馬萬(wàn)勛，章 兵，孫運(yùn)濤，李成濤

(1.江蘇省送變電有限公司，江蘇 南京 211100)(2.南京電力金具設(shè)計(jì)研究院有限公司，江蘇 南京 211500)

我國(guó)的特高壓線路年度檢修任務(wù)繁重，其原因一是特高壓線路數(shù)量多，路徑長(zhǎng)，二是特高壓線路多架設(shè)在地形地貌復(fù)雜的地區(qū)，三是部分地區(qū)有多條特高壓線路交叉、平行分布，電磁感應(yīng)因素復(fù)雜。特別是平行分布的雙回線路，由于其基本采用輪停方式檢修，被檢修線路的感應(yīng)電較大，因此檢修時(shí)均需掛接大量接地線[1-2]。現(xiàn)使用的接地線連接方式大多為鱷魚(yú)嘴式接地線夾，在感應(yīng)電的作用下，時(shí)常有接地線夾嚴(yán)重磨損甚至燒蝕導(dǎo)線的情況出現(xiàn)[3]。操作人員在安裝接地線時(shí)，需要多次試投才能夾住導(dǎo)線，操作耗時(shí)長(zhǎng)、效率低。另外，現(xiàn)有接地線還會(huì)出現(xiàn)因?yàn)閺椈墒Ф鴮?dǎo)致夾頭與導(dǎo)線接觸不良等問(wèn)題，操作者需要爬入跳線處纏扎鋁絲進(jìn)行加固，存在一定的安全作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)[4-5]。

本文研制了一種基于LORA無(wú)線控制的特高壓檢修用電動(dòng)接地裝置，無(wú)需操作人員攀爬跳線，就能實(shí)現(xiàn)接地線裝置與導(dǎo)線可靠的電氣連接[6-8]，可充分保證操作人員的作業(yè)安全。

1 電動(dòng)接地檢修裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

現(xiàn)有的接地線由于需要進(jìn)行手動(dòng)分離，因此在設(shè)計(jì)時(shí)鱷魚(yú)嘴式接地線夾夾頭處僅靠扭簧施加作用力，其夾緊力有限。接地線夾夾頭與導(dǎo)線非可靠接觸，當(dāng)特高壓線路中感應(yīng)電較大時(shí)，接觸電阻較大，在感應(yīng)電的作用下，持續(xù)放電、發(fā)熱，導(dǎo)致導(dǎo)線燒蝕，如圖1所示。

圖1 鱷魚(yú)嘴式接地線夾及導(dǎo)線燒蝕圖

為解決以上問(wèn)題，本文采用電機(jī)和連桿機(jī)構(gòu)結(jié)合的方式，在夾頭處施加較大夾緊力，充分保證夾頭與導(dǎo)線的可靠電氣接觸。

1.1 夾緊機(jī)構(gòu)原理

設(shè)計(jì)的夾緊機(jī)構(gòu)采用連桿機(jī)構(gòu)原理[9-10]，如圖2所示，地線夾頭施加給導(dǎo)線的正壓力Fn的計(jì)算式為：

圖2 結(jié)構(gòu)原理圖

(1)

式中：F為電機(jī)施加的推力，N；L1為C、D間距離，m；L2為B、C間距離，m；α為BC與CD的夾角，(°)；θ為AB的水平夾角，(°)。

理論上，當(dāng)θ很小時(shí)，能夠產(chǎn)生數(shù)倍于電機(jī)推力F的正壓力Fn?？紤]到機(jī)構(gòu)之間的配合及執(zhí)行的可靠性，θ不宜過(guò)小，取為5°，又綜合考慮整體機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)等，將L1,L2,θ設(shè)為常量，則式(1)可簡(jiǎn)化為：

(2)

1.2 夾緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

為了在電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，能使推桿末端的傳導(dǎo)機(jī)構(gòu)及時(shí)止動(dòng)從而使施加的力能處于保持狀態(tài)，擬在推桿末端采用螺紋旋接的形式。隨著螺紋的旋轉(zhuǎn)推動(dòng)，不僅使夾頭起到足夠的夾持作用，不易被風(fēng)吹動(dòng)，而且能保持夾頭與導(dǎo)線的可靠接觸，接觸電阻足夠小，通流效果良好。

同時(shí)，考慮到接地裝置在夾緊后可能存在電機(jī)損壞或電源失效的情況，該機(jī)構(gòu)在結(jié)構(gòu)上兼?zhèn)淞耸謩?dòng)拆除接地裝置的功能，便于檢修時(shí)使用。

1.3 動(dòng)力源

采用直流電機(jī)作為動(dòng)力源，電機(jī)施加的推力F可以根據(jù)式(3)計(jì)算：

F=T/(kd)

(3)

式中：T為直流電機(jī)的額定扭矩，N·m；k為扭矩系數(shù)平均值；d為螺桿直徑，m。本裝置采用DC 24 V行星減速電機(jī)，額定扭矩為2.5 N·m。綜合考慮，使用M8螺桿，則d=0.008 m。計(jì)算得，F(xiàn)=1 250 N，則夾頭處的正壓力Fn為2 500 N。

