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(gè)人保安線在實(shí)際應(yīng)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(yùn)維檢修工作效率,還威脅運(yùn)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(gè)人保安線。

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

本文在前人研究的基礎(chǔ)上,針對(duì)個(gè)人保安線存在的問題,通過簡化正在使用的個(gè)人保安線結(jié)構(gòu),研制輸電線路新型簡式個(gè)人保安線。

1 研制輸電線路新型簡式個(gè)人保安線

1.1 優(yōu)化個(gè)人保安線線路

個(gè)人保安線主要由夾頭、保安線線路和接地夾組成。在實(shí)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(gè)人安全帶上,另一端則通過夾頭和三個(gè)安保鉗固定在支撐結(jié)構(gòu)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(jìn)行連接[7]。其接線原理如圖1所示。

圖1 個(gè)人保安線接線原理圖

由圖可知,個(gè)人保安線任意一邊存在電流外泄問題,就會(huì)危及輸電線路檢修人員安全。而在檢修過程中,個(gè)人保安線過長,會(huì)迫使檢修人員耗費(fèi)大量精力整理保安線線路,且在整理過程中,極可能因?yàn)榫€路過長碰上輸電線路,產(chǎn)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(gè)人保安線線路存儲(chǔ)裝置的基礎(chǔ)上,設(shè)置可調(diào)式個(gè)人保安線線路,縮短線路長度,增強(qiáng)線路絕緣性能。

在現(xiàn)有個(gè)人保安線基礎(chǔ)上,在接近接地夾的位置安裝線路調(diào)節(jié)裝置,如圖2所示。將個(gè)人保安線線路連接在線路調(diào)節(jié)裝置上,并與個(gè)人保安線接地夾相連接。通過調(diào)節(jié)裝置上的轉(zhuǎn)向控制開關(guān)、方向轉(zhuǎn)子和線程控制開關(guān),可以調(diào)整個(gè)人保安線線路轉(zhuǎn)動(dòng)方向。裝置單向最大尺寸僅有10 cm,質(zhì)量為1 kg(不包含個(gè)人保安線線路質(zhì)量),將其安裝在個(gè)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(diào)節(jié)個(gè)人保安線線路。

圖2 個(gè)人保安線線路調(diào)節(jié)裝置

此外,還需要計(jì)算輸電線路接地等效電阻,判斷個(gè)人保安線線路絕緣情況,以便決定是否需要進(jìn)一步封閉個(gè)人保安線線路,提高線路絕緣性能。根據(jù)圖1所示的個(gè)人保安線接線原理圖,假設(shè)土壤電阻率為γ,則輸電線路接地等效電阻R計(jì)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(gè)人保安線路導(dǎo)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(diào)節(jié)易拆式導(dǎo)線夾頭結(jié)構(gòu)

易拆式夾頭結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 易拆式夾頭結(jié)構(gòu)

依據(jù)圖3可知,可以通過調(diào)節(jié)螺釘給夾頭的后端部兩側(cè)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(shí)產(chǎn)生的應(yīng)力較小,因此可以采用自動(dòng)劃分網(wǎng)格的方式對(duì)模型進(jìn)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(cè)向夾力,F3、F4為觸發(fā)桿側(cè)向夾力,F5為夾頭合力。依據(jù)圖4可知,一個(gè)較小的向上力,會(huì)被分解為幾個(gè)較大的水平力。由于這些較大的水平力會(huì)產(chǎn)生更大的力矩,導(dǎo)致夾頭向下施加壓力,從而使線夾上端轉(zhuǎn)動(dòng)、靠攏,使得開合轉(zhuǎn)軸點(diǎn)O處的彈簧受力,進(jìn)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(zhì)量越大,其使用越不方便,會(huì)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(shí)驗(yàn)和數(shù)據(jù)分析,評(píng)估夾頭在不同參數(shù)設(shè)置下的性能和效果,進(jìn)而確定最佳的夾頭結(jié)構(gòu)。在這種情況下,通過固定夾頭寬度、厚度、長度中的任意兩個(gè)變量,依次調(diào)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(jié)構(gòu)達(dá)到最佳。

1.3 設(shè)計(jì)個(gè)人保安線接地夾

針對(duì)現(xiàn)有個(gè)人保安線接地夾存在的易脫落、操作復(fù)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(gè)人保安線接地夾基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)新型簡式個(gè)人保安線接地夾,如圖5所示。

圖5 新型簡式個(gè)人保安線接地夾

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

為了降低接地夾對(duì)輸電線路的閉鎖度,需要調(diào)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(yùn)維檢修人員可以根據(jù)所處位置,連續(xù)調(diào)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(duì)輸電線路進(jìn)行維修。

