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摘要：当前变电站临时接地线的装设及拆除操作大多采用手动旋转接地杆的方式完成，耗费大量人力及时间。为解决装拆接地线费时费力的问题，设计研制了一种适用于临时接地线操作的新型电动接地操作杆。该操作杆采用直流减速电机作为动力装置，具备正反向旋转以及自动停止功能。当前该产品已得到试用并在部分变电站推广应用，有效提升了变电运行人员操作效率。
关键词：临时接地线;减速电机;电动旋转;接地操作杆;
0 引言
当前变电站值班员在装设或者拆除临时接地线时，采用的操作方式是旋转接地操作杆来旋紧或松开接地头，每相操作需要旋转15-30圈不等。同时，出于安全考虑，变电站值班员需要戴上绝缘手套进行临时接地线的装设或拆除操作，操作难度加大，经常要在每一相操作中途停顿一下再操作，每相操作约需要转动操作杆3分钟，三相操作约需要转动操作杆10分钟，操作多组接地线后手臂会发酸、乏力，甚至手会出现抖动现象，给后续操作带来不安全因素。
为解决临时接地线操作耗费大量人力和时间的问题，本项目研制了一种适用于临时接地线操作的新型电动接地操作杆，设计重点包括三部分：1）可旋转螺旋压紧式接地钳头;2）玻璃纤维绝缘杆及其接地钳头接口;3）电动旋转机构，电机控制回路可实现正转、反转和停转控制功能。现已推出第二代产品，并在部分变电站得到推广应用。
1 电动接地操作杆的预期目标
本文设计研制的电动接地操作杆，预计实现的目标包括：
（1）采用直流减速电机作为动力装置，通过电机正转、反转及停转，可以实现接地杆及接地钳头同步转动，其扭矩足以旋紧或松开接地线夹;
（2）电机控制回路具备防误触碰后自动运行功能、夹紧后自动停止功能;
（3）实现电动操作节省人力、时间，预期目标为一般操作中装设1-2接地线，可以节省10-20分钟，大型操作中，装设3-7组地线，可以节省30-60分钟。
2 设计电动接地操作杆
2.1功能要求
（1）电池组可充电，有过充保护回路，外露控制开关、充电接口具有防水功能;
（2）设置有运行指示灯和电池欠电指示灯;
（3）接地杆能电动操作，并且当接地线夹锁紧到位后电机会自动判断并停止转动，另外，该接地杆也能手动操作;
（4）电机与同轴器连接牢固，垂直线位于同个圆心，装设或拆除临时接地线时稳定可靠。
2.2结构
新型电动接地操作杆由电动旋转工具、普通耐高压绝缘接地杆组成，其中电动旋转工具为手持部分，可以连接通用类型绝缘接地杆，并带动绝缘接地杆转动，实现接地线操作。与第一代产品相比，第二代产品在结构上的改进包括电动旋转工具部分以及电机与动力输出结构的连接部分。
2.2.1电动旋转工具
该新型电动接地操作杆的设计重点及主要功能部件为电动旋转工具，其主要结构如图1所示。电动旋转工具包括电源组件、壳体、减速电机、固定套筒、动力输出筒和换向开关。壳体相对设置有第一端和第二端。电源组件与第一端固定连接。减速电机远离输出轴的一端沿第二端伸入壳体并固定，并与电源组件电连接。减速电机设置于固定套筒内，并通过固定套筒与壳体的第二端固定连接。动力输出筒与减速电机的输出轴固定连接，并与固定套筒远离壳体的一端转动连接。换向开关设置于壳体内，并分别与减速电机和电源组件电连接，用于控制所述减速电机的正反转。
