一种快捷智能低压重复接地箱的研制和应用

0引言

检修0.4 kv配电线路时,为保障检修人员安全,需要在线路上装设接地线。此过程需人工上杆,穿戴个人防护用具及登高工具进行作业,作业完成后,需人工拆除接地线,耗时费力,多处作业时容易造成人员疲劳;部分交通不便的山区需人工搬运大量的跨越接地线及工器具;人工接地存在高坠、触电等风险,安全违章多发。

本文研制并应用了一种快捷智能低压重复接地箱,旨在替代上述0.4 kv配电线路中的人工接地,从根本上杜绝人工接地所产生的高坠、触电、违章、劳累、低效等问题,实现安全、高效接地和退出接地,提高作业安全性和供电可靠性。

胡欣欣等人[1]研制了一种新型嵌入式高压电缆直接接地箱,综合了地埋式和地面立式两种接地箱的优点。冯颖姣等人[2]研发了一种电缆智能高压接地箱,具备各项电气功能,还具备多种新功能。施兢业[3]研制了电缆接地方式可切换装置,简化了接地方式切换的过程,节省了切换接地方式所需的人力、物力。吴祯科[4]分析了低压线路停电时电工安全操作技能。廖旭东[5]介绍了低压线路的电气隔离与检修安全。

现有文献关于接地刀闸应用到低压方面的研究主要是针对电缆领域,检修工作时,采用接地刀闸对0.4kv配电线路进行接地的研究几乎空 白,因此,本快捷智能低压重复接地箱具有一定的创新性。

1实物设计

1.1 整体思路

本文所述快捷智能低压重复接地箱整体设计如图1所示,其安装在单个低压线路电杆上,从0.4 kv配电线路引三相四线至电动接地开关上端,接地开关下端接地,接地电阻不大于4 Ω,外壳采用防水设计。箱内布局如图2所示,内部有电动接地开关(电动、手动分合闸)、液晶屏、电动控制器、驱动模块、内置后备电源、两个操作按钮、一个硬压板(投退电动分合闸)、电磁锁,装置电源直接从线路取电,线路电压显示在液晶屏上,通过采集到的线路电压判断线路是否有电,防止带电操作接地开关,当线路停电后,可启用内置后备电源供电。

1.2 操作方法设计

当线路检修,需要电动合闸时,点击“合闸”按钮,电动控制器接收到合闸指令后,控制驱动模块给直流电机提供正向电,电机正转,接地开关动触头正转,合闸到位时,动触头触碰合闸限位开关,限位开关动作信息传送到电动控制器,驱动模块停止输出正向电,直流电机停转。

当线路检修完毕,需要电动分闸时,点击“分闸”按钮,电动控制器接收到分闸指令后,控制驱动模块给直流电机提供反向电,电机反转,接地开关动触头反转,分闸到位时,动触头触碰分闸限位开关,限位开关动作信息传送到电动控制器,驱动模块停止输出反向电,直流电机停转。

当设备发生故障不能电动分、合闸时,可使用手动操作杆实现接地开关分、合闸。

采用双重闭锁:1)电气闭锁,当线路有电压,控制回路断开,从而切断电机操作电源,实现无法带电电动操作接地开关;2)逻辑闭锁,当线路有电压,电动控制器通过逻辑运算禁止输出电动接地开关合闸命令。

硬压板设计为出 口压板,当压板退出时,点击分、合闸按钮,不能电动操作接地开关,硬压板投入时,才可以电动操作接地开关,大大降低了误操作的可能性。

1.3 电动接地开关设计

采用永磁直流电机作为动力源,机械式传动操作接地开关。电机驱动装置所要操作的是具有较强关合能力的弹簧操作快速接地开关,手动操作转角为90°,分合闸操作力矩为30 N.m,电机输出的力矩通过减速齿轮传递到接地开关操作主轴,其最终的输出力矩为55 N.m,远大于接地开关所要求的操作力矩。电机驱动装置正视图如图3所示,电机驱动装置侧视图如图4所示。

