變電站內非水平導線專用接地掛環裝置的設計與實現

國網福建省電力有限公司漳州供電公司 許福鹿 張希嫻 許群超 蔡長春 許常濱

1 引言

接地掛環是一種用于設備檢修或進行其他操作時驗電、裝設接地線的電氣裝置，其作用是確認停電線路或設備是否存在電壓，以及避免驟然出現的電壓和附近高壓帶電設備產生感應電壓而導致的惡性事故，同時釋放設備中儲能元件的電能[1]。現階段廣泛使用的接地掛環均采用螺栓固定式套裝結構，只適用于水平或接近水平方向上的導線，而對于那些與地面夾角較大的非水平導線則很難適用。因此，受非水平導線的影響，運維人員在加裝臨時接地線時，加裝過程將變得十分艱難，且存在加掛不可靠、易傾斜等問題[2]，致使停電檢修作業勞動強度增大、設備停電時間增長，且存在一定的安全隱患。針對非水平導線帶來的問題，設計一種非水平導線專用接地裝置，從而降低變電站檢修時的作業風險，減輕運維人員的勞動負擔，提高運維人員掛接地線的工作效率。

2 目前常用接地掛環應用分析

2.1 接地掛環的作用

在變電站日常檢修過程中，通常需要檢修的項目有電纜溝蓋板擺放、控制電纜備用芯絕緣化處理、設備維修等工作。在變電站停電檢修作業展開之前，運維人員需要在變壓器高壓側套管上方、主變中低壓側套管樁頭、母線橋母排、線路PT等部位裝設臨時接地線以防止的意外事故的發生。因此，在變電站需要加掛接地線的位置裝設接地掛環變得尤為重要，直接決定檢修作業的安全性和可靠性[3]。

2.2 目前接地掛環的結構特點

由于變電站內很多位置的導線與地面呈一定角度，而現有的接地掛環，其構造均設計為螺栓固定式套裝結構。當導線與地面平行或接近平行時，這種結構的接地掛環才能夠很好的裝設到導線上。

裝設現有接地掛環主要是將水平導線穿過兩半圓環，然后使用扳手或套筒緊固螺栓，使夾體壓緊導線[4]，進而實現裝設。這種結構的接地掛環用于電塔、輸電線路加掛接地線有較好的適應性和穩固性，是目前水平導線普遍應用的接地掛環。

2.3 目前接地掛環結構存在的不足

在變電站內，由于存在有大量非水平導線，當線路或設備需要停電進行檢修時，目前普遍應用的接地掛環顯然無法適用。如果這些非水平導線強裝普通接地掛環，由于導線與地面存在較大的角度，致使接地線無法良好地掛接到接地掛環上[5]，且存在易脫落、接掛不牢固等問題，給檢修作業帶來一定風險。

3 非水平導線專用接地掛環的設計

3.1 接地掛環結構原理

非水平導線專用接地掛環設計原理如圖1所示。其中，固定塊1一側通過第一連接件2與連接板3相連；連接板3 兩端下側均裝設有固定柱31，兩固定柱31之間裝設有接地掛環7，且固定柱31與接地掛環7可以通過第二連接件6進行松緊連接設置；第一連接件2與第二連接件6均為螺栓連接，且第一連接件2的數量為兩個；固定塊1的一側開設有第一弧形槽11和與之相配合的第二弧形槽12；連接板3上端設置有若干限位塊5；固定塊1上端裝設有若干個與各限位塊5相適應的鉸接槽4，鉸接槽4內插接有轉軸8，且轉軸8貫穿限位塊5，形成可以轉動的結構。該裝置能夠適應不同的傾斜角度的導線，并能夠與接地線卡口裝置靈活配合使用。

圖1 非水平導線專用接地掛環設計原理

3.2 接地掛環構件材料

為使設計的非水平導線專用接地掛環的各項機械、電氣性能均能夠滿足相關要求，同時保證非水平導線專用接地掛環具備優秀的耐用性和輕便型。在接地掛環材料選取時，選用40Cr型鋼作為鉸接槽和轉軸的制作材料，使裝置在轉動過程中具有良好的抗磨損和抗疲勞破壞性能；選用7050型鋁合金作為接地掛環的制作材料，使得裝置不僅具備非常高的機械強度，而且具有非常輕的質量，滿足設計初輕便性要求；選用M10 螺栓和M5 沉頭螺栓作為第一連接件和第二連接件的材料，保證了接地掛環牢固可靠性。研究人員設計的非水平導線專用接地掛環接地線截面積為50mm2，能夠承受高達16.5kA的工頻電弧電流，滿足電力行業接地線的電氣技術要求。

