劉行洲，張良發(fā)，卓 晗，陳海旭，陳端樞

（國(guó)網(wǎng)福建省電力有限公司福州供電公司，福建 福州350002）

1 項(xiàng)目背景

1.1 項(xiàng)目研發(fā)背景

輸電線路電纜頭的護(hù)層接地引線常常因?yàn)楸槐I或外力破壞而丟失損壞。為此，作業(yè)人員就要對(duì)接地引線進(jìn)行帶電修補(bǔ)。目前作業(yè)人員在被檢設(shè)備上進(jìn)行作業(yè)時(shí)，接地引線連接端頭距離上方高電壓等級(jí)帶電體較近，作業(yè)空間狹窄，而且存在較大的感應(yīng)電壓，現(xiàn)行使用的工具、方法無(wú)法安全地拆除引線端頭。與此同時(shí)，電纜頭護(hù)層接地引線丟失后，在安裝或拆除接地連片或引線時(shí)，存在較大的危險(xiǎn)靜電感應(yīng)電流，作業(yè)人員無(wú)法直接接觸，常常需要現(xiàn)場(chǎng)加工臨時(shí)引線使用，危險(xiǎn)隱患大。而現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的引線底座因廠家不同而不同，工器具現(xiàn)場(chǎng)加工難度高，增加了作業(yè)工序與耗時(shí)。

現(xiàn)行的消除感應(yīng)電的方法主要為以下三種。

穿戴帶電作業(yè)屏蔽服或?qū)щ娦?。此方法為保護(hù)能力最高的方法，但是若防護(hù)服各部分連接不佳，在作業(yè)電工身上產(chǎn)生更高的靜電感應(yīng)電壓的可能性就會(huì)非常高。不僅如此，額外著裝防護(hù)服或?qū)щ娦焕趷毫拥默F(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)環(huán)境，穿戴過(guò)程煩瑣，也不方便。

佩戴絕緣手套。此種方法在斷接接地線時(shí)比較常應(yīng)用，具有較高的保護(hù)能力。但是絕緣手套靈活性低，一般適用于對(duì)手指靈活度要求不高的作業(yè)操作中，佩戴絕緣手套在松緊螺絲螺母時(shí)，容易發(fā)生掉件的問題。

臨時(shí)金屬線接地法。此種作業(yè)方法是在現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)加工一段金屬線將作業(yè)人員與大地連接，從而釋放人體感應(yīng)電荷至大地中。此種方法雖然具有一定的效果，但是可靠性不佳，與加工工藝水平有強(qiáng)正相關(guān)。若加工工藝水平低下，則會(huì)導(dǎo)致連接不良，會(huì)導(dǎo)致在金屬線上產(chǎn)生靜電感應(yīng)電流，傷害作業(yè)人員，存在安全風(fēng)險(xiǎn)[1]。

綜上所述，以上方法有利有弊，但弊端部分較為突出。對(duì)于電力行業(yè)中，安全是第一要素，而帶電修復(fù)電纜頭護(hù)層接地引線作業(yè)中，高電壓等級(jí)交流線路對(duì)周圍金屬物件產(chǎn)生的感應(yīng)電對(duì)于作業(yè)人員而言是主要的嚴(yán)重安全隱患。所以需研制一種工具，在避免作業(yè)人員受感應(yīng)電帶來(lái)危險(xiǎn)隱患的同時(shí)，又能夠靈活操作，無(wú)需額外穿戴屏蔽服、導(dǎo)電鞋或者絕緣手套，使工作效率更高，減少因?yàn)椴僮髁鞒淘龆喽鴮?dǎo)致潛在危險(xiǎn)因子對(duì)作業(yè)的影響。

1.2 難點(diǎn)

第一個(gè)難點(diǎn)是傳統(tǒng)金屬作業(yè)工具上靜電感應(yīng)出的較大可感感應(yīng)電壓。當(dāng)臨近高壓帶電設(shè)備時(shí)，設(shè)備中含有交變電壓，使其周圍的空間也帶有變化電場(chǎng)。此時(shí)，帶電體周圍的空間便會(huì)散布有電位變化，使在該電場(chǎng)中的非接地中性導(dǎo)體中的自由電子產(chǎn)生有規(guī)則的移動(dòng)，引起電荷差異再分布，形成電位差[2]，由此讓導(dǎo)體呈現(xiàn)帶電狀態(tài)，即產(chǎn)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象。

于是，在帶電設(shè)備與導(dǎo)體之間便形成一個(gè)“電容”，兩者之間便產(chǎn)生了容性耦合電流。正是這種感應(yīng)電流，對(duì)進(jìn)行拆裝作業(yè)的作業(yè)人員的人身安全造成危害。

