杜高杰，曹　梁，康效峰，王　玥，朱彥澤

新型接地線連接裝置的研制與應(yīng)用

杜高杰，曹梁，康效峰，王玥，朱彥澤

（富春江水力發(fā)電廠，浙江 杭州 311504）

富春江電廠220kV系統(tǒng)使用的是組合式接地裝置，需要在裝設(shè)前進(jìn)行組裝，實(shí)際工作中易發(fā)生螺帽遺失、損壞等各種影響組裝時(shí)間的現(xiàn)象。針對(duì)這一實(shí)際問題，團(tuán)隊(duì)經(jīng)現(xiàn)場研究和測試，利用一種快速拆裝系統(tǒng)，改進(jìn)了接地線組裝過程，大幅減少組裝時(shí)間，同時(shí)滿足安全性和可靠性的要求。

快拆；接地線；三相合一

1　前言

富春江電廠開關(guān)站為雙母帶旁路的220kV系統(tǒng)，在進(jìn)行220kV系統(tǒng)設(shè)備檢修工作需要掛三相短路接地線時(shí)，由于采用的是組合式接地裝置，故在使用前需要進(jìn)行組裝，加之現(xiàn)場多為戶外環(huán)境和其他客觀因素，導(dǎo)致產(chǎn)生影響工作安全和效率的問題，針對(duì)此問題，團(tuán)隊(duì)研制出新型的接地線連接裝置，取得了良好的效果。

2　富春江電廠220　kV系統(tǒng)廠用接地線簡介

富春江電廠220kV系統(tǒng)使用組合式接地裝置，由帶線夾的絕緣操作桿、接地線、三相合一接地端頭組成，使用前三者需組裝。

3　組裝接地線過程

名詞解釋：線夾：連接與接地網(wǎng)、接地樁上或者待接地導(dǎo)線上的夾持器。

接線鼻（線鼻）：線夾和短路線、接地線間的連接件。

絕緣操作桿：本文所定義的絕緣操作桿是裝設(shè)和拆除接地線的絕緣工具。

首先將三相合一接地端頭的一相螺帽旋開，將接地線的一端線鼻套入接地端頭螺桿中，再旋上螺帽。同理將絕緣操作桿線夾上的螺帽旋下，將接地線另一端線鼻套入螺桿中，再旋上螺帽。即完成一相接地線組裝。如此完成其他兩相接地線組裝后，將三相合一接地端頭裝設(shè)于接地樁，接地線線夾裝設(shè)于需要接地的導(dǎo)體處，就完成了一組接地線的裝設(shè)。

4　問題提出

接地線組裝可分解為接地線與絕緣操作桿組裝以及接地線與三相合一接地端頭組裝兩個(gè)過程，在組裝過程中需使用扳手?jǐn)Q開和擰緊螺帽，否則無法滿足安全要求，有接地線松脫掉落的安全隱患，依據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)在組裝接地線時(shí)，組裝工具的缺失會(huì)造成無法進(jìn)行接地線組裝，延長操作時(shí)間。操作人員在裝拆螺帽后可能會(huì)因工作現(xiàn)場工器具擺放雜亂、未擰緊螺帽等原因造成螺帽遺失，這種情況一旦發(fā)生就需要操作人員更換螺帽，延長組裝接地線的時(shí)間。同時(shí)操作人員擰回螺帽時(shí)也易造成螺紋損壞，影響正常使用，造成安全隱患。

5　提出解決方案

5.1方案總體要求

針對(duì)目前組裝接地線時(shí)存在的問題，確定需要解決的總體方向和基本要求為：①能有效縮短接地線組裝時(shí)間；②不使用輔助工具就可以完成接地線組裝；③接地線組裝過程中緊固部件不分離，避免發(fā)生零部件遺失情況。

5.2提出解決方案

結(jié)合要求，從以下5點(diǎn)出發(fā)，提出初步的方案設(shè)計(jì)。①有效性：能有效縮短接地線組裝時(shí)間，平均組裝時(shí)間低于設(shè)定的目標(biāo)值，無需使用輔助工具且緊固部件不分離。②安全性：符合安全要求，成組直流電阻試驗(yàn)合格，測得的每米電阻值小于0.79mΩ。③緊固性：線鼻（匯流夾）與多股軟導(dǎo)線間緊握力試驗(yàn)，施加拉力至拉應(yīng)力強(qiáng)度100N/mm2，在此值下保持30 s。④難易性：可以自行完成，或經(jīng)簡單加工。⑤經(jīng)濟(jì)性：改造成本應(yīng)不高于同等級(jí)產(chǎn)品價(jià)格的數(shù)量級(jí)。

5.3初步方案設(shè)計(jì)