在使用电动旋转操作工具时，工作人员可一只手握住电源组件部分，另一只手握住壳体。同时动力输出筒的输出螺纹与绝缘接地杆相连。工作人员按下电源开关，控制电源组件给减速电机供电，然后再向前按下换向开关，控制减速电机顺时针旋转（即正转），绝缘接地杆被动力输出筒带动，顺时针旋转，即可实现接地钳旋紧。工作人员向后按下换向开关，控制减速电机逆时针旋转（即反转），绝缘接地杆被减速电机带动，逆时针旋转，即可实现接地钳放松，由此辅助人工完成对绝缘杆的旋转工作，提高工作效率。
2.2.2涨套过渡套
涨紧套又称动力锁，在高强度拉力螺栓作用下，在内环与轴之间、外环与外套件之间产生巨大抱紧力，以实现机件与轴的无键联结。涨紧套为标准件。实际应用中，根据轴的尺寸选择涨紧套。但外套件受到应用场景限制，外套件的内径会大于外环的外径。怎样才能使涨紧套与外套件匹配使用是亟待解決的问题。在新型电动接地操作杆第二代产品中，即设计并使用了涨套过渡套，套设于涨紧套和动力输出头之间，以增加电动接地操作杆的动力输出筒与涨紧套连接的牢固性，进而实现接地操作的可靠性。涨套过渡套结构如图2所示。
2.3关键技术点
2.3.1接口设计
电动转动装置与拆卸式接地线夹的接口设计，应满足与市场上常用的拆卸式接地线夹匹配的要求。电动旋转装置的接口，需要与拆卸式接地线夹与电动装置完美对接，要求适用于等径绝缘杆的通用接口。
2.3.2旋转机构设计
采用直流减速电机作为动力旋转机构，力矩应足够旋紧或松开接地线夹，当接地线夹旋转机构电力不足或者发生紧急状况下，可以手动旋转拧紧和拆除接地钳头。另外，电机与接地杆旋转装置应能同轴旋转，不偏心。
设计难点：（1）电机的阻断力矩要适当，既要保证临时接地线能牢靠，又不能力矩过大;（2）同轴器选择要恰当，确保电机和同轴器连接牢靠，否则将造成接地线夹偏转、不同心，接地线操作时会有不稳定现象，接地线夹有可能滑脱。
解决措施：（1）通过力矩测试仪测试将临时接地线线夹夹紧的力矩，在选择电机时选择力矩稍大于测试的力矩值即可，经过反复测试，电机力矩选择28～32N·m;（2）定制加工同轴器，从电机出来后经过联轴器、同轴器连接接地线夹，确保接地杆同心旋转、不偏转。使用专门为第二代电动接地操作杆设计的涨套过渡套，确保动力输出筒连接牢固，接地线操作可靠。 2.3.3控制电路设计
电机控制电路应能实现控制电机正转，反转，停转。同时，还应具备防误触碰后自动运行功能、夹紧后自动停止功能。
2.3.4其它辅助器件选型和加工试制
选择拆卸式接地线夹，定制绝缘杆，设计加工各主要部件之间的连接部件，加工外壳等。
3 电动接地操作杆的测试和应用
3.1 测试
3.1.1测试方案
在变电站备用间隔进行测试，对电机的力矩、线夹接触电阻、充电电池、电机和同轴器固定的稳定度等参数进行校验。具体内容为：
（1）电动接地杆正转、反转、停转功能测试：通过正转和反转模拟装设1组接地线的流程来考核是否能达到预期目标，测试过程顺畅、不卡滞。
（2）夹紧度测试：选用的电机转动力矩为30N·m，通过新型和传统的2种类型的接地杆来装设同一组接地线，接地线夹紧度适中，不损伤导线，线夹和导线接触良好，不松动。
（3）缩减装拆接地线时间测试：通过新型和传统的2种类型的接地杆来装设同一组接地线，进行时间和效率的对比分析，要求达到预期目标。
（4）接触电阻：通过新型和传统的2种类型的接地杆来装设同一组接地线，测试被测试导线通过不同种类接地杆操作接地后的对地电阻值。
3.1.2测试工器具
新型电动接地杆1套，传统接地杆1套，临时接地线1组，万用表1块，秒表1块。
3.1.3测试条件
在110kV备用间隔（未接入电网）开关靠CT侧A相、B相、C相导线进行测试，装设前将接地线都展放好，操作杆都组装完毕;拆除前将操作杆都组装完毕;测试时间是纯装设和拆除的时间。
