智能接地線的研制與應(yīng)用

宋恒東，潘靈敏，韓學(xué)春，吳 偉

(國網(wǎng)江蘇省電力有限公司檢修分公司，江蘇 南京 211102)

0 引言

工作接地線是電力作業(yè)不可缺少的安全工具，對電力作業(yè)人員的人身安全起著極其重要的保障作用，檢修前作業(yè)人員應(yīng)在作業(yè)地點(diǎn)兩端掛接安全可靠的接地線，而在實(shí)際操作中由于工作接地線掛設(shè)難度大、不牢靠等致使導(dǎo)線燒傷的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。檢修完成后，作業(yè)人員應(yīng)將全部接地線拆除后才能對線路送電，但目前國內(nèi)外電網(wǎng)重大安全事故中，接地不良和帶地線合閘的惡性事故占很大比重。由于輸電線路較長，往往需要增加掛設(shè)多組接地線，存在漏裝和漏拆接地線的可能。如果漏裝接地線或接地不良，將會造成感應(yīng)電放電損傷導(dǎo)線及威脅到檢修人員的人身安全；如果漏拆接地線，將會造成帶地線合開關(guān)的惡性事故。

目前，接地線的掛接和拆除情況的確認(rèn)主要依賴于線路作業(yè)人員的人工巡查和清點(diǎn)，現(xiàn)有手段均屬于人工現(xiàn)場巡查及事后記錄方式，雖然能對巡查人員的路徑進(jìn)行事后監(jiān)督，并用電子方式記錄巡查情況，但不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決接地線的安全裝拆問題，不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)和制止帶地線合閘行為，不能對線路檢修流程進(jìn)行全過程監(jiān)視，不能提升檢修和恢復(fù)送電環(huán)節(jié)的安全保障措施，無法實(shí)現(xiàn)輸電線路檢修的安全監(jiān)視。為解決上述問題，更安全的進(jìn)行線路檢修工作，研制一種智能接地線勢在必行。

1 智能接地線的基本原理及掛接方式

1.1 智能接地線的原理及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

高壓線路在停電檢修時(shí)，為了避免意外送電或線路帶有感應(yīng)電，而引起作業(yè)人員發(fā)生觸電事故，用短路接地線掛在線路上，把線路直接對地短路以確保安全。傳統(tǒng)接地線不具有監(jiān)測功能，無法監(jiān)督流動接地線的掛接、拆除情況，線路指定位置是否有效掛接與拆除了工作接地線無法采用技術(shù)手段監(jiān)管，會給現(xiàn)場工作人員帶來極大的安全隱患，安全形勢嚴(yán)峻。

智能接地線在線夾上安裝監(jiān)測模塊，當(dāng)接地線掛接牢靠時(shí)，監(jiān)測模塊電極通過裸導(dǎo)線與線夾形成電氣回路，并通過內(nèi)置的通信模塊傳輸至網(wǎng)絡(luò)平臺，及時(shí)監(jiān)測接地線的狀態(tài)。若接地線發(fā)生脫落或被摘除時(shí)，監(jiān)測模塊無法與線夾形成電氣回路，網(wǎng)絡(luò)平臺將顯示接地線未掛接狀態(tài)。下文將詳細(xì)介紹智能接地線的構(gòu)造及使用過程。

智能接地線具有將接地裝置工作狀態(tài)、工作位置、夾持緊度、異常報(bào)警信息等實(shí)時(shí)傳輸?shù)墓δ埽瑒t即可使現(xiàn)場作業(yè)人員實(shí)時(shí)掌握接地裝置的工作狀態(tài)，收到報(bào)警及時(shí)給予糾正，保證一線作業(yè)人員的安全；又可通過預(yù)裝的通信模塊，經(jīng)現(xiàn)代通信手段將接地裝置工作狀態(tài)實(shí)時(shí)傳輸?shù)娇刂坪笈_，方便遠(yuǎn)程監(jiān)控與監(jiān)測，便于安全管理部門和生產(chǎn)管理部門實(shí)時(shí)掌握作業(yè)現(xiàn)場情況，實(shí)施有效管理。