4 非水平導線專用接地掛環的安裝、使用和維護

4.1 接地掛環的安裝

以45°非水平導線安裝專用接地掛環為例，當變電站內設備需要進行檢修時，先將設備相關的開關斷開并轉為冷備用時，然后在接地掛環的無膠處（裸露金屬部分）進行驗電，確認無電后，通過轉軸將連接板打開，將45°非水平導線穿過第一弧形槽和第二弧形槽形成的圓孔，使整個裝置傾斜懸掛，最后使用扭力扳手交替、依次擰緊第一連接件，使固定塊和連接板緊密牢固，即整個裝置成功安裝在非水平導線上。

4.2 接地掛環的使用

非水平導線專用接地掛環安裝之后，通過旋松第二連接件使接地掛環自由轉動，當轉動至水平后旋緊第二連接件，使接地掛環緊固不轉動。將接地線夾加掛在掛環上，且接地掛環裸露部分直徑與接地線裝置卡扣部分正確配合，尺寸相符，增加接地線的可靠性及檢修的安全性。

在運維人員加掛接地線過程中，由于各導線與地面角度不一，可以靈活轉動接地掛環，使其與水平方向一致，以減少加掛接地線的時間、避免接地線中途脫落。

4.3 接地掛環的維護

對于設計的非水平導線專用接地掛環后期維護工作，由于裝置外部裝套了有機復合材料制作的熱縮套，防雨防腐蝕，耐用性極強，且接地掛環金屬裸露部分材料為鋁合金，導熱耐腐性極好。對于定期使用或由于風力等自然因素造成的鉸鏈槽磨損或連接件松動，在日常巡檢或定期維護過程中可以及時發現。接地掛環螺栓清晰可見，與地面角度容易觀測，腐蝕程度與松動情況均能夠輕易判斷。因此設計的非水平導線專用接地掛環具有長期免維護、性能可靠的優點。

5 非水平導線專用接地掛環的優勢

在變電站檢修作業過程中，對于非水平導線接地作業，運維人員可以輕易、便捷地將接地線掛接到接地掛環上，從而實現可靠接地。拆除接地線時，運維人員只需要使用專用接地棒輕松取下即可。整個掛拆過程簡單方便，無須登桿負重攀爬，有效避免了檢修時的作業危險，極大提高檢修人員的作業效率，縮短掛接地線過程消耗時間，進而從根本上解決了變電站加掛接地線困難的問題。

5.1 變電站檢修安全措施布置耗時對比

變電站檢修安全措施布置耗時對比見表1。從表1中可以看到，在停電檢修前準備和檢修過程中，安裝有非水平導線專用接地掛環的檢修耗時明顯比傳統檢修方式耗時更少，總的耗時大約減少30min，這說明在檢修過程中，安裝有設計的接地掛環能夠降低安全措施布置復雜性，簡化操作流程，提升變電站精細化運營管理水平，緩解站內倒閘操作頻繁與運維人員少的矛盾。

表1 變電站檢修安全措施布置耗時對比

5.2 變電站檢修風險對比

變電站內由于變壓器高壓側套管上方等位置導線距離地面較高，當采用傳統作業方式進行檢修時，運維人員需要攀爬至相應位置進行加掛接地線。在檢修時，檢修人員會面臨一系列風險，如極端天氣導致的墜落風險、感應電觸電風險、接地棒使用不規范導致與高壓帶電設備安全距離過小產生的人員和設備安全風險等，這些風險是傳統檢修方式無法避免的，而安裝有非水平導線專用接地環的變電站，在進行檢修時上述風險將極大降低。變電站檢修風險對比見表2。表2為傳統檢修方式和安裝非水平導線專用接地掛環后的檢修風險對比。從表2中可知，安裝非水平導線專用接地掛環后整體風險有了顯著的降低，說明本設計的接地掛環能夠降低作業風險，保證檢修人員的人身安全。

表2 變電站檢修風險對比

6 結語

運維人員在實際工作中應用非水平導線專用接地掛環，能夠輕易、便捷地將接地線加掛到接地掛環上，實現導線的可靠性接地，有效解決了變電站檢修過程中非水平導線與接地線卡扣銜接困難，加掛時間長、連接不牢固、容易脫落等問題，進而提高了運維人員的作業效率，充分減少了安全隱患、降低了檢修人員的作業風險，提高了變電站經濟效益。本設計的非水平導線專用接地掛環具有較好的應用前景，使用推廣價值較高。