3.1.4测试结果
测试结果详见表1。装设和拆除临时接地线的操作简单、快捷，传动轴传动情况良好，无卡涩堵转现象，电路控制正常，总体功能符合预期要求，可以大幅度节约操作人员的体力，新型电动接地杆比传统接地杆在装设时省时85.4%;在拆除时省时80.3%。开关机电路和电机控制回路配合良好，装设时可以在锁紧后自动停转，力度适中，既能拧紧又不损伤导线，信号灯指示明确，完全满足现场使用条件。
3.2 创新点
（1）电动接地操作杆。临时接地线由手动旋转方式改为电动方式操作。
（2）操作杆具备自动锁紧功能。操作将线夹夹紧导线后自动停转。
（3）设计旋转筒。将电机、D形孔齿轮、减速器和输出轴可靠地固定起来，确保操作杆同心旋转。
（4）设计涨套过渡套。第一缺口为锯齿结构，径向剪切力部分分解为环向拉力，动力输出头的内壁受力均匀，确保涨紧套和所述动力输出头连接牢固。
与第一代产品相比，第二代新型电动接地操作杆将电动旋转部分设计到近手端，通用性更强。此外，涨紧过渡套的使用，使第二代产品结构更加牢固，确保接地操作更加可靠。同时，第二代取消了遥控器，直接将开关设置于手持电动旋转工具上，无需进行遥控器配对，操作更加便利。
3.3 应用情况
当前已在4个变电站配置本文所设计研制的电动接地操作杆，获得了显著的安全效益和经济效益。
3.3.1安全效益方面
本项目成果可以让临时接地线的操作时间缩短，直接提升操作组的工作效率。对于大型操作，该装置有助于操作组提前30-70分钟完成工作，如果算上送电时拆除接地线所节省的时间，可以节省60-120分钟。停送电时间的缩短以及对人力的节省，保证了操作组执行操作的可靠性，提高了电网的稳定性，具有显著的安全效益。
另外，电动接地操作杆从根本上解决了操作人员手动旋转接地操作过程会出现手臂会发酸、乏力、手会出现抖动现象的问题，避免了举高时力量不支使地线和操作杆倒下碰触带电设备的风险。
3.3.2经济效益方面
电动接地操作杆还具备减少停电时间带来的供电电费营收增加：本文设计研制的电动接地操作杆应用在4个敞开式变电站，每个变电站按每个间隔装设2组接地线，按停送电时间减少1小时计算，每年每个变电站按10个110kV线路间隔、6个220kV线路间隔计算，每个间隔负荷按300A计算，居民电价按0.68元/kWh计算，4个变电站每年可增加供电电费营收：[0.68元/kWh×（110kV×300A×1.732）×10个线路间隔×1小时+0.68元/kWh×（220kV×300A×1.732）×6个线路间隔×1小时]×4个变电站=342.02万元。
显然，该电动接地操作杆具有显著的经济效益，值得在更多地区推广应用。
4 结语
本文设计研制的新一代电动接地操作杆，经过设计、研制、试验及试用后，已具备电动操作、自动停止等功能，相比第一代产品，结构上更加稳固合理，可确保可靠装设、拆除临时接地线的要求，达到了节省操作时间及人力成本的目标，在部分变电站的应用情况良好，具有显著的安全效益和经济效益，值得在更多地区推广应用。用户也可根据实际情况选用第一代或第二代产品。
[1]王荣校， 周银， 李彦. 变电站倒闸操作中接地线安装方法[J]. 电工技术， 2019， 000（008）：87-88.
[2]高海安. 新颖的轴向定位结构——用涨紧套代替传统的锁紧螺母[J]. 装备机械， 2002（03）：27-30.
[3]单政强， 吴罗凌. 齿轮减速电机[J]. 电世界， 2000， 041（005）：11-12.
