220kV接地线电动收线装置设计与应用实践.docx

220kV接地线电动收线装置设计与应用实践摘要：22OkV线路检修工作结束等待复电时，需要将出线平台避雷器间隔处所搭设一组三相短路接地线拆除并收回。因接地线重量较大、软铜线较长，收线过程费时费力，影响设备复电时效性。为了解决接地线收线费时费力的问题，笔者提出设计一种220kV三相短路接地线电动收线装置。该装置通过交流电机驱动夹具带动绝缘杆旋转，实现电动收线目的。该装置提高了人员收线工作效率，劳动强度得到降低，可为同行业运维人员接地线收线工作提供相关借鉴和参考。关键词：开关站；线路；接地线；绝缘杆；收线；夹具；滑轨0引言接地线作为电力线路检维修过程中保障人身安全的重要技术措施,广泛用于发电厂升压站、变电站，按其型式可分为三相短路接地线和分相式接地线。目前发电厂常用接地线电压等级有6kV、15.75kV.35kV.IlOkV及220kV,接地线在使用过程中，因电压等级、软铜线长度不同时其整体重量不同。发电厂位于上游河段，电站正常蓄水位760米，总库容21.4亿立方米，电站额定水头116米，装机容量5x250+30MW,在电网中肩负着调峰、调控主力发电厂的重任。发电建厂至今已40余年,是水电厂内设备种类最多、接线方式最复杂的老厂。该厂现有六回220kV线路,线路遇检修工作进行停电操作时往往需要在出线平台避雷器间隔处搭设一组三相短路接地线作为与系统间的安全措施；而当线路检修工作结束等待复电时，需要将出线平台避雷器间隔处所搭设一组三相短路接地线拆除。接地线拆除后回收整理时，需将软铜线均匀缠绕在绝缘杆上，且不能有松动，同时要避免打结损伤软铜线，因接地线重量较大、软铜线较长，在无法借助其他工具情况下，收线工作非常困难。同时，企业通过调度机构所下发关于提高设备操作准时性通知得知，22OkV线路复电接地线拆除时间标准为15mino从线路更电接地线拆除流程图（图1）可看出，该操作分为指令接收、操作票填写、接地线拆除、收线、工具回收及汇报六个流程，目前，指令接收和操作票填写以及接地线拆除等流程已通过相应技术手段将时间控制在最低范围。但接地线收线始终采取人工收线方式，效率极其低下，这一难题在企业内一直未能解决。图1操作模拟图1220kV三相短路接地线人工收线存在的问题22OkV三相输电线路检修工作结束后，需将所搭设一组三相短路接地线拆除并回收，全面检查无遗漏后汇报调度线路工作结束，具备复电条件。而220kV三相短路接地线使用完毕后需将其软铜线均匀缠绕在绝缘杆上，且不能有松动，同时要避免打结损伤软铜线，这一过程较为费时费力。笔者经过调查发现，水电站运维工作人员在日常22OkV线路复电工作中，三相短路接地线收线用时数据见表Io表1接地线收线用时表220kV三相短路按地线收线操作用时统计表测试时间测试人员测试掇平均用时(min)测试时间测试人员测试次敛平均用时(min)2021.3.1郑XX108.52021.3.11郑XX107.52021.3.2王XX108.02021.3.12王XX107.62021.3.3范XX107.52021.3.13范XX107.52021.3.4Kxx108.52021.3.14Kxx108.42021.3.5Sxx108.52021.3.15雷XX108.52021.3.6徐XX107.52021.3.16徐XX108.02021.3.7吴XX107.62021.3.17具XX107.52021.3.8李XX107.52021.3.18季XX108.52021.3.9项XX108.42021.3.19项XX108.52021.3.10施XX108.32021.3.20施XX108.1平均(HIin)8.02调度机构在2021年度下发关于提高设备操作准时性通知中明确指出，220kV线路复电接地线拆除时间标准为15mino为进一步验证接地线收线时间对接地线拆除整个过程的影响程度，笔者通过进一步调查发现，在220kV线路复电接地线拆除整个流程中，各分项目用时数据见表2。