馬 輝，丁祖善，趙守強(qiáng)，段慶權(quán)，谷 屯

(國(guó)網(wǎng)江蘇省電力公司徐州供電公司，江蘇 徐州 221000)

0 引言

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國(guó)用電量逐年增長(zhǎng)，為滿足用電需求及電網(wǎng)建設(shè)的快速發(fā)展，220?kV，500?kV等超高壓輸電線路越來(lái)越多。超高壓線路長(zhǎng)期暴露在外界環(huán)境中，容易遭受外力或自然環(huán)境的影響而出現(xiàn)故障，需要定期對(duì)其進(jìn)行檢修，如對(duì)絕緣子串的清掃、測(cè)零、更換以及導(dǎo)地線、間隔棒、防震錘的更換等。為保證檢修人員的安全，架空輸電線路停電檢修時(shí)必須在檢修區(qū)域兩端掛設(shè)接地線，以防檢修區(qū)域突然來(lái)電或者產(chǎn)生感應(yīng)電壓等造成人身傷害。由于設(shè)計(jì)滯后，目前使用的220?kV及220?kV以上高壓架空線路接地線不能較好地適應(yīng)高壓架空線路的檢修工作，主要表現(xiàn)為裝拆接地線時(shí)費(fèi)時(shí)費(fèi)力，極大浪費(fèi)了停電檢修時(shí)間。因此，迫切需要研制一種新型接地線，以解決現(xiàn)有接地線在使用中存在的問(wèn)題。

1 現(xiàn)有接地線的使用及研究現(xiàn)狀

1.1 現(xiàn)有接地線的使用現(xiàn)狀

現(xiàn)有的高壓架空輸電線路接地線由接地卡頭、絕緣繩、軟銅線、彈簧夾子、夾子舌頭組成，在其使用中存在以下問(wèn)題:

(1)?裝拆接地線時(shí)由于豎直方向旋轉(zhuǎn)無(wú)法控制，導(dǎo)致線夾子很難夾住導(dǎo)線；

(2)?在有風(fēng)的情況下裝拆接地線時(shí)，由于無(wú)法控制線路橫向移動(dòng)和垂直地面方向旋轉(zhuǎn)，給裝拆接地線造成很大困難。

由于上述問(wèn)題的存在，導(dǎo)致裝拆接地線的工作量增加，浪費(fèi)了停電檢修的時(shí)間和作業(yè)人員的體力。這不僅降低了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，還會(huì)因?yàn)檠b設(shè)接地線時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，增大了突然來(lái)電(反送電、感應(yīng)電、誤送電等)的可能性，進(jìn)一步增加了作業(yè)危險(xiǎn)性。所以，解決這一問(wèn)題刻不容緩。

1.2 最新研究現(xiàn)狀

目前，為克服耐張塔導(dǎo)線不在橫擔(dān)下方而不能加掛接地線的問(wèn)題，有相關(guān)的研究設(shè)計(jì)出了一種裝設(shè)在現(xiàn)有的接地線上的彈簧卡勾，實(shí)現(xiàn)了在直線塔和耐張塔導(dǎo)線上不受風(fēng)力影響地加掛接地線。但是，?這種卡勾構(gòu)造復(fù)雜，價(jià)格昂貴且操作不方便。

2 新型接地線的研制和實(shí)驗(yàn)

2.1 導(dǎo)線端頭自由度的控制

要杜絕接地線在裝拆過(guò)程中隨意轉(zhuǎn)動(dòng)或者左右搖擺的現(xiàn)象，就必須控制導(dǎo)線端頭的自由度。

剛體在空間的運(yùn)動(dòng)既有平動(dòng)也有轉(zhuǎn)動(dòng)，其自由度有6個(gè)，即3個(gè)平動(dòng)自由度x，y，z和3個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度a，b，q，如圖1所示。如果剛體運(yùn)動(dòng)存在某些限制條件，自由度會(huì)相應(yīng)減少。

2.1.1 自由度控制裝置的設(shè)計(jì)制作技術(shù)難點(diǎn)

(1)?自由度控制裝置設(shè)計(jì)要合理，與導(dǎo)線端頭配合要默契。

(2)?自由度控制裝置要安裝在導(dǎo)線端頭的合理位置。

(3)?自由度控制裝置在導(dǎo)線端頭上的轉(zhuǎn)動(dòng)方式，需要經(jīng)過(guò)大量的計(jì)算和多次試驗(yàn)來(lái)確定，即確定采用滑動(dòng)方式和滾動(dòng)方式的各項(xiàng)綜合指標(biāo)。