作者简介：
雷強（1977），男，山西平遥人。高级工程师，工学学士，长期从事变电设备设施、安措物资技术研究、运行维护和管理工作。
陆卓渊（1996），男，广东潮州人。工学学士，从事变电设备设施运维管理工作。
余佳文（1992），男，湖北武汉人。工学学士，从事变电设备设施运维管理工作。
关键词：临时接地线;减速电机;电动旋转;接地操作杆;
0 引言
当前变电站值班员在装设或者拆除临时接地线时，采用的操作方式是旋转接地操作杆来旋紧或松开接地头，每相操作需要旋转15-30圈不等。同时，出于安全考虑，变电站值班员需要戴上绝缘手套进行临时接地线的装设或拆除操作，操作难度加大，经常要在每一相操作中途停顿一下再操作，每相操作约需要转动操作杆3分钟，三相操作约需要转动操作杆10分钟，操作多组接地线后手臂会发酸、乏力，甚至手会出现抖动现象，给后续操作带来不安全因素。
为解决临时接地线操作耗费大量人力和时间的问题，本项目研制了一种适用于临时接地线操作的新型电动接地操作杆，设计重点包括三部分：1）可旋转螺旋压紧式接地钳头;2）玻璃纤维绝缘杆及其接地钳头接口;3）电动旋转机构，电机控制回路可实现正转、反转和停转控制功能。现已推出第二代产品，并在部分变电站得到推广应用。
1 电动接地操作杆的预期目标
本文设计研制的电动接地操作杆，预计实现的目标包括：
（1）采用直流减速电机作为动力装置，通过电机正转、反转及停转，可以实现接地杆及接地钳头同步转动，其扭矩足以旋紧或松开接地线夹;
（2）电机控制回路具备防误触碰后自动运行功能、夹紧后自动停止功能;
（3）实现电动操作节省人力、时间，预期目标为一般操作中装设1-2接地线，可以节省10-20分钟，大型操作中，装设3-7组地线，可以节省30-60分钟。
2 设计电动接地操作杆
2.1功能要求
（1）电池组可充电，有过充保护回路，外露控制开关、充电接口具有防水功能;
（2）设置有运行指示灯和电池欠电指示灯;
（3）接地杆能电动操作，并且当接地线夹锁紧到位后电机会自动判断并停止转动，另外，该接地杆也能手动操作;
（4）电机与同轴器连接牢固，垂直线位于同个圆心，装设或拆除临时接地线时稳定可靠。
2.2结构
新型电动接地操作杆由电动旋转工具、普通耐高压绝缘接地杆组成，其中电动旋转工具为手持部分，可以连接通用类型绝缘接地杆，并带动绝缘接地杆转动，实现接地线操作。与第一代产品相比，第二代产品在结构上的改进包括电动旋转工具部分以及电机与动力输出结构的连接部分。
2.2.1电动旋转工具
该新型电动接地操作杆的设计重点及主要功能部件为电动旋转工具，其主要结构如图1所示。电动旋转工具包括电源组件、壳体、减速电机、固定套筒、动力输出筒和换向开关。壳体相对设置有第一端和第二端。电源组件与第一端固定连接。减速电机远离输出轴的一端沿第二端伸入壳体并固定，并与电源组件电连接。减速电机设置于固定套筒内，并通过固定套筒与壳体的第二端固定连接。动力输出筒与减速电机的输出轴固定连接，并与固定套筒远离壳体的一端转动连接。换向开关设置于壳体内，并分别与减速电机和电源组件电连接，用于控制所述减速电机的正反转。
在使用电动旋转操作工具时，工作人员可一只手握住电源组件部分，另一只手握住壳体。同时动力输出筒的输出螺纹与绝缘接地杆相连。工作人员按下电源开关，控制电源组件给减速电机供电，然后再向前按下换向开关，控制减速电机顺时针旋转（即正转），绝缘接地杆被动力输出筒带动，顺时针旋转，即可实现接地钳旋紧。工作人员向后按下换向开关，控制减速电机逆时针旋转（即反转），绝缘接地杆被减速电机带动，逆时针旋转，即可实现接地钳放松，由此辅助人工完成对绝缘杆的旋转工作，提高工作效率。