表2地线拆除各流程耗时表小tin目a*BI4*iteMom0ft*三W9xeflImb>2hb21a综合上述数据可知，22OkV三相短路接地线平均收线时间为8分钟，接地线拆除整个流程花费时间为21分钟,但电网公司2020年度所下发关于提高设备操作准时性通知中明确指出将22OkV线路更电接地线拆除时间标准制定为15分钟，因此，目前情况下接地线拆除操作时效性不满足要求。同时，因指令接收和操作票填写以及接地线拆除等流程己通过前期技术手段将时间控制在最低范围，因此，当前只能通过改变接地线收线方式以缩短接地线拆除工作整体时间。通过以上分析可以看出，要实现15分钟之内完成接地线拆除工作，必须将接地线收线时间控制在2分钟。2装置设计方案经过现场测试后发现，22OkV三相短路接地线软铜线全长103m,软铜线完整收线时，其共需绕绝缘杆旋转36圈。因此，想要在两分钟内完成接地线收线工作，需提供收线装置带动绝缘杆做同轴转动，实现自动收线，同时装置转动部分与绝缘杆转速需要满足18rmin.因22OkV三相短路接地线收线装置需满足转速218rmin,但从安全性考虑，装置转速又不可过快，综合考虑后，将其转速设定在20rmin左右（因交流电机转速均在1400rmin左右，想实现低转速转动，须通过配合减速箱方可实现）。因此，接地线收线装置动力模块选择交流旋转电机，通过减速装置将其转速降至20rmin左右。绝缘杆与接地线收线装置同为水平放置，通过两侧夹具固定后经传动机构与电机相连接。为了改变软铜线缠绕在绝缘杆上的位置，该收线装置从动夹具设计为滑轨式，装置设计图见图2。图2收线装置设计图3方案实施3.1 交流电机选择经测试发现，带动绝缘杆旋转时所需最小力矩为2Nm,因此收线装置动力模块选择交流输入电压值为220V,转速、扭矩负荷要求的电机即可。对比发现，市场现有的5GN60K型交流电机，功率60W,经过减速之后输出转速23.3rmin,输出力矩5Nm,转轴直径15mm,满足要求。因此，选择型号为5GN60K交流旋转电机。3.2 传动机构选择电机转轴通过联轴器、轴承、轴杆与主动夹具端盖相连接，实现传动效果。结合电机转轴尺寸，选择轴杆尺寸外径为20mm；轴承内径为20mm；联轴器一端内径为15mm与电机转轴相连，另一端内径20mm与轴承轴杆相连接。传动机构各部件型号、尺寸见表3。表3传动机构部件尺寸表序号名称数量（个）尺寸（mm）1联轴器1dl=15mm.d2=20mm.1.=50mm2轴承2d=20mm.D=47mm.h=15mm3轴杆1d=20mm.1.=12mm3.3 主动夹具制作经测量，绝缘杆外径为30mm,主动夹具需满足在三根绝缘杆相切时起到固定绝缘杆的作用，且主动夹具另一端通过螺栓与盖板、传动轴相连接，以满足随电机做同步转动的要求。因主动夹具直接马接地线绝缘杆相接触，而集团公司电力安全工作规程中明确指出接地线绝缘杆不能有连续性磨损现象，因此出于保护绝缘杆不受损伤这一角度来考虑，主动夹具材料使用环氧树脂进行加工制作，其硬度低于绝缘杆，强度又可满足要求。主动夹具加工图纸及实物图见图3。主动夹具制作完成后，经测试三根绝缘杆可同时插入夹具内，且无松脱、滑动现象。