2 跳線合流線夾

為了保護(hù)特高壓線路中的導(dǎo)線，需設(shè)計(jì)一個(gè)特高壓線路專(zhuān)用合流裝置，與接地裝置夾頭連接。該合流裝置通過(guò)中間抱箍夾緊硬跳中的鋼管來(lái)固定合流線夾本體，再通過(guò)不同內(nèi)徑的夾蓋夾緊不同規(guī)格型號(hào)的導(dǎo)線。導(dǎo)流管采用較長(zhǎng)的圓形管材，便于工作人員在高空操作電動(dòng)接地夾頭與其連接，連接后的結(jié)構(gòu)如圖3所示。在導(dǎo)流管頂部設(shè)有尼龍墊，用來(lái)保護(hù)接地裝置中的行程開(kāi)關(guān)，免受感應(yīng)電的影響。

圖3 跳線合流線夾

3 無(wú)線控制模塊

直流電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)與停止的控制通過(guò)LORA無(wú)線發(fā)射、接收模塊和主控板來(lái)實(shí)現(xiàn)。在電機(jī)端安裝一個(gè)雙向通信的LORA模塊和專(zhuān)用的主控板，遙控器端有與電機(jī)端配對(duì)的LORA模塊。遙控器發(fā)射的控制指令，通過(guò)LORA模塊接收后喚醒主控板上的MCU(micro control unit)，MCU控制電機(jī)接通電源，電機(jī)開(kāi)始旋轉(zhuǎn)。當(dāng)夾緊裝置夾緊導(dǎo)線后，主控芯片通過(guò)電流檢測(cè)電路得到電機(jī)運(yùn)行電流，當(dāng)電機(jī)運(yùn)行電流由額定電流變?yōu)檫^(guò)載電流時(shí)，中斷供電，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。無(wú)線操作拆除接地裝置的方式基本相似，不作贅述。

通過(guò)無(wú)線控制，工作人員能夠遠(yuǎn)程進(jìn)行接地裝置夾接和拆除操作。設(shè)備體積小、質(zhì)量輕，便于施工人員攜帶上塔、安裝，操作簡(jiǎn)單，避免了工作人員直接在跳線串上作業(yè)，有效降低了作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，在新型接地裝置安裝和拆除操作過(guò)程中，可以有效檢測(cè)到新型接地裝置的位置、狀態(tài)，便于分散安裝在導(dǎo)線上各處裝置的集中管理。

4 產(chǎn)品試驗(yàn)

4.1 夾緊力試驗(yàn)

為了測(cè)試接地線裝置的夾緊力，采用了改造后適用于圓弧面測(cè)試的壓力傳感器，試驗(yàn)如圖4所示，測(cè)得的壓力值見(jiàn)表1，可知測(cè)試結(jié)果與計(jì)算的壓力值Fn基本吻合。

表1 新接地裝置壓力值測(cè)試

圖4 新型接地裝置夾緊力試驗(yàn)

4.2 電阻、溫升試驗(yàn)

為了減輕整體結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，新型接地裝置接頭采用鋁合金材料。對(duì)原有全銅鱷魚(yú)嘴式接地裝置及新型接地裝置進(jìn)行電阻溫升對(duì)比試驗(yàn)，測(cè)量并記錄試驗(yàn)數(shù)值[11-12]。電阻、溫升方案布置圖分別如圖5、圖6所示，測(cè)量電阻值分別見(jiàn)表2、表3，溫升值分別見(jiàn)表4、表5。

圖5 兩種接地裝置電阻測(cè)量方案布置圖

表2 全銅鱷魚(yú)嘴式接地線裝置與導(dǎo)線之間測(cè)量電阻

圖6 兩種接地裝置溫升試驗(yàn)方案布置圖

表3 新型接地裝置與鋁管之間測(cè)量電阻

表4 全銅鱷魚(yú)嘴式接地線裝置與導(dǎo)線之間溫升值

表5 新型接地裝置與鋁管之間溫升值

試驗(yàn)結(jié)果顯示，測(cè)得的新型接地裝置的電阻值、溫升值明顯小于原有全銅鱷魚(yú)嘴式接地線裝置，說(shuō)明其性能優(yōu)于原有結(jié)構(gòu)，滿(mǎn)足特高壓接地使用要求。

5 結(jié)束語(yǔ)

與現(xiàn)有全銅鱷魚(yú)嘴式接地裝置相比，本文研制的新型裝置通過(guò)無(wú)線遙控實(shí)現(xiàn)掛、拆接地線，無(wú)需操作人員攀爬跳線操作，裝置夾緊力大，充分保證電氣接觸，實(shí)現(xiàn)可靠接地。在跳線處安裝了合流線夾，避免了新型接地裝置因直接與導(dǎo)線連接而導(dǎo)致磨損或燒蝕導(dǎo)線。新型接地裝置便于工作人員操作，為特高壓檢修工作提供重要安全保證，具有較高的使用價(jià)值。