2.2.2涨套过渡套
涨紧套又称动力锁，在高强度拉力螺栓作用下，在内环与轴之间、外环与外套件之间产生巨大抱紧力，以实现机件与轴的无键联结。涨紧套为标准件。实际应用中，根据轴的尺寸选择涨紧套。但外套件受到应用场景限制，外套件的内径会大于外环的外径。怎样才能使涨紧套与外套件匹配使用是亟待解決的问题。在新型电动接地操作杆第二代产品中，即设计并使用了涨套过渡套，套设于涨紧套和动力输出头之间，以增加电动接地操作杆的动力输出筒与涨紧套连接的牢固性，进而实现接地操作的可靠性。涨套过渡套结构如图2所示。
2.3关键技术点
2.3.1接口设计
电动转动装置与拆卸式接地线夹的接口设计，应满足与市场上常用的拆卸式接地线夹匹配的要求。电动旋转装置的接口，需要与拆卸式接地线夹与电动装置完美对接，要求适用于等径绝缘杆的通用接口。
2.3.2旋转机构设计
采用直流减速电机作为动力旋转机构，力矩应足够旋紧或松开接地线夹，当接地线夹旋转机构电力不足或者发生紧急状况下，可以手动旋转拧紧和拆除接地钳头。另外，电机与接地杆旋转装置应能同轴旋转，不偏心。
设计难点：（1）电机的阻断力矩要适当，既要保证临时接地线能牢靠，又不能力矩过大;（2）同轴器选择要恰当，确保电机和同轴器连接牢靠，否则将造成接地线夹偏转、不同心，接地线操作时会有不稳定现象，接地线夹有可能滑脱。
解决措施：（1）通过力矩测试仪测试将临时接地线线夹夹紧的力矩，在选择电机时选择力矩稍大于测试的力矩值即可，经过反复测试，电机力矩选择28～32N·m;（2）定制加工同轴器，从电机出来后经过联轴器、同轴器连接接地线夹，确保接地杆同心旋转、不偏转。使用专门为第二代电动接地操作杆设计的涨套过渡套，确保动力输出筒连接牢固，接地线操作可靠。 2.3.3控制电路设计
电机控制电路应能实现控制电机正转，反转，停转。同时，还应具备防误触碰后自动运行功能、夹紧后自动停止功能。
2.3.4其它辅助器件选型和加工试制
选择拆卸式接地线夹，定制绝缘杆，设计加工各主要部件之间的连接部件，加工外壳等。
3 电动接地操作杆的测试和应用
3.1 测试
3.1.1测试方案
在变电站备用间隔进行测试，对电机的力矩、线夹接触电阻、充电电池、电机和同轴器固定的稳定度等参数进行校验。具体内容为：
（1）电动接地杆正转、反转、停转功能测试：通过正转和反转模拟装设1组接地线的流程来考核是否能达到预期目标，测试过程顺畅、不卡滞。
（2）夹紧度测试：选用的电机转动力矩为30N·m，通过新型和传统的2种类型的接地杆来装设同一组接地线，接地线夹紧度适中，不损伤导线，线夹和导线接触良好，不松动。
（3）缩减装拆接地线时间测试：通过新型和传统的2种类型的接地杆来装设同一组接地线，进行时间和效率的对比分析，要求达到预期目标。
（4）接触电阻：通过新型和传统的2种类型的接地杆来装设同一组接地线，测试被测试导线通过不同种类接地杆操作接地后的对地电阻值。
3.1.2测试工器具
新型电动接地杆1套，传统接地杆1套，临时接地线1组，万用表1块，秒表1块。
3.1.3测试条件
在110kV备用间隔（未接入电网）开关靠CT侧A相、B相、C相导线进行测试，装设前将接地线都展放好，操作杆都组装完毕;拆除前将操作杆都组装完毕;测试时间是纯装设和拆除的时间。
3.1.4测试结果