第二個(gè)難點(diǎn)在于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備型號(hào)多樣性的適配。現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的引線底座型號(hào)十分多樣，現(xiàn)在常用的作業(yè)接地線無(wú)法靈活適配現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，作業(yè)電工需要現(xiàn)場(chǎng)加工接頭以便安裝，而現(xiàn)場(chǎng)粗加工的接地線接頭存在接觸差、引流能力低下的缺點(diǎn)，不能可靠保證作業(yè)人員的安全[3]。

針對(duì)以上的難點(diǎn)，筆者認(rèn)為現(xiàn)在工器具與作業(yè)方法存在以下兩個(gè)問題：一是金屬工器具作為非接地導(dǎo)體容易產(chǎn)生感應(yīng)電壓，對(duì)作業(yè)人員產(chǎn)生安全威脅；二是在引線安裝存在適配困難。為此，筆者認(rèn)為通過(guò)對(duì)工器具進(jìn)行絕緣化改良以及對(duì)臨時(shí)引線進(jìn)行自適配性改造，能夠有效改善上述問題。

2 項(xiàng)目概況

本項(xiàng)目發(fā)明了一套強(qiáng)絕緣引線拆裝工具以及通用快裝軟質(zhì)接地線，消除了被檢設(shè)備由于狹小空間導(dǎo)致的感應(yīng)電壓的影響，也降低了作業(yè)工具上存在的感應(yīng)電流，使得帶電修補(bǔ)接地引線變得更為安全。

安全修復(fù)接地引下線的實(shí)現(xiàn)方式是改良拆裝工具絕緣部分的絕緣能力、設(shè)計(jì)絕緣操作工具以及研制新式接地線，降低進(jìn)行電纜頭護(hù)層接地引線帶電修復(fù)時(shí)的可感感應(yīng)電流，對(duì)設(shè)備上的泄漏電流進(jìn)行有效引流，保證作業(yè)可安全開展。

本項(xiàng)目的核心作業(yè)動(dòng)作是在使用時(shí)，將即用式軟質(zhì)接地線接地端的螺旋臺(tái)夾固定在作業(yè)點(diǎn)的金屬接地部分，按壓絕緣操作手鉗的控制手柄以?shī)A取接地線的磁吸鉗，插在引下線螺栓上。在完成接地線的代替性引流后，使用絕緣扳手解鎖并拆除引下線固定螺絲。拆除螺絲后使用絕緣操作手鉗將新引下線依次安裝在接地端與帶電端。之后使用絕緣操作手鉗依次拆除舊引下線的帶電端與接地端。完成舊引下線的拆除后使用絕緣扳手固定新引下線。最后依次拆除即用式軟質(zhì)接地線的引下線螺栓端與接地端。在這樣操作之后，就能夠在不額外穿戴防護(hù)服、導(dǎo)電鞋等裝備的情況下，簡(jiǎn)便快捷地更換、補(bǔ)裝電纜護(hù)層接地引下線。

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本套工具主要由絕緣強(qiáng)化過(guò)的拆裝工具、遠(yuǎn)端控制手鉗和即用式軟質(zhì)接地線組成。

3.1 電纜頭護(hù)層接地引線絕緣拆裝工具

絕緣拆裝工具如圖1所示，由手柄與金屬扳手頭/棘輪頭組成。棘輪扳手還有與之配套的口徑分別為14 mm、16 mm、18 mm的三個(gè)套筒。項(xiàng)目組通過(guò)材料與長(zhǎng)度兩個(gè)方面改良作業(yè)扳手，提升絕緣能力，使作業(yè)人員的可感感應(yīng)電流為0.1 mA以下。經(jīng)過(guò)多番測(cè)試與材料篩選，項(xiàng)目組人員選用酚醛環(huán)氧樹脂玻璃鋼作為手柄材料，將絕緣距離定為514 mm，這樣在保證絕緣性能的同時(shí)，還能保持輕便。在機(jī)械性能方面，扳手頭為碳鋼制作，硬度達(dá)HRC42，絕緣手扳手能夠承受最大扭矩為192 N·m。

圖1 絕緣拆裝工具圖

3.2 絕緣操作工具

絕緣操作工具為絕緣遠(yuǎn)端控制手鉗，如圖2所示。該手鉗主要由控制手柄、絕緣管、絕緣活動(dòng)連桿與夾鉗四個(gè)部分構(gòu)成?？刂剖直煽刂评峙c固定拉手組成，活動(dòng)行程為46 mm。絕緣管長(zhǎng)度為500 mm，外徑為30 mm，內(nèi)徑為16 mm。內(nèi)部中空并含有絕緣活動(dòng)連桿。夾鉗由活動(dòng)臂連桿與夾鉗本體構(gòu)成，夾鉗口內(nèi)12 mm含有防滑齒?？刂剖直ㄟ^(guò)在絕緣管內(nèi)的聯(lián)動(dòng)桿與活動(dòng)連桿與夾鉗連接，使得在操作控制手柄時(shí)，能夠讓夾鉗隨之開合。