图3主动夹具加工图及实物图3.4 从动夹具制作因从动夹具直接与接地线绝缘杆相接触,而集团公司电力安全工作规程中明确指出接地线绝缘杆不能有连续性磨损现象，因此出于保护绝缘杆不受损伤这一角度来考虑，从动夹具材料的选择同主动夹具一样，使用环氧树脂进行加工制作，该材质在硬度和强度方面均满足要求。为方便绝缘杆安装与拆卸，从动侧夹具采用上下开合的设计，由上下两部分组成，夹具上半部分可与下半部分实现闭合与分离。从动夹具一侧设有转轴,上半部分可随转轴开合;另一端上部设有螺栓，下部设有螺孔，用于上下部分连接和固定。从动侧夹具加工完成后，经测试其尺寸与绝缘杆相符合，且安装后绝缘杆可在夹具内做圆周转动。从动夹具加工图纸及实物图见图4。图4从动夹具加工图及实物图3.5 滑轨选择与安装滑轨式底座是为实现改变软铜线缠绕在绝缘杆上的位置这一功能而设计，因其与从动夹具相连接，从动夹具为矩形设计，所以滑轨采用双轨式设计，其稳定性更能满足要求。滑轨安装于从动夹具下方，通过滑动块连接与滑轨实现滑动连接，可保证从动夹具沿滑轨做正向或反向平移运动。滑轨底座通过表面两端设置的轴承座转动连接有从动夹具摇杆，从动夹具摇杆一端外壁设有螺纹，从动夹具下底座底部设有螺母，从动夹具摇杆穿过螺母，且螺母与螺纹相匹配。通过操作从动夹具摇杆，可以使得从动夹具下底座带动滑动块沿着滑轨前后正向行进或逆向行出，从而改变接地线软铜线缠绕在接地线绝缘杆上的长度。滑轨设计图纸见图5。201a-1图5滑轨设计图3.6 装置功能测试220kV三相短路接地线电动收线装置各组件加工制作完成后，按照装配图进行机械部件组装，同时按照交流旋转电机电气接线图（见图6）完成电机电源接线，并完成电机控制箱安装以及电机旋转方向测试。经过测试，电机转向正确，装置各部件工作正常，主动夹具、从动夹具固定绝缘杆随电机做圆周运动，电动收线装置转速稳定在每分钟23转左右。图6交流电机接线图4装置使用情况检验220kV三相短路接地线电动收线装置安装调试完成以后，对工作人员使用其收线操作效果进行测试。为验证装置普遍适用性，安排不同人员分别使用该装置进行接地线收线操作，以此来测试装置的实际应用效果。其测试记录见表4。表4装置收线用时统计表gv三.tell-mCE*l*Xi1MMAOK*>wornKABff0U)30211120HXXM1.7MnUMSXX19MmumIXXNIBIXX21，M2III22建XX1.7XnUM冕XX1。»4»1Il0XXMITuwMXX10X2IIIMBxxW1.7IlM*XXMUXXIJmiUnXXM172021IlMXxxMU3ttlUUAxxIOmum季XX.18加UD攀XXIO173021IlSMXXM1.73T!12M*xx101.7MCI119XXMIl*1纥”MXXIOUmi11A*XXNISMnUM«xx2l刈UMWXX.17QIYWXXM14Mn128AXXW17*1UIlMXX2Il3nUMMXXM143MUHWXXMIl*×xN1.7MUJtXXMIT3ttlUM手蹿MXXM17AMU41IM-XXIOU由上表中数据可以看出，在实际工作中使用220kV三相短路接地线电动收线装置可使接地线平均收线时间降低至1.74分钟，较人工收线平均用时8分钟缩短约6分钟，同时满足接地线收线时间在2分钟之内的要求，22OkV三相短路接地线电动收线装置效果显著。5装置产生的效果5.1 填补行业空白行业内首次针对220kV三相短路接地线收线费时费力问题而设计出的一种电动收线装置，该装置的应用，从根本上改变了行业内22OkV三相短路接地线人工收线时间长、体力消耗大的现状。5.2 装置所产生经济效益220kV三相短路接地线电动收线装置投入使用前，接地线收线操作靠运行人员人工完成，时间长，影响线路供电时间。活动后，用时降低，线路供电时间等效增加，即企业发电效益增加。