测试结果详见表1。装设和拆除临时接地线的操作简单、快捷，传动轴传动情况良好，无卡涩堵转现象，电路控制正常，总体功能符合预期要求，可以大幅度节约操作人员的体力，新型电动接地杆比传统接地杆在装设时省时85.4%;在拆除时省时80.3%。开关机电路和电机控制回路配合良好，装设时可以在锁紧后自动停转，力度适中，既能拧紧又不损伤导线，信号灯指示明确，完全满足现场使用条件。
3.2 创新点
（1）电动接地操作杆。临时接地线由手动旋转方式改为电动方式操作。
（2）操作杆具备自动锁紧功能。操作将线夹夹紧导线后自动停转。
（3）设计旋转筒。将电机、D形孔齿轮、减速器和输出轴可靠地固定起来，确保操作杆同心旋转。
（4）设计涨套过渡套。第一缺口为锯齿结构，径向剪切力部分分解为环向拉力，动力输出头的内壁受力均匀，确保涨紧套和所述动力输出头连接牢固。
与第一代产品相比，第二代新型电动接地操作杆将电动旋转部分设计到近手端，通用性更强。此外，涨紧过渡套的使用，使第二代产品结构更加牢固，确保接地操作更加可靠。同时，第二代取消了遥控器，直接将开关设置于手持电动旋转工具上，无需进行遥控器配对，操作更加便利。
3.3 应用情况
当前已在4个变电站配置本文所设计研制的电动接地操作杆，获得了显著的安全效益和经济效益。
3.3.1安全效益方面
本项目成果可以让临时接地线的操作时间缩短，直接提升操作组的工作效率。对于大型操作，该装置有助于操作组提前30-70分钟完成工作，如果算上送电时拆除接地线所节省的时间，可以节省60-120分钟。停送电时间的缩短以及对人力的节省，保证了操作组执行操作的可靠性，提高了电网的稳定性，具有显著的安全效益。
另外，电动接地操作杆从根本上解决了操作人员手动旋转接地操作过程会出现手臂会发酸、乏力、手会出现抖动现象的问题，避免了举高时力量不支使地线和操作杆倒下碰触带电设备的风险。
3.3.2经济效益方面
电动接地操作杆还具备减少停电时间带来的供电电费营收增加：本文设计研制的电动接地操作杆应用在4个敞开式变电站，每个变电站按每个间隔装设2组接地线，按停送电时间减少1小时计算，每年每个变电站按10个110kV线路间隔、6个220kV线路间隔计算，每个间隔负荷按300A计算，居民电价按0.68元/kWh计算，4个变电站每年可增加供电电费营收：[0.68元/kWh×（110kV×300A×1.732）×10个线路间隔×1小时+0.68元/kWh×（220kV×300A×1.732）×6个线路间隔×1小时]×4个变电站=342.02万元。
显然，该电动接地操作杆具有显著的经济效益，值得在更多地区推广应用。
4 结语
本文设计研制的新一代电动接地操作杆，经过设计、研制、试验及试用后，已具备电动操作、自动停止等功能，相比第一代产品，结构上更加稳固合理，可确保可靠装设、拆除临时接地线的要求，达到了节省操作时间及人力成本的目标，在部分变电站的应用情况良好，具有显著的安全效益和经济效益，值得在更多地区推广应用。用户也可根据实际情况选用第一代或第二代产品。
[1]王荣校， 周银， 李彦. 变电站倒闸操作中接地线安装方法[J]. 电工技术， 2019， 000（008）：87-88.
[2]高海安. 新颖的轴向定位结构——用涨紧套代替传统的锁紧螺母[J]. 装备机械， 2002（03）：27-30.
[3]单政强， 吴罗凌. 齿轮减速电机[J]. 电世界， 2000， 041（005）：11-12.
作者简介：
雷強（1977），男，山西平遥人。高级工程师，工学学士，长期从事变电设备设施、安措物资技术研究、运行维护和管理工作。
陆卓渊（1996），男，广东潮州人。工学学士，从事变电设备设施运维管理工作。
余佳文（1992），男，湖北武汉人。工学学士，从事变电设备设施运维管理工作。