洪行軍,梁加凱,申 剛,楊 博,施文華

(金華送變電工程有限公司,浙江 金華 321001)

現(xiàn)有個人保安線在實際應用中,存在絕緣繩臟污、纏繞造成的使用不方便、絕緣繩不絕緣、接地夾上的銅線脫落等問題[1-2],不僅降低輸電線路運維檢修工作效率,還威脅運維檢修人員生命安全[3]。因此,迫切需要研制更安全的新型輸電線路個人保安線。

文獻[4]對現(xiàn)有個人保安線存在的問題進行了分析,根據(jù)分析結果,消除了個人保安線使用過程中存在的各種安全隱患。文獻[5]從現(xiàn)有個人保安線使用安全方面著手,通過提醒輸電線路運維檢修人員停止檢修避免惡性事故的發(fā)生。文獻[6]從個人保安線的接地夾結構著手,提高了輸電線路運維檢修人員的工作效率。

本文在前人研究的基礎上,針對個人保安線存在的問題,通過簡化正在使用的個人保安線結構,研制輸電線路新型簡式個人保安線。

1 研制輸電線路新型簡式個人保安線

1.1 優(yōu)化個人保安線線路

個人保安線主要由夾頭、保安線線路和接地夾組成。在實際使用過程中,根據(jù)輸電線路的數(shù)量,保安線一端連接在個人安全帶上,另一端則通過夾頭和三個安保鉗固定在支撐結構上。這些安保鉗可以牢固地夾住輸電線路,確保保安線與輸電線路之間的連接牢固可靠,另一頭的保安線則連接著接地夾,用于將保安線與大地進行連接[7]。其接線原理如圖1所示。

圖1 個人保安線接線原理圖

由圖可知,個人保安線任意一邊存在電流外泄問題,就會危及輸電線路檢修人員安全。而在檢修過程中,個人保安線過長,會迫使檢修人員耗費大量精力整理保安線線路,且在整理過程中,極可能因為線路過長碰上輸電線路,產生其他不利影響,甚至引發(fā)事故[8-9]。因此,需要在現(xiàn)有個人保安線線路存儲裝置的基礎上,設置可調式個人保安線線路,縮短線路長度,增強線路絕緣性能。

在現(xiàn)有個人保安線基礎上,在接近接地夾的位置安裝線路調節(jié)裝置,如圖2所示。將個人保安線線路連接在線路調節(jié)裝置上,并與個人保安線接地夾相連接。通過調節(jié)裝置上的轉向控制開關、方向轉子和線程控制開關,可以調整個人保安線線路轉動方向。裝置單向最大尺寸僅有10 cm,質量為1 kg(不包含個人保安線線路質量),將其安裝在個人保安線接地夾的絕緣操作桿上,既可以避免觸電事件的發(fā)生,也方便輸電線路檢修人員調節(jié)個人保安線線路。

圖2 個人保安線線路調節(jié)裝置

此外,還需要計算輸電線路接地等效電阻,判斷個人保安線線路絕緣情況,以便決定是否需要進一步封閉個人保安線線路,提高線路絕緣性能。根據(jù)圖1所示的個人保安線接線原理圖,假設土壤電阻率為γ,則輸電線路接地等效電阻R計算公式如下:

(1)

式中:d為接地體直徑,r為線路螺絲環(huán)半徑,L為接地體長度。依據(jù)式(1)得到的輸電線路接地等效電阻值,可以將柱式絕緣子安裝在個人保安線路導體的中心位置,以隔離和阻斷輸電線路上存在的電流。

1.2 建立分析模型調節(jié)易拆式導線夾頭結構

易拆式夾頭結構如圖3所示。

圖3 易拆式夾頭結構

依據(jù)圖3可知,可以通過調節(jié)螺釘給夾頭的后端部兩側施加約束。在輸電線路檢修過程中,由于輸電線路檢修人員使用夾頭時產生的應力較小,因此可以采用自動劃分網(wǎng)格的方式對模型進行夾頭受力分析,如圖4所示。