经济效益计算见表5。表5经济效益计算表活动前活动后220kV三相矩路接侬上自动收线装同投入成本0万元028万元台22OkV三相短路接峨戋自动收线装置投入使用数量。台1台装Sl使用前后线路发电量（按活动前以。基数计算）OkWh3万kWh次线路身回22OkV线路年度操作次数5次5次220kY½数6回6回年度经济效益计SIS-356026-0.28-23.12万元从表中数据可以看出，22OkV三相短路接地线电动收线装置投入使用之后，节约的操作时间可等效为线路发电时间为企业增加发电收益，每次操作可等效增加发电量为3万千瓦时，年度效益增加约23万元。5.3 装置所产生社会效益220kV三相短路接地线电动收线装置投入使用后，降低了220kV线路恢复送电操作时间，等效增加了企业发电量，使企业能够为社会提供更多清洁安全高效的电能；同时，该套220kV三相短路接地线电动收线装置可在流域兄弟单位内广泛推广使用，同时不断完善、改进其使用效果，向行业内进行推广，以提升电力运维人员在接地线收线中的工作效率。6结语220kV线路复电操作是水电厂运行人员基础工作之一，在保证倒闸操作正确率的前提下提高操作效率对运行工作具有重要意义。文章针对220kV线路复电操作流程中接地线收线用时较长且体力消耗较大的问题进行逐步分析，提出设计、制作一种220kV三相短路接地线电动收线装置的解决措施，该装置投入使用之后使得线路复电流程中接地线收线时间大幅下降，可供同行业运行工作人员作为参考，以提高线路倒闸操作效率，保证线路更电时效性，提升运行人员工作效能，为电厂带来经济效益。参考文献1张毓昊.乌江渡发电厂接地线搭设效率低的原因分析及处理J红水河，2020,39（4）：92-95.郑攀登,机组倒闸操作耗时较长原因分析及处理J.红水河，2022,41（2）：121-124.周锦宏.35kV及以上接地线卷扬装置研制J.广西电力，2014,37（6）：44-46.赵宏飞.100OkV接地线收放装置的设计.集成电路应用，2020,10（4）：217-218.徐伟.IOkV配网接地线新式辅助绕线架研制J.中国科技信息，2019,17（24）：60-63.附参考资料：带你全面了解“接地线”，别以为地线可有可无什么是地线？地线，又称避雷线，是指用来将电流引入大地的导线;电气设备漏电时，电流通过地线进入大地。地线的符号是E（Earth1.可分为供电地线、电路地线两种。按我国现行标准，GB2681中第三条依导线颜色标志电路时，一般应该是相线一A相黄色，B相绿色，C相红色。零线一淡蓝色，地线是黄绿相间，如果是三孔插座，左边是零线，中间（上面）是地线，右边是火线。公共场所（户内）用电设施建设及运行安全规程432.1：“广告灯箱、照明灯具等的底座等均应通过保护接地装置可靠接地简单的说：接地线是电气保护中的一种方式。它的作用是当你的电器设备漏电或感应带电时能够快速通过接地线将电流引入大地从而使设备外壳不再带电,从而保证了人员后设备的安全。例如：照明灯具等由于绝缘性能不好或使用环境潮湿,会导致其外壳带有一定静电，严重时会发生触电事故。为了避免出现的事故可在电器的金属外壳上面连接一根电线,将电线的另一端接入大地，一旦电器发生漏电时接地线会把静电带入到大地释放掉。另外对于电器维修人员在使用电烙铁焊接电路时，有时会因为电烙铁带电而击穿损坏电器中的集成电路，这一点比较重要。使用电脑的朋友有时也会忽略主机壳接地，其实给电脑主机壳接根地线，在一定程度上可以防止死机现象的出现。在电力系统中接地线：是为了在己停电的设备和线路上意外地出现电压时保证工作人员的重要工具。按部颁规定,接地线必须是25mm2以上裸铜软线制成。