接地设备。在使用具备自锁功能的电动推杆的基础上，将本工具套用在在役接地线动静触头上并对一张普通A4纸进行夹紧试验（见图12）。可见纸张被夹紧后，不会从触头中间脱落。

图12 对动静触头进行夹紧试验Fig.12 Clamping test on static and dynamic contacts

（3）对于多层铝排，可通过遥控控制调整动静触头的间距达到可靠夹紧的效果（见图13）。

图13 现场使用效果Fig.13 Field usage effect

通过应用可知，使用该工具进行接地线装设仅需3 min，在保障工作人员安全的前提下，缩短了接地线悬挂用时。

3 结束语

可伸缩式接地线可用于小区变压器、环网柜、Π接箱等配电网设备工作现场。不论是环网柜内的导流铝排，还是室外的电容器，或水泥杆上的变压器，本工具均可实现便捷搭挂，迅速拆卸。该工具的投运和普及，可解决待接地设备架构过高的问题，满足多层铝排的接地需要，是一款可有效保障人身、设备安全，满足设备多样性操作需求的工具。