圖1 自由度示意

2.1.2 技術(shù)難點(diǎn)的解決方案

(1)?先畫(huà)圖設(shè)計(jì)，再使用機(jī)械性能相當(dāng)?shù)牟牧现谱髂Ｐ?，并通過(guò)試驗(yàn)解決自由度控制裝置與導(dǎo)線端頭配合的問(wèn)題。

(2)?自由度控制裝置在導(dǎo)線端頭彈簧鉤頭上安裝位置的研究。將模型安裝位置畫(huà)圖于Pro/E軟件上，通過(guò)Hypermesh網(wǎng)格劃分，以Ansys軟件分析結(jié)果，來(lái)確定最佳安裝位置。

(3)?自由度控制裝置在導(dǎo)線端頭上的轉(zhuǎn)動(dòng)方式研究。畫(huà)圖設(shè)計(jì)模型，通過(guò)模型試驗(yàn)選定較好的設(shè)計(jì)，再做出實(shí)際裝置進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)來(lái)確定轉(zhuǎn)動(dòng)方式。

2.2 接地線各部件設(shè)計(jì)

2.2.1 導(dǎo)線端頭的設(shè)計(jì)

在實(shí)際工作中通常有導(dǎo)線線夾和自?shī)A鉤頭2種導(dǎo)線端頭。兩者的機(jī)械性能及操作性對(duì)比如下。

(1)?機(jī)械性能。導(dǎo)線夾和自?shī)A鉤頭與導(dǎo)線的握著力均可滿足要求，可以保證在正常的檢修工作中不發(fā)生掉落現(xiàn)象。

(2)?操作性。用自?shī)A鉤頭的接地線裝拆更加方便，可操作性更好，整個(gè)過(guò)程所需的時(shí)間也較使用導(dǎo)線夾時(shí)大大減少。

通過(guò)Pro/E軟件對(duì)2種導(dǎo)線端頭進(jìn)行自由度控制裝置設(shè)計(jì)。經(jīng)過(guò)軟件分析發(fā)現(xiàn)：自?shī)A鉤頭更容易與自由度控制裝置結(jié)合，而導(dǎo)線線夾因?yàn)闃?gòu)造簡(jiǎn)單，不適合制作自由度控制裝置。因此，選擇自?shī)A鉤頭作為接地線的導(dǎo)線端頭。

2.2.2 新型接地線的初步結(jié)構(gòu)

通過(guò)上述分析比較，擬定的新型接地線的初步結(jié)構(gòu)如圖2所示。它由接地卡頭、絕緣繩、軟銅線、彈簧鉤頭等部件組成。軟銅線的一端連接在彈簧鉤頭上，另一端連接在接地卡頭上，彈簧鉤頭卡持在導(dǎo)線上，接地卡頭固定在桿塔上或者埋入大地的接地極上。彈簧鉤頭的下方設(shè)置有自由度控制機(jī)構(gòu)，2根絕緣繩分別連接在彈簧鉤頭的上方柄部和自由度控制裝置上。

彈簧鉤頭上方的鉤身U型槽內(nèi)設(shè)置2片弧形的彈性舌。彈性舌的一端通過(guò)銷軸連接在U型槽開(kāi)口端的內(nèi)側(cè)壁，一張力彈簧卡在彈性舌的舌身和該U型槽內(nèi)側(cè)壁之間，張力彈簧通過(guò)銷軸連接在彈簧鉤頭的鉤身上。彈性舌的另一端從鉤身U型槽底部伸出，并連接在一軟銅帶的一端；軟銅帶的另一端連接在該側(cè)U型槽的外側(cè)壁上，張力彈簧使彈性舌的舌身和U型槽的內(nèi)側(cè)壁分開(kāi)，在2片彈性舌之間形成彈性卡夾持住導(dǎo)線。在彈簧鉤頭下方U型槽底部端面上，有一垂直于該端面的用于安裝自由度控制裝置的通孔；在彈簧鉤頭上方柄部，有一系絕緣繩的連接孔。

圖2 新型接地線的初步結(jié)構(gòu)

2.2.3 自由度控制裝置設(shè)計(jì)

結(jié)合實(shí)際工作需要，通過(guò)Pro/E軟件畫(huà)圖設(shè)計(jì)，并運(yùn)用Hypermesh網(wǎng)格劃分及Ansys軟件分析，擬定了4種自由度控制裝置設(shè)計(jì)方案，如圖3所示。

