一種快捷智能低壓重復接地箱的研制和應用

中圖分類號：TM564 文獻標志碼：A 文章編號：1671-0797（2025）16-0030-04

D0I：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2025.16.008

0 引言

檢修 0.4kV 配電線路時，為保障檢修人員安全，需要在線路上裝設接地線。此過程需人工上桿，穿戴個人防護用具及登高工具進行作業，作業完成后，需人工拆除接地線，耗時費力，多處作業時容易造成人員疲勞；部分交通不便的山區需人工搬運大量的跨越接地線及工器具；人工接地存在高墜、觸電等風險，安全違章多發。

本文研制并應用了一種快捷智能低壓重復接地箱，旨在替代上述 0.4kV 配電線路中的人工接地，從根本上杜絕人工接地所產生的高墜、觸電、違章、勞累、低效等問題，實現安全、高效接地和退出接地，提高作業安全性和供電可靠性。

胡欣欣等人①研制了一種新型嵌入式高壓電纜直接接地箱，綜合了地埋式和地面立式兩種接地箱的優點。馮穎姣等人[2研發了一種電纜智能高壓接地箱，具備各項電氣功能，還具備多種新功能。施兢業3研制了電纜接地方式可切換裝置，簡化了接地方式切換的過程，節省了切換接地方式所需的人力、物力。吳禎科[4]分析了低壓線路停電時電工安全操作技能。廖旭東[5介紹了低壓線路的電氣隔離與檢修安全。

現有文獻關于接地刀閘應用到低壓方面的研究主要是針對電纜領域，檢修工作時，采用接地刀閘對 0.4kV 配電線路進行接地的研究幾乎空白，因此，本快捷智能低壓重復接地箱具有一定的創新性。

1 實物設計

1.1 整體思路

本文所述快捷智能低壓重復接地箱整體設計如圖1所示，其安裝在單個低壓線路電桿上，從 0.4kV 配電線路引三相四線至電動接地開關上端，接地開關下端接地，接地電阻不大于4 Ω ，外殼采用防水設計。箱內布局如圖2所示，內部有電動接地開關（電動、手動分合閘）、液晶屏、電動控制器、驅動模塊、內置后備電源、兩個操作按鈕、一個硬壓板（投退電動分合閘）、電磁鎖，裝置電源直接從線路取電，線路電壓顯示在液晶屏上，通過采集到的線路電壓判斷線路是否有電，防止帶電操作接地開關，當線路停電后，可啟用內置后備電源供電。

1.2 操作方法設計

當線路檢修，需要電動合閘時，點擊“合閘\"按鈕，電動控制器接收到合閘指令后，控制驅動模塊給直流電機提供正向電，電機正轉，接地開關動觸頭正轉，合閘到位時，動觸頭觸碰合閘限位開關，限位開關動作信息傳送到電動控制器，驅動模塊停止輸出正向電，直流電機停轉。

當線路檢修完畢，需要電動分閘時，點擊“分閘”按鈕，電動控制器接收到分閘指令后，控制驅動模塊給直流電機提供反向電，電機反轉，接地開關動觸頭反轉，分閘到位時，動觸頭觸碰分閘限位開關，限位開關動作信息傳送到電動控制器，驅動模塊停止輸出反向電，直流電機停轉。

當設備發生故障不能電動分、合閘時，可使用手動操作桿實現接地開關分、合閘。

圖1整體設計

圖2箱內布局

采用雙重閉鎖：1）電氣閉鎖，當線路有電壓，控制回路斷開，從而切斷電機操作電源，實現無法帶電電動操作接地開關；2）邏輯閉鎖，當線路有電壓，電動控制器通過邏輯運算禁止輸出電動接地開關合閘命令。

圖3電機驅動裝置正視圖

硬壓板設計為出口壓板，當壓板退出時，點擊分、合閘按鈕，不能電動操作接地開關，硬壓板投入時，才可以電動操作接地開關，大大降低了誤操作的可能性。

1.3 電動接地開關設計

采用永磁直流電機作為動力源，機械式傳動操作接地開關。電機驅動裝置所要操作的是具有較強關合能力的彈簧操作快速接地開關，手動操作轉角為 90^°"，分合閘操作力矩為 30N?m ，電機輸出的力矩通過減速齒輪傳遞到接地開關操作主軸，其最終的輸出力矩為 55N?m ，遠大于接地開關所要求的操作力矩。電機驅動裝置正視圖如圖3所示，電機驅動裝置側視圖如圖4所示。