在电器中：接地线就是接在电气设备外壳等部位及时的将因各种原因产生的不安全的电荷或者漏电电流导出的线路。通俗点说：接地可以防止用电设备表面的静电或漏电对人造成点击伤害，大功率电器尤其需要注意。地线有什么作用？接地线的作用是为了避免家用发生漏电时对人体的伤害而接的；把有可能带电金属壳上的电引到大地中，以免人触到发生触电事故。如果不接地，一旦设备发生漏电现象，人碰到带电体，就有可能发生触电事故。家用电接地线是保护人身安全的，防止家用电器漏电后人身触电。不能防雷。地线有两种接地，分别是系统接地和保护接地。系统接地的任务是建立零电位参考点；保护接地的任务是保护人身安全。对于保护接地，它的任务是：A）提供设备与接地体之间的的低阻抗连接，由此也降低了人身电击伤害的危险；B）给接地故障电流提供返回电源的低阻抗通路，使熔断器或断路器得以动作。注意1：在TN系统下，单相接地故障电流被放大为相对N的短路电流，因此过电流保护装置能够执行保护操作；注意2：我们来看上图中左下角的两张图。左图中，我们看到当发生单相接地故障时，由于地线的电阻远远小于人体的接触电阻，因此流过人体的电流被极大地减小了；右图中，系统未接接地线，因此当发生单相接地故障时，人体由于接触到了相电压，因此受到电击伤害的可能性极大。C）给雷电感应电流提供低阻抗的对地泄放通路（RCD一有效保障公众用电安全的利器：在家庭装修中哪些地方应该有漏电保护?很多人都知道漏电保护器、漏电开关，这些都是比较旧的说法，现在标准的叫法应该是剩余电流动作保护器，简称RCD0不接地线可能会导致哪些后果？答：可能出现人身伤害事故。若电饭锅的金属外壳有接地，则当发生单相接地故障时，RCD和主开关都会跳闸保护，当然，主开关的保护电流会更大一些。若电饭锅的金属外壳未接地，则当发生单相接地故障时，RCD和主开关都不会跳闸保护，因而可能发生人身伤害事故。电器设备的绝缘被损坏，外壳带电，当人接触设备外壳时，电流会流入人体，危及人的生命安全。如果设备外壳接了地线，泄漏的电流就通过地线流入了大地，人体接触外壳也就没有危险了。只是地线与大地连接是要做地极的，而且要求地线与大地的接地电阻值不应大于4。如果接地电阻值大于4,人体接触漏电设备的时候还是有危险的。家庭做地极不是那么容易的事情,所以好多人就在潮湿的地方用1米5左右的镀锌角铁打入地下，再引出线到室内就可以了。也有人将接地线连接到能可靠与大地相接触的金属管线如自来水管上，这些方法虽然不符合规范，但比没有保护要好。还有人在墙上打一颗钉子接线，这只能释放设备上的静电积聚，不能起保护作用。如仪器仪表电脑等精密设备有静电的时候也会影响设备的正常工作，就可以接地线释放静电，这根地线就只要与房屋的墙壁或者地板接触就可以了。怎样检测家里是否接了地线？方法1：只要看看入户处是否有地线即可。方法2：把RCD的输出端相线快速对地短接一下，看看RCD是否动作。若没有接地线,或者未做好接地线路i,则RCD不会动作。接地方式有哪些？接地的类型和作用不同的电路有不相同的接地方式，电子电力设备中常见的接地方式有以下几种：1、安全接地安全接地即将高压设备的外壳与大地连接。一是防止机壳上积累电荷，产生静电放电而危及设备和人身安全，例如电脑机箱的接地，油罐车那根拖在地上的尾巴，都是为了使积聚在一起的电荷释放，防止出现事故；二是当设备的绝缘损坏而使机壳带电时，促使电源的保护动作而切断电源，以便保护工作人员的安全，例如电冰箱、电饭煲的外壳。三是可以屏蔽设备巨大的电场，起到保护作用，例如民用变压器的防护栏。2、防雷接地当电力电子设备遇雷击时，不论是直接雷击还是感应雷击，如果缺乏相应的保护，电力电子设备都将受到很大损害甚至报废。