一種新型智能接地線的研制與應用

王沁洋

（國網江蘇省電力有限公司海安分公司，江蘇 南通 226600）

0 引言

《電力安全工作規程》規定，接地是保證安全的技術措施之一。在日常檢修工作中，開關柜內常用旋轉夾緊式接地線。由于施工中人員誤碰或振動等原因，因接地線裝設不緊、接地線與導體接觸出現松動時，我們無法通過肉眼直接判斷，也沒有可靠的技術檢測手段，這就容易帶來重大安全隱患。若接地線與導體接觸出現松動時，如遇突然來電，接地點因接地電阻增大帶來的暫態過電壓會嚴重威脅檢修人員的人身安全。為此，針對電氣設備檢修中接地線松動時缺乏自動監測和告警手段的不足，考慮在不改變現有接地線安全性能和基礎結構的前提下，設計制作一種帶有警報功能的新型智能接地線[1]。

1 工作原理

新型接地線是帶有警報功能的三相結構，其中每相接地線均由絕緣棒、導線端線夾、報警裝置、接地引線組成[2]。其樣例裝置如圖1所示。

圖1 接地線樣例裝置

整個接地線工具包括ABC三相，每相具有相同的結構。其中，每相的導線端線夾由固定引電部分和活動線夾組合，通過操作絕緣棒可將待檢修導線和線夾進行電氣連接，同時拆除也較便捷。壓力傳感器置于線夾內用來采集線夾間壓力值，從而判斷接地線是否松動，并聯動觸發警報裝置。當其大于閾值上限時，系統發出“該相接地線松動”警報，現場也會發出尖銳的蜂鳴聲。3組導線端線夾底部先進行等電位連接，通過接地線短路后將電荷引入大地，從而保證檢修人員人身安全與設備安全。

2 方案設計與實施

基于新型智能接地線工作原理框架，結合電力檢修場景下的安全性、可靠性需求，我們開展方案設計和實施驗證工作。本文的設計主要圍繞絕緣棒、導線端線夾、報警裝置和接地引線等四部分進行。

2.1 絕緣棒設計

絕緣棒與導體端線夾設計成可拆卸連接。由于材質不同，絕緣棒頂部裝有金屬套管，再與接電夾相連，交接處用釘銷強化固定。通過套管里的螺紋螺口，絕緣棒可以節節相接，從而達到調整長度的作用，另外也便于接線夾的維修和替換。

2.2 導線端線夾設計

導線端線夾設計工作主要從導線端線夾夾緊形式、導線端線夾導電材料、壓力傳感器選擇、報警形式、電源選擇等五個方面展開：

（1）導線端線夾夾緊形式的方案選擇。導線端線夾的夾緊形式一般包括雙簧壓緊式、旋轉壓緊式和組合壓緊式三種。其中，雙簧壓緊式連接導線時不穩固，適用于線路；組合壓緊式難以固定且安裝困難，適用于變電站母排；旋轉壓緊式對于線路和變電站母排接地都適用，節省材料和成本的優點。考慮后續適用性，因此本文選擇旋轉壓緊式。

（2）導線端線夾導電材料選擇。價值系數：鋁鎳鐵合金＞銅＞鐵。

（3）壓力傳感器方案選擇。壓力傳感器的選擇主要從成本、體積大小、適用條件三個維度進行評估。壓電式、壓阻式、電容式成本相近，體積方面電容式最小，另外接地線經常安裝在戶外，溫濕度變化大，因此在不同溫度、濕度下進行壓力測試。測試中可看出壓電式在溫濕度較低時，測量結果受到影響；壓阻式壓力傳感器溫差特性差，受溫度變化影響大；電容式壓力傳感器則表現較好，受溫度變化影響小。導線端線夾空間有限，需要結構簡單，同時接地線經常安裝在戶外，溫度變化大，壓力傳感器需要既能滿足工作性能要求價格又便宜，因此綜合分析選擇電容式壓力傳感器。壓力傳感器方案比較如表1所示。

表1 壓力傳感器方案比較

（4）報警形式方案選擇。警形式的選擇主要考慮報警裝置體積、成本、效果等因素。報警裝置需要具有電路簡單、占用空間小、工作穩定的特點。聲音報警易發現，有穿透力，對比燈光報警可能會被遮擋，因此綜合分析選擇聲音報警方案。

（5）驅動電源方案選擇。驅動電源主要有干電池、鋰電池兩種方案。干電池屬于一次性電池，價格低，相比干電池，鋰電池雖具有節能環保、充電快速、壽命長等優勢，但成本高。結合工作需要，電池也不需要長期替換，故本設計采用干電池方案。由以上分析可以得到導線端線夾的關鍵技術方案，如表2所示。

表2 導線端線夾的關鍵技術方案

2.3 報警裝置設計

報警裝置位置的選擇分為外露式和內置式。外露式占用空間大，安全距離短，安裝不方便，會受到自身重力的影響，靈敏度不高；內置式不占用額外空間，安全距離長，安裝方便，不會受到自身重力的影響，靈敏度高。報警裝置結構圖如圖2所示。

圖2 報警裝置結構示意圖

2.4 接地引線設計

接地引線主要使用軟銅線進行導電，同時外部包裹絕緣護套，以保證在裝設和使用的過程引線不會裸露而導致漏電。將3組單相接地線的底部進行等電位短接后，再分別與絕緣棒、接地端子連接，新型接地線組裝完畢。在工作現場裝好該接地線，把被掛設電線及設備上的殘余電荷引入大地，即可保護人身安全[3]。

3 應用效果

為驗證新型智能接地線的功能和性能，設計了傳感器疲勞、電池續航、蜂鳴報警和抗靜電干擾等試驗：

（1）傳感器疲勞試驗：通過人工動作一萬次試驗，均能可靠報警，達到設計預期。

（2）電池續航能力試驗：待機時間達到12個月，持續蜂鳴報警續航能力長達48小時，能夠滿足現場工況需求[4]。對于單日工作，能完整覆蓋工作時間；對于連續多日工作，即使持續蜂鳴，每日工作前檢查也能起到提醒作用。

（3）蜂鳴報警試驗：蜂鳴報警器的有效半徑能達到20m。

（4）抗靜電干擾試驗：模擬工作現場高達200V的感應電壓下能正確動作。該裝置配有防雨防潮保護套，順利通過防雨防潮測試。該裝置端口的直流電阻值和熱穩定性均符合相關技術規范。

在試用期內，有需要停電檢修掛接地的工作，我們就選擇現場一個檢修間隔進行試用。經統計，該裝置在現場共試用11次，在一起35kV開關柜絕緣化改造工作中，它有效監測到作業人員工作過程中因誤碰引起的接地線松動情況，并及時報警。通過模擬工作后遺留一組接地線無法找到的情況，利用該接地線的遠程查找功能，可以發現了該組接地線在開關柜頂部母線倉內，避免了帶接地合閘的惡性誤操作事故。從使用效果來看，新型接地線實現了對接地線啟用狀態、裝設位置進行實時監測，為感應電荷提供有效的入地通路。當停電檢修線路被誤合閘時，能提供可靠的接地，保障電氣裝置和檢修人員的人身安全[5]。

4 結語

本文研制的新型智能接地線具有體積小、成本低、報警效果明顯和操作便捷等優點。經實際的試驗驗證，該裝置在檢修工作中實時確認接地線地掛設狀態，如果遇到異常情況可以及時報警，提醒工作中相關成員及時處理，從而有效地解決此類接地線松動地安全隱患。未來，這種類似設計結構還可以衍生拓展至其它種類地接地線上以提升它的泛用性。