圖4 夾頭受力分析

圖4中的F1、F2為支撐桿側向夾力,F3、F4為觸發(fā)桿側向夾力,F5為夾頭合力。依據(jù)圖4可知,一個較小的向上力,會被分解為幾個較大的水平力。由于這些較大的水平力會產生更大的力矩,導致夾頭向下施加壓力,從而使線夾上端轉動、靠攏,使得開合轉軸點O處的彈簧受力,進而打開線夾。夾頭越長、越窄、越薄,夾頭位移越大,鉗尖的夾持力越小;反之,夾頭位移越小,鉗尖的夾持力越大。但是,夾頭的質量越大,其使用越不方便,會增大輸電線路檢修人員的工作難度。因此,在夾頭模型中,通過多次實驗和數(shù)據(jù)分析,評估夾頭在不同參數(shù)設置下的性能和效果,進而確定最佳的夾頭結構。在這種情況下,通過固定夾頭寬度、厚度、長度中的任意兩個變量,依次調整夾頭頂端(圖4中黑框圈出部分)的寬度、厚度、長度為8 mm、7 mm和6 cm,從而促使夾頭結構達到最佳。

1.3 設計個人保安線接地夾

針對現(xiàn)有個人保安線接地夾存在的易脫落、操作復雜、連接穩(wěn)定性差、使用不便、易損壞輸電線路等問題,在現(xiàn)有個人保安線接地夾基礎上,設計新型簡式個人保安線接地夾,如圖5所示。

圖5 新型簡式個人保安線接地夾

從圖5可以看出,設計的新型簡式個人保安線接地夾,在現(xiàn)有個人保安線接地夾基礎上增加了防彎抗拉彈簧保護管,避免接地端夾頭的壓接處外層皮套因外力因素自動滑脫,導致銅絲外露,且此次在個人保安線接地夾上增加的定位銷,較原有個人保安線接地夾定位銷長度增加了20 mm。通過設置突出部分,限制傳動桿和閉鎖桿的活動區(qū)域,可以避免傳動桿和閉鎖桿活動范圍過大,降低輸電線路閉鎖度。

為了降低接地夾對輸電線路的閉鎖度,需要調整接地夾的輸電線路掛鉤和絕緣操作桿之間的夾角,如圖6所示。輸電線路運維檢修人員可以根據(jù)所處位置,連續(xù)調整輸電線路吊鉤和絕緣操作桿的夾角,使接地夾輸電線路吊鉤掛在輸電線路上,以便維修人員對輸電線路進行維修。

圖6 接地夾導線掛鉤和絕緣操作桿調節(jié)角度

圖6中,輸電線路與接地夾的絕緣操作桿夾角為α,輸電線路與接地夾的夾角為θ,接地夾與絕緣操作桿的夾角為β。絕緣操作桿的延長線與輸電線路的連接點A,絕緣操作桿與接地夾的連接點B,接地夾與輸電線路的連接點C,組成一個ΔABC,則三個夾角α、θ、β之間的關系,可以用式(2)表示:

α+θ+β=180°

(2)

基于圖6所示的接地夾導線掛鉤和絕緣操作桿調節(jié)角度,對接地夾與輸電線路之間的夾角進行限制,一旦α=90°,接地夾與輸電線路的連接點C就會斷開,導致接地夾處于懸掛在輸電線路上的狀態(tài),使α≠90°;當θ=90°,此時α+β=90°。根據(jù)三角內角和定理,接地棒和接地夾之間的夾角β控制在[-90°,90°],輸電線路與絕緣操作桿之間的夾角α控制在[0°,180°]。至此完成新型簡式個人保安線接地夾設計。

綜合上述易拆式夾頭、個人保安線線路和接地端夾頭三部分,完成輸電線路新型簡式個人保安線研制。研制結果與現(xiàn)有保安線對比結果如圖7所示。

圖7 新舊簡式個人保安線對比

如圖7所示,與現(xiàn)有個人保安線相比,新型保安線的易拆式夾頭通過彈性壓力片和轉動拉桿調節(jié)鉗夾力度,個人保安線線路通過接地端夾頭和絕緣抓手與易拆式夾頭相連,提高了使用的安全性和簡潔性,避免了絕緣繩纏繞臟污造成的導電危險。