圖4電機驅動裝置側視圖

控制器可在驅動電機運轉受阻達到保護條件時，立即對電機制動，并逆向驅動電機解除悶車卡死狀態。

考慮到工程的實際應用，接地開關的操作優先采用手動為主、電動為輔的操作模式，因此增加手動優先聯鎖機構。當手動操作桿插入接地開關操作孔時，應立即將電機控制回路切斷，以避免在手動操作時對電機的誤操作而造成不必要的損失。

1.4 操作儀表板設計

考慮到實際應用，為減少人工誤操作的可能性，操作儀表板應盡量簡潔明了，如圖5所示，設計了電動控制器、液晶屏、硬壓板，可操作的只有分閘、合閘按鈕和一個硬壓板。

圖5操作儀表板

1.5 后備電源設計

鋰離子電池能量密度高，能滿足設備在突然掉電的情況下長時間提供電力。相同容量的鋰離子電池其體積和重量是鉛酸電池的 1/3～1/2 ，體積小，容易在空間有限的范圍內布置，且鋰離子電池的循環壽命遠高于鉛酸電池。故配置 24V/10 Ah儲能鋰離子電池作為后備電源，后備電源可驅動電動接地開關分合閘10次以上，電路設計圖如圖6所示。

1.6 適應戶外安裝設計

采用鐵皮制作外箱，頂上凸出外延設計，可以很好地排水，且具有一定的美觀性。電動接地開關、驅動模塊、后備電源、電動控制器、顯示屏、分合閘按鈕、硬壓板、電磁鎖等所有設備部件都放置在箱內，采用雙門設計，外門起到保護儀表板和方便查看內部設備的作用，儀表板充當內門，所有進出線電纜均采用“下進下出\"方式，大大提高了防雨效果。箱體設計圖如圖7所示。

圖6后備電源設計圖

圖7箱體設計圖

2 效果試驗

根據設計圖紙制作了快捷智能低壓重復接地箱樣機一臺，成品如圖 3～10 所示。設置箱體在- -10～50^°C 的環境中工作，每 10^°C 為一個區間，做50組整體試驗，共進行了350組試驗，包含電動接地開關手動和電動分合閘試驗、機械振動試驗、防悶車、電氣閉鎖、邏輯閉鎖、后備電源驅動分合閘次數和防潑水試驗。樣機整體試驗中均未發生機械故障、運算出錯、進水和卡滯情況，表明該設計方案達到了預期效果。

同時，該樣機在韶關市始興供電局進行試點應用，與人工接地進行對比試驗，試驗數據如表1所示。由數據可得，采用該接地箱所需人員數量同比減少50% ，接地消耗時間同比減少 80%～97% ，并且所需工器具和作業風險都大大減少。

圖8外觀

圖9操作儀表板

圖10內部

表1接地試驗對比

對樣機和人工兩種接地方式進行成本分析：樣機制作和安裝成本9000元，初始成本為9000元，接地一次費用為500元；人工接地初始成本為0元，接地一次費用為1300元。由圖11可得，當接地次數達到12次時，采用樣機接地的累計費用將低于人工接地的累計費用，隨著接地次數的增多，樣機接地所需的費用相較人工接地將大大減少，從而實現降本增效。

圖11兩種接地方式累計費用

3 結論

通過對前人研究的調查，發現采用接地刀閘對0.4kV 配電線路進行接地的研究幾乎空白，而實際工作現場存在人工接地的不便之處和風險點，因此本文研制并試點應用的樣機具有一定的創新性和實用性，并在試點應用中取得了預期效果，相比人工接地，其所需工器具、時間、人員數量、勞累程度、作業風險都大大減少，提高了作業安全和效率。當使用次數達到12次后，接地費用將低于人工接地，繼續使用則可實現持續降本。綜上，本文所研制的快捷智能低壓重復接地箱未來可廣泛應用于 0.4kV 配電線路的檢修工作。

[參考文獻]

[1］胡欣欣，趙鵬勃，馮甘雨，等.一種新型嵌入式高壓電纜直接接地箱的研制[J].機電信息，2020（3）：27.

[2]馮穎姣，張盛，姜建，等.電纜智能高壓接地箱的研發與應用[J].電氣時代，2022（4）：37-39.

[3]施兢業.電力電纜接地箱接地方式可切換裝置的研制[J].科技與創新，2024（12）：106-108.

[4]吳禎科.低壓線路停電時電工安全操作技能分析[J].企業科技與發展，2019（1）：122-123.

[5]廖旭東.低壓線路的電氣隔離與檢修安全[J].黑龍江科技信息，2017（5）：49.

收稿日期：2025-05-15

作者簡介：王琳（1985一），男，山東煙臺人，工程師，從事配電網工程管理工作。

通信作者：楊小梅（1986一），女，河北涉縣人，工程師，從事配電網工程管理工作。