(1)?單桿轉(zhuǎn)動(dòng)。通過(guò)絕緣繩與單桿的結(jié)合控制端頭的自由度；但這種方式對(duì)自由度的控制不好，且單桿轉(zhuǎn)動(dòng)角度范圍過(guò)大，不方便操作。

(2)?雙桿聯(lián)動(dòng)。通過(guò)絕緣繩與雙桿結(jié)合，可以較好地控制各方向的自由度。

(3)?單桿限動(dòng)方式1。通過(guò)剛體伸縮來(lái)控制各方向的自由度。

(4)?單桿限動(dòng)方式2。通過(guò)限位設(shè)計(jì)來(lái)控制角度及各方向的自由度。

圖3 自由度控制裝置設(shè)計(jì)方案

經(jīng)過(guò)多次制作模型和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)(4)比設(shè)計(jì)(1)，(3)能更好地控制鉤頭，從而快速完成裝拆接地線工作；同時(shí)比設(shè)計(jì)(2)要更節(jié)省材料，降低了鉤頭的重量和造價(jià)。因此，最終方案確定為設(shè)計(jì)(4)，制作出的實(shí)物如圖4所示。

用絕緣繩控制導(dǎo)線端頭的自由度，可以實(shí)現(xiàn)0～90°的角度轉(zhuǎn)動(dòng)；但是絕緣繩在頻繁的使用過(guò)程中容易磨損，且因頻繁伸縮等原因產(chǎn)生疲勞，從而出現(xiàn)斷股甚至斷線現(xiàn)象。因此，重新設(shè)計(jì)此處的控制裝置，在U型槽的底部設(shè)計(jì)2塊鋁合金擋板，用以控制自由度控制裝置的轉(zhuǎn)向功能，如圖5所示。經(jīng)試驗(yàn)測(cè)試，此設(shè)計(jì)可以將導(dǎo)線端頭的轉(zhuǎn)向角度控制在0～90°，完全滿足需要。

圖4 鉤頭及自由度控制裝置

圖5 改進(jìn)后鉤頭及自由度控制裝置

3 新型接地線的使用效果檢測(cè)

3.1 裝拆過(guò)程

新型接地線在現(xiàn)場(chǎng)的裝拆流程如下：

在橫擔(dān)處，檢修人員先將接地線的接地端固定在桿塔或者埋入大地的接地極上；然后利用鉤頭柄部和自由度控制機(jī)構(gòu)上的2根絕緣繩控制鉤頭的下落路徑，使其到達(dá)導(dǎo)線下方；向上拉鉤頭柄部的絕緣繩，鉤頭鉤住導(dǎo)線；放開(kāi)絕緣繩，在重力作用下，鉤頭會(huì)旋轉(zhuǎn)180°開(kāi)口向下，使得接地線牢固地鉤住導(dǎo)線，避免脫落。工作完成后，向上拉鉤頭自由度控制機(jī)構(gòu)上的絕緣繩，輕松取下鉤頭并拆除接地端，完成接地線的拆除工作。

3.2 不同氣候情況下的裝拆時(shí)間

分別在3種不同天氣情況下裝拆新型接地線，以測(cè)定平均裝拆時(shí)間，每種天氣情況下各裝拆15次，具體結(jié)果為：在溫和無(wú)風(fēng)的情況下，平均用時(shí)為104.3?s；在風(fēng)力為4～5級(jí)的情況下，平均用時(shí)為110.5?s；在可視度不高的天氣情況下，平均用時(shí)為116.1?s。3種情況的平均裝拆時(shí)間約為110?s，相比現(xiàn)行接地線，裝拆1相接地線可節(jié)省490?s的時(shí)間。

3.3 使用效果

由以上實(shí)驗(yàn)可以看出，在各種天氣情況下使用新型接地線時(shí)，作業(yè)過(guò)程受環(huán)境的影響均很小，使用新型接地線的平均裝拆時(shí)間小于120?s。

4 結(jié)束語(yǔ)

新型220?kV及220?kV以上高壓架空輸電線路專用接地線的研制成功，有效解決了220?kV及220?kV以上高壓架空線路接地線掛接難的問(wèn)題。該接地線可在220?kV及220?kV以上高壓架空線路停電檢修工作中大范圍應(yīng)用，能減小勞動(dòng)強(qiáng)度、提高勞動(dòng)效率，可作為現(xiàn)有接地線的升級(jí)替代品。

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