2 應用效果測試

為了驗證本文研制的新型簡式個人保安線實際應用效果,選取某城市的個人保安線檢驗中心,檢測新型簡式個人保安線接地夾掛設成功率、夾頭夾持力和個人保安線線路絕緣性。

2.1 實驗準備

在個人保安線接地夾測試環(huán)境中,測試新型簡式個人保安線接地夾掛設成功率。具體測試環(huán)境如圖8所示。

圖8 個人保安線接地夾測試環(huán)境

測試過程中,選擇絕緣檢測儀、壓電陶瓷驅動電源、相關支架和精密電子天平組成夾頭夾持力測試平臺,如圖9所示。

圖9 夾頭夾持力測試平臺

2.2 實驗結果

依據(jù)圖8所示的個人保安線接地夾測試環(huán)境,采用本文研制的新型簡式個人保安線掛設輸電線路。共有10條6.3～1 000 kV線路,每條線路安裝20次,共200次。每次安裝成功后,需要手動移除。

1)讓新型簡式個人保安線接地夾處于掛設狀態(tài),采用圖9所示的夾頭夾持力測試平臺,檢測保安線線路電場強度,驗證線路絕緣性,其實驗結果如圖10所示。

圖10 線路電場強度

新型簡式個人保安線線路電場強度是由接地夾向夾頭方向測試。從圖10可以看出,離接地夾越近,線路的電場強度越高,新型簡式個人保安線線路越接近夾頭,線路的電場強度越低,這一規(guī)律與輸電線路檢修過程中,新型簡式個人保安線夾頭和接地夾的作用有關。接地夾主要用于檢測感應電壓;夾頭用于檢測輸電線路電氣設備是否處于斷電狀態(tài)。因此,在正常情況下,接地夾的電場強度要高于夾頭。此次優(yōu)化的線路因為重新調整了線路的絕緣子,增強了線路的絕緣性能,所以線路所需承受的電場強度低于14 MV/m,且分布較為均勻。

2)測試新型簡式個人保安線夾頭夾持力。使用壓電陶瓷驅動電源,調節(jié)輸電線路傳輸?shù)碾妷?。在測試過程中,每隔5 s提高10 V輸電線路傳輸電壓,最高電壓為500 V。在驅動電壓作用下,檢測新型簡式個人保安線夾頭隨著時間變化的輸出力,檢測結果如圖11所示。

圖11 夾頭夾持力

圖中夾頭夾持力為夾頭單個鉗指輸出力。由圖可知,輸電線路傳輸?shù)碾妷弘S著時間增加而增加,且夾頭的輸出力具有重復性特征,每隔200 V,夾頭的輸出力都能達到5.2 N,則2個鉗指的輸出力是2倍的夾頭輸出力,為10.4 N。由于輸電線路在實際運行中,電壓一直處于均衡狀態(tài),不存在電壓不斷增加的問題,因此新型簡式個人保安線夾頭夾持力為10.4 N,可以滿足輸電線路檢修需求。

3 結束語

本文在現(xiàn)有個人保安線基礎上,通過優(yōu)化、調節(jié)個人保安線各個部位的結構,研制出新型簡式個人保安線,增強了個人保安線的實際應用效果。獲得的實際應用經驗為:對夾頭進行應力分析,對夾頭尺寸參數(shù)進行優(yōu)化,可以避免材料的浪費;在接近接地夾的位置,安裝線路調節(jié)裝置,可以縮短線路長度,增強線路絕緣性能;通過計算輸電線路接地等效電阻,能夠判斷線路絕緣情況;增加防彎抗拉彈簧保護管和定位銷,將接地棒和接地夾之間的角度控制在[-90°,90°],輸電線路與絕緣操作桿角度控制在[0°,180°],有利于增強線路的絕緣安全性。

由于本文研制的個人保安線依然存在一定的不足,在今后的研究中,還需深入研究夾頭存在的重復性誤差,使得夾頭夾持力不再隨著傳輸電壓的變化而變化。