5.3.1重新設(shè)計(jì)夾緊部件

原裝置采用螺絲、螺母方式，通過旋轉(zhuǎn)操作轉(zhuǎn)化為軸向力，施力方向不同，操作過程本身不是最有效的方式。新裝置重新進(jìn)行受力設(shè)計(jì)，改為直接作用于接線鼻的軸向施力方向，同時(shí)利用杠桿原理，減少操作人的用力大小。

5.3.2改進(jìn)接地線線鼻

原裝置在螺絲套入或拿出接線鼻時(shí)，必須完全打開螺母。新裝置對(duì)線鼻進(jìn)行缺口處理，使線鼻能夠從側(cè)面套進(jìn)新連接裝置的螺桿，減少操作環(huán)節(jié)。

5.3.3采用固定連接裝置

原裝置螺絲、螺帽部件較小，在搬運(yùn)或存儲(chǔ)的過程中易發(fā)生丟失、損壞的現(xiàn)象。新裝置將連接部件直接裝設(shè)在接地端頭上，形成一體化部件，減少丟失、損壞的幾率。

5.3.4結(jié)論

經(jīng)過重新設(shè)計(jì)后，新的連接裝置見圖1。

圖1　連接裝置圖

5.4初步試驗(yàn)

5.4.1成組直流電阻試驗(yàn)

試驗(yàn)?zāi)康模撼山M直流電阻試驗(yàn)用于考核攜帶型短路接地線線鼻和匯流夾與多股銅質(zhì)軟導(dǎo)線之間的接觸是否良好。

試驗(yàn)步驟：①使用改進(jìn)后的連接裝置組裝一相接地線。②測量接地線接線鼻之間的長度。測量長度為6.3m。③使用接地電阻測量儀器測量直流電阻值。直流電阻值為4.473mΩ。④計(jì)算每米的電阻值。經(jīng)公式計(jì)算得：每米電阻值為0.71mΩ。

試驗(yàn)結(jié)果：多股銅質(zhì)軟導(dǎo)線截面積為25mm2，依據(jù)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)使用該截面積導(dǎo)線，每米電阻值應(yīng)小于0.79mΩ。測值0.71mΩ<0.79mΩ，成組直流電阻試驗(yàn)合格。

5.4.2緊握力試驗(yàn)

試驗(yàn)?zāi)康模涸囼?yàn)線鼻（匯流夾）與多股軟導(dǎo)線間緊握力是否符合要求。

試驗(yàn)步驟：①使用改進(jìn)后的連接裝置組裝一相接地線。②在試樣上以10N/mm2·s速度均勻施加拉力至最大拉應(yīng)力強(qiáng)度100N/mm2，在此值下保持30s。③檢查連接部分有無松脫。

試驗(yàn)結(jié)果：接線鼻與線夾相對(duì)位置有偏移，線鼻（匯流夾）與多股軟導(dǎo)線間緊握力不符合要求。

5.4.3綜合評(píng)價(jià)

①有效性：能有效縮短接地線裝設(shè)時(shí)間，達(dá)到目標(biāo)值。②安全性：成組直流電阻試驗(yàn)合格，改進(jìn)后的攜帶型短路接地線線鼻和匯流夾與多股銅質(zhì)軟導(dǎo)線之間的接觸良好。③難易程度：經(jīng)簡單加工可自行完成。④經(jīng)濟(jì)性：改造全部220kV接地裝置需制作24個(gè)偏心輪壓緊裝置，改裝加工76個(gè)線鼻和76個(gè)螺桿，成本計(jì)算需投入1000元，未超出預(yù)算。⑤緊固性：緊握力試驗(yàn)不合格，但仍可以通過改進(jìn)裝置結(jié)構(gòu)增強(qiáng)緊固性。

6　方案優(yōu)化

初步設(shè)計(jì)的連接裝置能有效縮短接地線組裝時(shí)間，但緊固度不高，遇大風(fēng)等惡劣天氣時(shí)，有接地線脫落的安全隱患。同時(shí)偏心輪對(duì)線夾體表面造成較大磨損，使用壽命較短，需對(duì)以上方案進(jìn)行優(yōu)化。

6.1偏心輪及把手方案的選擇

直接采購定制成品優(yōu)點(diǎn)在于可直接購買，花費(fèi)較小，易于后期推廣

6.2防磨墊片方案的選擇

在偏心輪與線夾之間增加鋼制曲面墊片（圖2）。

圖2　加裝曲面墊片的偏心輪壓緊裝置

通過選擇鋼制曲面墊片，線夾體表面劃痕改善，墊片接觸面劃痕較淺，同時(shí)在偏心輪與線體之間增加鋼制曲面墊片，鋼材料硬度大，抗磨損。曲面設(shè)計(jì)增大與偏心輪的接觸面積，減小產(chǎn)生形變的壓強(qiáng)。