圖2 絕緣遠(yuǎn)端控制手鉗圖

3.3 即用式軟質(zhì)接地線

即用式軟質(zhì)接地線由螺旋臺(tái)夾、軟質(zhì)接地線以及磁鼻線纜夾頭三個(gè)部分組成，如圖3所示。螺旋臺(tái)夾以鉗工臺(tái)為設(shè)計(jì)靈感，主體與夾片使用銅合金鍛造后電鍍磁化層而成，夾口之間有鋼軋防滑紋。軟質(zhì)接地線為純銅制作，其設(shè)計(jì)電阻為0.75 mΩ，長(zhǎng)度為1.75 m。

圖3 即用式軟質(zhì)接地線圖

作為接地線的設(shè)計(jì)核心，磁鼻線纜夾頭采用彈簧自鎖的大幅開口設(shè)計(jì)，能夠自適應(yīng)14 mm、16 mm等多種螺栓接頭型號(hào)，而且可快速插在接頭上，左右夾片為黃銅制作，夾片間有不銹鋼鎖緊拉簧，其拉力最高可達(dá)150 N，能夠有效保持夾力不脫落。左右夾片采用鏤空設(shè)計(jì)，使夾頭的質(zhì)量?jī)H為0.03 kg。

3.4 成果測(cè)試

研究組成員將研究成果送往福建省產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)院進(jìn)行測(cè)試。

3.4.1 電纜頭護(hù)層接地引線絕緣扳手的質(zhì)量測(cè)試

絕緣扳手分為活絡(luò)扳手與棘輪扳手，研究組成員分別對(duì)兩種扳手進(jìn)行了耐壓測(cè)試與扭矩測(cè)試。測(cè)試指標(biāo)為：施加1 min的440 kV工頻交流電，被測(cè)樣品無(wú)明顯發(fā)熱、變色與閃絡(luò)，樣品上電流小于0.1 mA。扭矩測(cè)試的標(biāo)準(zhǔn)是使用自硬度為HRC60的六角金屬棒測(cè)試時(shí)，金屬扳手頭硬度大于HRC36，最大扭矩應(yīng)大于160 N·m。

絕緣扳手的平均測(cè)試硬度為HRC42.25，平均最大扭矩為192.7 N·m，耐壓測(cè)試時(shí)絕緣握把部分無(wú)發(fā)熱、明顯變色與閃絡(luò)，測(cè)試電流的平均大小為0.00265 mA，都已達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。所研制的絕緣扳手符合行業(yè)作業(yè)安全與技術(shù)要求。

3.4.2 絕緣遠(yuǎn)端控制手鉗的質(zhì)量測(cè)試

絕緣遠(yuǎn)端控制手鉗也是本套裝中主要的絕緣隔離工具，其主要測(cè)試為耐壓測(cè)試，對(duì)應(yīng)指標(biāo)為：施加1 min的440 kV工頻交流電，被測(cè)樣品無(wú)明顯發(fā)熱、變色與閃絡(luò)，樣品上電流小于0.1 mA。

受測(cè)樣品在進(jìn)行耐壓測(cè)試時(shí)，結(jié)果為：絕緣遠(yuǎn)端控制手鉗全鉗體無(wú)發(fā)熱、明顯變色與閃絡(luò)，樣品上檢測(cè)電流為0.001 73 mA，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，所研制絕緣遠(yuǎn)端控制手鉗符合行業(yè)作業(yè)安全與技術(shù)要求。

3.4.3 即用式軟質(zhì)接地線的質(zhì)量測(cè)試

即用式軟質(zhì)接地線作為套裝中主要的導(dǎo)流部件，主要測(cè)試指標(biāo)為接地電阻為小于等于0.8 mΩ。

受測(cè)樣品在進(jìn)行導(dǎo)流性測(cè)試和接地電阻檢測(cè)后，接地線各連接節(jié)點(diǎn)未出現(xiàn)發(fā)熱，其實(shí)際檢測(cè)接地電阻為0.73 mΩ，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，即用式軟質(zhì)接地線符合行業(yè)作業(yè)安全與技術(shù)要求。

