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，需要在裝設前進行組裝，實際工作中易發(fā)生螺帽遺失、損壞等各種影響組裝時間的現(xiàn)象。針對這一實際問題，團隊經(jīng)現(xiàn)場研究和測試，利用一種快速拆裝系統(tǒng)，改進了接地線組裝過程，大幅減少組裝時間，同時滿足安全性和可靠性的要求。

快拆；接地線；三相合一

1　前言

富春江電廠開關站為雙母帶旁路的220kV系統(tǒng)，在進行220kV系統(tǒng)設備檢修工作需要掛三相短路接地線時，由于采用的是組合式接地裝置，故在使用前需要進行組裝，加之現(xiàn)場多為戶外環(huán)境和其他客觀因素，導致產(chǎn)生影響工作安全和效率的問題，針對此問題，團隊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于接地樁，接地線線夾裝設于需要接地的導體處，就完成了一組接地線的裝設。

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過程，在組裝過程中需使用扳手擰開和擰緊螺帽，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)實際經(jīng)驗在組裝接地線時，組裝工具的缺失會造成無法進行接地線組裝，延長操作時間。操作人員在裝拆螺帽后可能會因工作現(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間。同時操作人員擰回螺帽時也易造成螺紋損壞，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

針對目前組裝接地線時存在的問題，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

結合要求，從以下5點出發(fā)，提出初步的方案設計。①有效性：能有效縮短接地線組裝時間，平均組裝時間低于設定的目標值，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）與多股軟導線間緊握力試驗，施加拉力至拉應力強度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)濟性：改造成本應不高于同等級產(chǎn)品價格的數(shù)量級。

5.3初步方案設計

5.3.1重新設計夾緊部件

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

5.3.2改進接地線線鼻

原裝置在螺絲套入或拿出接線鼻時，必須完全打開螺母。新裝置對線鼻進行缺口處理，使線鼻能夠從側面套進新連接裝置的螺桿，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，在搬運或存儲的過程中易發(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結論

經(jīng)過重新設計后，新的連接裝置見圖1。

圖1　連接裝置圖

5.4初步試驗

5.4.1成組直流電阻試驗

試驗目的：成組直流電阻試驗用于考核攜帶型短路接地線線鼻和匯流夾與多股銅質(zhì)軟導線之間的接觸是否良好。

試驗步驟：①使用改進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計算每米的電阻值。經(jīng)公式計算得：每米電阻值為0.71mΩ。

試驗結果：多股銅質(zhì)軟導線截面積為25mm2，依據(jù)試驗標準使用該截面積導線，每米電阻值應小于0.79mΩ。測值0.71mΩ<0.79mΩ，成組直流電阻試驗合格。

5.4.2緊握力試驗

試驗目的：試驗線鼻（匯流夾）與多股軟導線間緊握力是否符合要求。

試驗步驟：①使用改進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力強度100N/mm2，在此值下保持30s。③檢查連接部分有無松脫。

試驗結果：接線鼻與線夾相對位置有偏移，線鼻（匯流夾）與多股軟導線間緊握力不符合要求。

5.4.3綜合評價

①有效性：能有效縮短接地線裝設時間，達到目標值。②安全性：成組直流電阻試驗合格，改進后的攜帶型短路接地線線鼻和匯流夾與多股銅質(zhì)軟導線之間的接觸良好。③難易程度：經(jīng)簡單加工可自行完成。④經(jīng)濟性：改造全部220kV接地裝置需制作24個偏心輪壓緊裝置，改裝加工76個線鼻和76個螺桿，成本計算需投入1000元，未超出預算。⑤緊固性：緊握力試驗不合格，但仍可以通過改進裝置結構增強緊固性。

6　方案優(yōu)化

初步設計的連接裝置能有效縮短接地線組裝時間，但緊固度不高，遇大風等惡劣天氣時，有接地線脫落的安全隱患。同時偏心輪對線夾體表面造成較大磨損，使用壽命較短，需對以上方案進行優(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)點在于可直接購買，花費較小，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。曲面設計增大與偏心輪的接觸面積，減小產(chǎn)生形變的壓強。

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，彈簧端面經(jīng)過磨平處理，端面平整。實際使用時，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，當把手壓下時正好可被卡扣扣住。如圖4所示。

圖4　機械卡扣示意圖

機械卡扣結構堅固且符合《攜帶型短路接地線技術標準SD-332-89》中的各項要求。試驗時發(fā)現(xiàn)把手不能完全固定，有一定可動位移，經(jīng)過小組技術和試驗分析，即使發(fā)生小位移回彈，缺口接線鼻仍不可能達到切面處，因此方案可行。

7　實施方案

7.1選擇材料

《攜帶型短路接地線技術標準SD-332-89》中對接地線線鼻和線夾有材料要求，但對壓緊裝置材料沒有相關說明。我們采用常見的鋁制合金、不銹鋼、鐵等材料進行預試，根據(jù)試驗結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正常操作的20組接地線裝置上的螺帽進行扭力測量。取用同一螺紋規(guī)格的較長螺桿，將已選彈簧套入螺桿，用已設定測量扭力的扭力扳手旋螺帽。測量達到同樣扭力時，彈簧的位移。為盡量減小裝置尺寸，節(jié)約材料，設定偏心距為彈簧位移、線鼻厚度和余量的和。經(jīng)過實際測量，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)過試驗對比，把手后開孔定為φ6mm，機械卡扣孔距底部固定板定為30mm。

7.3設計偏心輪壓緊式接地線連接裝置

如圖5、6所示，首先對接地線線鼻進行結構改進，在接地線線鼻側面開槽形成缺口，再在螺桿表面按缺口尺寸進行切面加工，使接地線線鼻可以直接從側面套入螺桿，無需再旋開螺帽。總設計圖見圖7。

圖5　缺口接地線線鼻設計圖

圖6　螺桿切面設計圖

圖7　偏心輪壓緊式攜帶型接地線連接裝置設計圖

7.4進行相關安全測試

7.4.1成組直流電阻試驗

試驗結果：多股銅質(zhì)軟導線截面積為25mm2，依據(jù)試驗標準使用該截面積導線，每米電阻值應小于0.79mΩ。測值0.71mΩ<0.79mΩ，成組直流電阻試驗合格。

7.4.2線鼻（匯流夾）與多股軟導線間緊握力試驗

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

8　總結

從現(xiàn)場多次實際使用情況看，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，整個過程組裝時間短，省力、方便，未發(fā)生部件損壞以及掉落、丟失情況，達到方案設定方向和目標。該設計獲得了水力行業(yè)QC成果發(fā)布一等獎，得到專家的一致認可，已經(jīng)報送申請專利。

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，從事水輪機運行值班工作。