6.3壓緊裝置方案的選擇

將彈簧安裝于螺桿與線夾間，起到加強(qiáng)緊固性的作用（圖3）。

采用彈簧能提供足夠的壓緊力，材料為金屬，耐用性強(qiáng)，彈簧端面經(jīng)過磨平處理，端面平整。實(shí)際使用時(shí)，壓緊位移不受線鼻缺口厚度影響，正常壓縮后能提供足夠的壓緊力。

圖3　改進(jìn)后的裝置局部圖

6.4把手防彈裝置方案的選擇

在把手末端開孔?？垩b置固定在螺桿尾部伸出部，當(dāng)把手壓下時(shí)正好可被卡扣扣住。如圖4所示。

圖4　機(jī)械卡扣示意圖

機(jī)械卡扣結(jié)構(gòu)堅(jiān)固且符合《攜帶型短路接地線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)SD-332-89》中的各項(xiàng)要求。試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)把手不能完全固定，有一定可動(dòng)位移，經(jīng)過小組技術(shù)和試驗(yàn)分析，即使發(fā)生小位移回彈，缺口接線鼻仍不可能達(dá)到切面處，因此方案可行。

7　實(shí)施方案

7.1選擇材料

《攜帶型短路接地線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)SD-332-89》中對(duì)接地線線鼻和線夾有材料要求，但對(duì)壓緊裝置材料沒有相關(guān)說明。我們采用常見的鋁制合金、不銹鋼、鐵等材料進(jìn)行預(yù)試，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果和加工難易程度綜合考慮，選擇不銹鋼作為部件加工用料。

7.2確定偏心輪偏心距

確定偏心輪偏心距采用等效法。首先使用扭力扳手對(duì)正常操作的20組接地線裝置上的螺帽進(jìn)行扭力測量。取用同一螺紋規(guī)格的較長螺桿，將已選彈簧套入螺桿，用已設(shè)定測量扭力的扭力扳手旋螺帽。測量達(dá)到同樣扭力時(shí)，彈簧的位移。為盡量減小裝置尺寸，節(jié)約材料，設(shè)定偏心距為彈簧位移、線鼻厚度和余量的和。經(jīng)過實(shí)際測量，線鼻厚3mm，余量定為1mm，得到偏心距為4mm。測量線夾穿孔φ12mm，相關(guān)裝置尺寸定為：螺桿φ10mm，螺桿開槽最深3mm，長3mm，接線鼻開槽6mm，接線鼻孔徑φ12mm。

其他尺寸我們經(jīng)過試驗(yàn)對(duì)比，把手后開孔定為φ6mm，機(jī)械卡扣孔距底部固定板定為30mm。

7.3設(shè)計(jì)偏心輪壓緊式接地線連接裝置

如圖5、6所示，首先對(duì)接地線線鼻進(jìn)行結(jié)構(gòu)改進(jìn)，在接地線線鼻側(cè)面開槽形成缺口，再在螺桿表面按缺口尺寸進(jìn)行切面加工，使接地線線鼻可以直接從側(cè)面套入螺桿，無需再旋開螺帽。總設(shè)計(jì)圖見圖7。

圖5　缺口接地線線鼻設(shè)計(jì)圖

圖6　螺桿切面設(shè)計(jì)圖

圖7　偏心輪壓緊式攜帶型接地線連接裝置設(shè)計(jì)圖

7.4進(jìn)行相關(guān)安全測試

7.4.1成組直流電阻試驗(yàn)

試驗(yàn)結(jié)果：多股銅質(zhì)軟導(dǎo)線截面積為25mm2，依據(jù)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)使用該截面積導(dǎo)線，每米電阻值應(yīng)小于0.79mΩ。測值0.71mΩ<0.79mΩ，成組直流電阻試驗(yàn)合格。

7.4.2線鼻（匯流夾）與多股軟導(dǎo)線間緊握力試驗(yàn)

試驗(yàn)結(jié)果：經(jīng)檢查接線鼻與線夾體連接牢固，線鼻（匯流夾）與多股軟導(dǎo)線間緊握力符合要求。

8　總結(jié)

從現(xiàn)場多次實(shí)際使用情況看，采用偏心輪壓緊式接地線連接裝置組裝的接地線部件組裝牢固且操作順利，整個(gè)過程組裝時(shí)間短，省力、方便，未發(fā)生部件損壞以及掉落、丟失情況，達(dá)到方案設(shè)定方向和目標(biāo)。該設(shè)計(jì)獲得了水力行業(yè)QC成果發(fā)布一等獎(jiǎng)，得到專家的一致認(rèn)可，已經(jīng)報(bào)送申請(qǐng)專利。

TM752

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1672-5387（2016）08-0076-03

10.13599/j.cnki.11-5130.2016.08.023

2016-06-29

杜高杰（1984-），男，助理工程師，從事水輪機(jī)運(yùn)行值班工作。