圖6 接地夾導(dǎo)線掛鉤和絕緣操作桿調(diào)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(diǎn)A,絕緣操作桿與接地夾的連接點(diǎn)B,接地夾與輸電線路的連接點(diǎn)C,組成一個(gè)ΔABC,則三個(gè)夾角α、θ、β之間的關(guān)系,可以用式(2)表示:

α+θ+β=180°

(2)

基于圖6所示的接地夾導(dǎo)線掛鉤和絕緣操作桿調(diào)節(jié)角度,對(duì)接地夾與輸電線路之間的夾角進(jìn)行限制,一旦α=90°,接地夾與輸電線路的連接點(diǎn)C就會(huì)斷開,導(dǎo)致接地夾處于懸掛在輸電線路上的狀態(tài),使α≠90°;當(dāng)θ=90°,此時(shí)α+β=90°。根據(jù)三角內(nèi)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(gè)人保安線接地夾設(shè)計(jì)。

綜合上述易拆式夾頭、個(gè)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(gè)人保安線研制。研制結(jié)果與現(xiàn)有保安線對(duì)比結(jié)果如圖7所示。

圖7 新舊簡式個(gè)人保安線對(duì)比

如圖7所示,與現(xiàn)有個(gè)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(zhuǎn)動(dòng)拉桿調(diào)節(jié)鉗夾力度,個(gè)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(dǎo)電危險(xiǎn)。

2 應(yīng)用效果測試

為了驗(yàn)證本文研制的新型簡式個(gè)人保安線實(shí)際應(yīng)用效果,選取某城市的個(gè)人保安線檢驗(yàn)中心,檢測新型簡式個(gè)人保安線接地夾掛設(shè)成功率、夾頭夾持力和個(gè)人保安線線路絕緣性。

2.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

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

圖8 個(gè)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(qū)動(dòng)電源、相關(guān)支架和精密電子天平組成夾頭夾持力測試平臺(tái),如圖9所示。

圖9 夾頭夾持力測試平臺(tái)

2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

依據(jù)圖8所示的個(gè)人保安線接地夾測試環(huán)境,采用本文研制的新型簡式個(gè)人保安線掛設(shè)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(dòng)移除。

1)讓新型簡式個(gè)人保安線接地夾處于掛設(shè)狀態(tài),采用圖9所示的夾頭夾持力測試平臺(tái),檢測保安線線路電場強(qiáng)度,驗(yàn)證線路絕緣性,其實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖10所示。

圖10 線路電場強(qiáng)度

新型簡式個(gè)人保安線線路電場強(qiáng)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(qiáng)度越高,新型簡式個(gè)人保安線線路越接近夾頭,線路的電場強(qiáng)度越低,這一規(guī)律與輸電線路檢修過程中,新型簡式個(gè)人保安線夾頭和接地夾的作用有關(guān)。接地夾主要用于檢測感應(yīng)電壓;夾頭用于檢測輸電線路電氣設(shè)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(qiáng)度要高于夾頭。此次優(yōu)化的線路因?yàn)橹匦抡{(diào)整了線路的絕緣子,增強(qiáng)了線路的絕緣性能,所以線路所需承受的電場強(qiáng)度低于14 MV/m,且分布較為均勻。

2)測試新型簡式個(gè)人保安線夾頭夾持力。使用壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源,調(diào)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(qū)動(dòng)電壓作用下,檢測新型簡式個(gè)人保安線夾頭隨著時(shí)間變化的輸出力,檢測結(jié)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(gè)鉗指輸出力。由圖可知,輸電線路傳輸?shù)碾妷弘S著時(shí)間增加而增加,且夾頭的輸出力具有重復(fù)性特征,每隔200 V,夾頭的輸出力都能達(dá)到5.2 N,則2個(gè)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(shí)際運(yùn)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(gè)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(jié)束語

本文在現(xiàn)有個(gè)人保安線基礎(chǔ)上,通過優(yōu)化、調(diào)節(jié)個(gè)人保安線各個(gè)部位的結(jié)構(gòu),研制出新型簡式個(gè)人保安線,增強(qiáng)了個(gè)人保安線的實(shí)際應(yīng)用效果。獲得的實(shí)際應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)為:對(duì)夾頭進(jìn)行應(yīng)力分析,對(duì)夾頭尺寸參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化,可以避免材料的浪費(fèi);在接近接地夾的位置,安裝線路調(diào)節(jié)裝置,可以縮短線路長度,增強(qiáng)線路絕緣性能;通過計(jì)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(hù)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(qiáng)線路的絕緣安全性。

由于本文研制的個(gè)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(fù)性誤差,使得夾頭夾持力不再隨著傳輸電壓的變化而變化。