針對上述技術(shù)問題，設(shè)計(jì)了一種帶監(jiān)測掛式接地鉤，如下圖1 所示。

圖1 智能掛式接地鉤

智能掛式接地鉤由接地鉤體、夾線鉤舌、監(jiān)測模塊和翻轉(zhuǎn)連接掛架組成，監(jiān)測模塊安裝在接地鉤的夾線鉤舌上，在監(jiān)測模塊上裝設(shè)有電極以及與夾線鉤舌連接的鉤體電極螺絲，電極及鉤體電極螺絲分別用導(dǎo)線與監(jiān)測模塊內(nèi)部的掛線檢測電路連接，電極與夾線鉤舌相互絕緣，接地鉤上掛接的線路裸導(dǎo)線與電極和夾線鉤舌接觸形成電氣連接回路，該電氣連接回路與監(jiān)測模塊通過導(dǎo)線連接。監(jiān)測模塊由檢測控制電路、無線數(shù)傳模塊、衛(wèi)星定位模塊、內(nèi)部供電電池電壓檢測電路及通信模塊等組成，通信由2G，4G 或NB-lot 通信模塊構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)傳輸組件，衛(wèi)星定位模塊為GPS 和北斗雙模衛(wèi)星定位系統(tǒng)，在接地鉤掛接狀態(tài)發(fā)生改變時(shí)，通過內(nèi)部程序自動完成通信協(xié)議轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)收發(fā)控制，將檢測到的掛線、摘線狀態(tài)信息、衛(wèi)星定位的位置信息及內(nèi)部供電電池的電量信息，通過NB-lot 無線通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至系統(tǒng)云平臺服務(wù)器。監(jiān)測模塊采用鋰電池作為供電電源，電池容量不低于2 000 mAh，由于模塊功耗低，根據(jù)接地線實(shí)際使用情況推算，理論上一塊電池可工作年數(shù)大于5 年。圖2 為智能接地線狀態(tài)改變傳送示意圖，通信轉(zhuǎn)發(fā)控制模塊集成在接地鉤監(jiān)測模塊。

1.2 智能接地線的掛接使用方式

在接地鉤體的上方設(shè)有掛接溝槽，翻轉(zhuǎn)連接掛架上開設(shè)有絕緣繩固定孔和連接銷，翻轉(zhuǎn)連接掛架底部跨裝入接地鉤體，并使翻轉(zhuǎn)連接掛架固定銷孔與接地鉤體上的翻轉(zhuǎn)連接掛架定位滑動槽對正后用連接銷穿入固定，翻轉(zhuǎn)連接掛架上部的連接銷孔穿入連接銷，絕緣操作繩固定在翻轉(zhuǎn)連接掛架的絕緣繩固定孔上。

接地鉤在掛接線路裸導(dǎo)線時(shí)，將接地導(dǎo)線的接地端接地固定連接好，翻轉(zhuǎn)連接掛架上部的連接銷勾住接地鉤體上部的掛接溝槽內(nèi)，操作絕緣繩將接地鉤垂吊或拋掛到線路裸導(dǎo)線上，并勾住線路裸導(dǎo)線，拉緊絕緣繩使線路裸導(dǎo)線滑入接地鉤體的鉤內(nèi)下部，同時(shí)被夾線鉤舌夾緊，將絕緣繩拉緊并系在桿塔上的合適位置，完成掛接線路裸導(dǎo)線。

接地鉤體上掛接的線路裸導(dǎo)線，同時(shí)與電極和夾線鉤舌接觸形成電氣連接回路，該電氣連接回路經(jīng)鉤體電極螺絲的連接線和電極連接線與監(jiān)測模塊內(nèi)部電路板的掛線檢測電路連接，監(jiān)測模塊內(nèi)部檢測電路監(jiān)測接地鉤的掛線狀態(tài)信息，在監(jiān)測模塊的外殼接口外設(shè)有橡膠密封圈，具備密封防水能力。