控制器可在驱动电机运转受阻达到保护条件时,立即对电机制动,并逆向驱动电机解除闷车卡死状态。

考虑到工程的实际应用,接地开关的操作优先采用手动为主、电动为辅的操作模式,因此增加手动优先联锁机构。当手动操作杆插入接地开关操作孔时,应立即将电机控制回路切断,以避免在手动操作时对电机的误操作而造成不必要的损失。

1.4 操作仪表板设计

考虑到实际应用,为减少人工误操作的可能性,操作仪表板应尽量简洁明了,如图5所示,设计了电动控制器、液晶屏、硬压板,可操作的只有分闸、合闸按钮和一个硬压板。

1.5 后备电源设计

锂离子电池能量密度高,能满足设备在突然掉电的情况下长时间提供电力。相同容量的锂离子电池其体积和重量是铅酸电池的1/3~1/2,体积小,容易在空间有限的范围内布置,且锂离子电池的循环寿命远高于铅酸电池。故配置24 V/10 Ah储能锂离子电池作为后备电源,后备电源可驱动电动接地开关分合闸10次以上,电路设计图如图6所示。

1.6 适应户外安装设计

采用铁皮制作外箱,顶上凸出外延设计,可以很好地排水,且具有一定的美观性。电动接地开关、驱动模块、后备电源、电动控制器、显示屏、分合闸按钮、硬压板、电磁锁等所有设备部件都放置在箱内,采用双门设计,外门起到保护仪表板和方便查看内部设备的作用,仪表板充当内门,所有进出线电缆均采用“下进下出”方式,大大提高了防雨效果。箱体设计图如图7所示。

2效果试验

根据设计图纸制作了快捷智能低压重复接地箱样机一台,成品如图8~10所示。设置箱体在—10~50 ℃的环境中工作,每10℃为一个区间,做50组整体试验,共进行了350组试验,包含电动接地开关手动和电动分合闸试验、机械振动试验、防闷车、电气闭锁、逻辑闭锁、后备电源驱动分合闸次数和防泼水试验。样机整体试验中均未发生机械故障、运算出错、进水和卡滞情况,表明该设计方案达到了预期效果。

同时,该样机在韶关市始兴供电局进行试点应用,与人工接地进行对比试验,试验数据如表1所示。由数据可得,采用该接地箱所需人员数量同比减少50%,接地消耗时间同比减少80%~97%,并且所需工器具和作业风险都大大减少。

对样机和人工两种接地方式进行成本分析:样机制作和安装成本9000元,初始成本为9000元,接地一次费用为500元;人工接地初始成本为0元,接地一次费用为1300元。由图11可得,当接地次数达到12次时,采用样机接地的累计费用将低于人工接地的累计费用,随着接地次数的增多,样机接地所需的费用相较人工接地将大大减少,从而实现降本增效。

3 结论

通过对前人研究的调查,发现采用接地刀闸对0.4 kv配电线路进行接地的研究几乎空白,而实际工作现场存在人工接地的不便之处和风险点,因此本文研制并试点应用的样机具有一定的创新性和实用性,并在试点应用中取得了预期效果,相比人工接地,其所需工器具、时间、人员数量、劳累程度、作业风险都大大减少,提高了作业安全和效率。当使用次数达到12次后,接地费用将低于人工接地,继续使用则可实现持续降本。综上,本文所研制的快捷智能低压重复接地箱未来可广泛应用于0.4 kv配电线路的检修工作。

[参考文献]

[1]胡欣欣,赵鹏勃,冯甘雨,等.一种新型嵌入式高压电缆直接接地箱的研制[J].机电信息,2020(3):27.

[2]冯颖姣,张盛,姜建,等.电缆智能高压接地箱的研发与应用[J].电气时代,2022(4):37—39.

[3]施兢业.电力电缆接地箱接地方式可切换装置的研制[J].科技与创新,2024(12):106—108.

[4]吴祯科.低压线路停电时电工安全操作技能分析[J].企业科技与发展,2019(1):122—123.

[5]廖旭东.低压线路的电气隔离与检修安全[J].黑龙江科技信息,2017(5):49.

《机电信息》2025年第16期第8篇