为防止雷击，我们一般在高处（例如屋顶、烟囱顶部）设置避雷针与大地相连，以防雷击时危及设备和人员安全。安全接地与防雷接地都是为了给电子电力设备或者人员提供安全的防护措施，用来保护设备及人员的安全。工作接地是为电路正常工作而提供的一个基准电位。这个基准电位一般设定为零。该基准电位可以设为电路系统中的某一点、某一段或某一块等。当该基准电位不与大地连接时，视为相对的零电位。但这种相对的零电位是不稳定的，它会随着外界电磁场的变化而变化，使系统的参数发生变化，从而导致电路系统工作不稳定。当该基准电位与大地连接时，基准电位视为大地的零电位，而不会随着外界电磁场的变化而变化。但是不合理的工作接地反而会增加电路的干扰。负荷4、信号信号地是各种物理量信号源零电位的公共基准地线。由于信号一般都较弱，易受干扰,不合理得接地会使电路产生干扰，因此对信号地的要求较高。5、模拟地模拟地是模拟电路零电位的公共基准地线。模拟电路中有小信号放大电路，多级放大,整流电路，稳压电路等等，不适当的接地会引起干扰，影响电路的正常工作。模拟电路中的接地对整个电路来说有很大的意义，它是整电路正常工作的基础之一。所以模拟电路中合理的接地对整个电路的作用不可忽视。6、数字地数字地是数字电路零电位的公共基准地线。由于数字电路工作在脉冲状态，特别是脉冲的前后沿较陡或频率较高时，会产生大量的电磁波干扰电路。如果接地不合理，会使干扰加剧，所以对数字地的接地点选择和接地线的敷设也要充分考虑。7、电源地电源地是电源零电位的公共基准地线。由于电源往往同时供电给系统中的各个单元，而各个单元要求的供电性质和参数可能有很大差别，因此既要保证电源稳定可靠的工作，又要保证其它单元稳定可靠的工作。电源地一般是电源的负极。8、功率地功率地是负载电路或功率驱动电路的零电位的公共基准地线。由于负载电路或功率驱动电路的电流较强、电压较高，如果接地的地线电阻较大，会产生显著的电压降而产生较大的干扰，所以功率地线上的干扰较大。因此功率地必须与其它弱电地分别设置，以保证整个系统稳定可靠的工作。地线安装（I）挂接地线时：先连结接地夹，后接接电夹；拆除接地线时，必须按程序先拆接电夹，后拆接地夹。（2）安装：将接地软铜线分相上双眼铜鼻子固定在接地棒上的接电夹（接电夹有固定式和活动式）相应位置上，将接地线合相上的单眼铜鼻子固定在接地夹或地针上，构成一套完整的接地线。（3）核实接地棒的电压等级与操作设备的电压等级是否一致。（4）接地软铜线有分相式和组合式，接地棒有平口式和双簧钩式线夹。地线维护1、使用携带型短路接地线前，应先验电确认已停电，在设备上确认无电压后进行。先将接地线夹连接在接地网或扁铁件上,然后用接地操作棒分别将导线端线类拧紧在设备导线上。拆除短路接地线时，顺序正好与上述相反。2、装设的短路接地线，它和带电设备的距离，考虑到接地线摆的影响，其安全距离应不小于电力安全工作规程新规定的数值。严禁不用线夹而用缠绕的方法进行接地短路。3、悬挂点如有接地点，应用接地线夹或专用铜棒作接地连接;如无固定接地点可利用;则可用临时接地点，接地极埋入地下深度应不小于06m.4、携带型短路接地线应妥善保管。每次使用前，均应仔细检查其是否完好，软铜线无裸露，螺母不松脱，否则不得使用。5、携带型短路接地线检验周期为每五年一次，检验项目同出厂检验。经试验合格的携带型短路接地线在经受短路后，应根据经受短路电流大小和外观检验判断，一般应予报废。注意事项1、省公共场所（户内）用电设施建设及运行安全规程6.2.3巡视内容如下：f）接地（等电位联结）装置的巡视应包括以下项目：D接地线和接地体连接是否可靠，接地线绝缘保护套是否破损，接地线有无外露、严重锈蚀；2）专用接地铜排和端子、箱体是否可靠接地，接地标识是否清晰。