所述接地鉤在掛線狀態(tài)需要摘除時(shí)，松開絕緣操作繩，使翻轉(zhuǎn)連接掛架在重力的作用下脫離接地鉤體上部的掛接溝槽，此時(shí)再次拉緊絕緣操作繩，通過翻轉(zhuǎn)連接掛架底部的連接銷，拉住翻轉(zhuǎn)連接掛架定位滑動槽使接地鉤體翻轉(zhuǎn)后，將接地鉤體從線路導(dǎo)線上拉出。

智能接地線掛接時(shí)的兩種狀態(tài)如圖3 所示。

圖3 智能接地線掛接時(shí)的兩種狀態(tài)

2 智能掛式接地鉤的研制

根據(jù)行業(yè)現(xiàn)狀對智能接地線的迫切需求，結(jié)合傳統(tǒng)工作接地線在掛接導(dǎo)線時(shí)弊端，所研制的智能接地線主要部件為：新型接地線夾、監(jiān)測裝置、轉(zhuǎn)發(fā)控制器、語音端告警系統(tǒng)，管控系統(tǒng)等，表2 為接地線夾的詳細(xì)組成部分。

表2 智能接地線的系統(tǒng)組成

3 現(xiàn)場試驗(yàn)應(yīng)用

智能接地線已經(jīng)通過耐受工頻高壓電場強(qiáng)度環(huán)境測試，檢測通信電路部分通過了國網(wǎng)電力科學(xué)研究院實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證中心的電磁兼容測試。

根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際，對所研制的智能工作接地線進(jìn)行了現(xiàn)場模擬試驗(yàn)。智能接地線采用鉤式線夾，即“鉤掛式”就位。使用時(shí)，將鉤式線夾放置在導(dǎo)線下方，線夾開口對準(zhǔn)導(dǎo)線，向上一提，可輕松完成掛接。監(jiān)測模塊嵌入線夾側(cè)面，結(jié)構(gòu)牢靠。掛接過程中智能接地線滿足沖擊性能要求。

現(xiàn)場應(yīng)用試驗(yàn)表明，該接地線操作便捷高效、連接牢固，無需人工綁扎，拆除簡單方便。

研制的智能工作接地線與普通接地線相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)。

(1) 智能監(jiān)測：可監(jiān)測接地裝置的線夾是否與220 kV 及以上電壓等級導(dǎo)線接觸良好，通過實(shí)時(shí)監(jiān)測檢查線夾是否夾緊，徹底杜絕了接地裝置虛掛及因接地不良造成的感應(yīng)電、倒送電等引發(fā)的現(xiàn)場作業(yè)人身傷害事故。

(2) 智能管控：利用北斗或GPS 衛(wèi)星定位系統(tǒng)的定位優(yōu)勢，對接地裝置使用位置衛(wèi)星定位，能夠準(zhǔn)確實(shí)時(shí)監(jiān)測接地裝置的狀態(tài)，可體現(xiàn)入庫狀態(tài)、使用狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)智能化管控。

(3) 智能閉鎖：智能接地裝置實(shí)時(shí)顯示接地監(jiān)測狀態(tài)和預(yù)警信息，可通過手機(jī)APP 等現(xiàn)代通信手段實(shí)時(shí)遠(yuǎn)方監(jiān)測接地裝置是否懸掛或拆除，可與防誤閉鎖裝置結(jié)合進(jìn)行防誤閉鎖，徹底杜絕帶接地線合刀閘送電等一類惡性誤操作事故。

4 結(jié)束語

綜上所述，新開發(fā)的新型智能接地裝置具備了自動監(jiān)測接地狀態(tài)，自動后臺報(bào)警和遠(yuǎn)程管理及操控功能，為一線作業(yè)人員的安全生產(chǎn)提供了更加可靠、安全的作業(yè)環(huán)境，也為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代技術(shù)管理開辟了新的思路與實(shí)踐案例，更為電力安全工器具的升級換代打開了探索與實(shí)踐之路，具有現(xiàn)實(shí)意義和廣闊前景。江蘇省檢修公司將智能接地線掛接在導(dǎo)線上試用一段時(shí)間，試用單位反應(yīng)良好。在此基礎(chǔ)上，目前正在推廣該智能接地線的使用，逐步推動接地線革新。