4 成果特性

4.1 安全性

本成果的絕緣拆裝工具與操作手鉗能夠滿足220kV的耐壓試驗(yàn)要求，在1 min的靜態(tài)耐壓試驗(yàn)中無(wú)閃絡(luò)、無(wú)發(fā)熱。而且在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用檢測(cè)時(shí)，工具上檢測(cè)的泄漏電流值為0 mA。即用式接地線檢測(cè)電阻為0.73 mΩ，在能夠高效導(dǎo)引設(shè)備上的感應(yīng)電流。這樣，作業(yè)人員就不會(huì)因上述體感強(qiáng)烈的電流而產(chǎn)生心理或生理上的應(yīng)激反應(yīng)導(dǎo)致作業(yè)工程中發(fā)生事故，保證了生命安全與設(shè)備安全。

4.2 創(chuàng)新性

本成果首次將絕緣隔離材料的應(yīng)用引入到輸電電纜帶電作業(yè)中，將簡(jiǎn)單絕緣材料包裹的扳手工具改良為使用酚醛環(huán)氧樹脂玻璃鋼進(jìn)行握把制作的扳手工具。這一套工具不僅有高機(jī)械強(qiáng)度，而且適合35 kV及以上的高電壓環(huán)境使用。不僅如此，所研制的絕緣遠(yuǎn)端操作手鉗同樣采用酚醛環(huán)氧樹脂玻璃鋼制作，替代了徒手操作的方法，實(shí)現(xiàn)了輸電電纜帶電作業(yè)工具的全面性安全升級(jí)。即用接地線創(chuàng)造性地采用自適應(yīng)式磁鼻夾片設(shè)計(jì)，使用兩片電鍍磁化銅片通過(guò)高彈性系數(shù)彈簧相連，可無(wú)視現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的型號(hào)多樣性使用，安裝牢固而且通流性能可靠。

4.3 通用性

本項(xiàng)目研究的即用式接地線的磁鼻線夾采用的自適應(yīng)式磁鼻夾片設(shè)計(jì)，能夠通過(guò)改變開口大小來(lái)自適應(yīng)包括直徑14 mm、16 mm在內(nèi)不同型號(hào)的多種螺栓接頭。絕緣拆裝工具中的絕緣棘輪扳手也配備有不同口徑的套筒以應(yīng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)型號(hào)復(fù)雜的螺母。以上措施有效克服了現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中接地接頭因不同廠家、不同型號(hào)而導(dǎo)致額外增加的工序，提升了作業(yè)效率。

5 成果應(yīng)用

2020-11，國(guó)網(wǎng)福州供電公司輸電帶電作業(yè)一班采用電纜頭護(hù)層接地引線帶電修復(fù)工具套裝，在220 kV超閩Ⅱ路#2電纜終端頭進(jìn)行測(cè)試應(yīng)用，如圖4所示，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員使用與測(cè)試表明，整個(gè)作業(yè)法及工器具可顯著降低作業(yè)時(shí)設(shè)備上的感應(yīng)電流，工器具上的感應(yīng)電流無(wú)感覺，檢測(cè)數(shù)值為0 mA，有效地保護(hù)了作業(yè)人員的人身安全。即用式接地線能夠有效降低設(shè)備感應(yīng)電流，在接地后，接地線各連接點(diǎn)無(wú)發(fā)熱，檢測(cè)電流數(shù)值為0 A。

圖4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用圖

6 結(jié)語(yǔ)

隨著都市不斷發(fā)展，輸電線路不斷纜化，電纜設(shè)備也隨之增多，導(dǎo)致輸電線路電纜頭的護(hù)層接地引線常常發(fā)生被盜或外力損壞的缺陷。而在修復(fù)缺陷的時(shí)候，狹窄的作業(yè)空間和高電壓等級(jí)的變化電場(chǎng)導(dǎo)致工作人員進(jìn)行修復(fù)作業(yè)時(shí)，在金屬工器具與引下線上都會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，容易產(chǎn)生人身傷害。而使用本文所述的電纜頭護(hù)層接地引線帶電修復(fù)工具套裝，能有效降低感應(yīng)電流。套裝中的電纜頭護(hù)層接地引線絕緣棘輪扳手采用可更換的多口徑梅花接頭，可以適應(yīng)多規(guī)格的螺絲螺母。即用式軟質(zhì)接地線采用彈簧自鎖的開口夾作為接地接頭，能夠自適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)不同的接頭型號(hào)，避免了現(xiàn)場(chǎng)加工引線接頭時(shí)，制作工藝等因素帶來(lái)的潛在危險(xiǎn)因子。不僅如此，所引入的絕緣隔離設(shè)計(jì)概念能夠讓工作人員在裝設(shè)與拆除臨時(shí)接地線的過(guò)程中與設(shè)備保持絕緣隔離狀態(tài)，以保護(hù)人身安全。