（机械设计及理论专业论文）新型超高压短路接地线导线端线夹的设计与分析.pdf

苏州大学学位论文使用授权声明 本人完全了解苏州大学关于收集、保存和使用学位论文的规定， 即：学位论文著作权归属苏州大学。本学位论文电子文档的内容和纸 质论文的内容相一致。苏州大学有权向国家图书馆、中国社科院文献 信息情报中心、中国科学技术信息研究所( 含万方数据电子出版社) 、 中国学术期刊( 光盘版) 电子杂志社送交本学位论文的复印件和电子 文档，允许论文被查阅和借阅，可以采用影印、缩印或其他复制手段 保存和汇编学位论文，可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数 据库进行检索。 涉密论文口 本学位论文属 在年一月解密后适用本规定。 非涉密论文功 论文作者签名：i 厘塞丝丝一：e l 导师签名：垒蛊垫整日 期：星丝：呈笸 期：蟹l2 写t 1 6 l 新型超高压短路接地线导线端线夹的设计与分析摘要 摘要 短路接地线用于将输电线路接地，是保障电力检修人员人身安全的必备装置， 具有较大的市场容量。短路接地线主要由接地端线夹、接地线、导线端线夹等组 成，其中，导线端线夹是关键。目前，短路接地线常用的导线端线夹存在装拆困 难、与输电线连接不可靠、稳固性差等缺陷。为解决上述问题，本文设计了一种 新型的适用于超高压输电线路的短路接地线导线端线夹，该线夹具有装拆方便、 夹紧力大、与输电线连接可靠等优点，主要研究工作如下： ( 1 ) 根据超高压输电线短路接地线的使用情况，明确了新型短路接地线导线 端线夹的功能要求，确定通过无线遥控实现线夹的夹紧与放松、以及在夹紧导线 的情况下能通过手动提拉绝缘绳使线夹放松复位为必须实现的基本功能。在此基 础上，分析了实现各种功能的可能方法与途径。 ( 2 ) 根据线夹必须实现的基本功能，通过发散思维，设计了齿轮传动机构、 竖直螺杆传动机构及水平螺杆传动机构等三种不同的线夹夹紧机构，并通过对比 分析，选择具有三级增力效果的水平螺杆传动机构作为最终实施方案。 ( 3 ) 根据选定的最终实施方案，对新型导线端线夹进行了结构设计。把线夹 夹板的夹柄设计成弯曲夹柄，使夹柄在整个行程中相对于螺杆半径方向的偏斜角 左右对称，减小了机构的尺寸，改善了机构的受力；采用传动件与螺杆间隙配合、 半螺母在传动件槽中沿螺杆径向移动的创新结构，实现了螺杆正或反转能驱使夹 板夹紧或放松导线、提拉半螺母能使线夹在夹持导线的情况下放松复位的功能。 ( 4 ) 对所设计的新型线夹进行了力学分析。在此基础上，选择了电机，设计 了螺旋副，计算了使半螺母与螺杆保持啮合的复位拉簧拉力及手动放松线夹的提 拉力。 本文设计的新型导线端线夹已制作了样机、通过了试验、申请了专利，目前 某企业已在着手批量生产。 关键词：短路接地线，导线端线夹，超高压，螺杆传动，手动松放 作者：顾艳君 指导老师：钱志良 a b s t r a c t d e s i g na n da n a l y s i so fn e w s h o nc i r c u i tg r o u n dw i r eclamperf o re h vt r a n s m i s s i o nl i n e s d e s i g na n da n a l y s i so fn e w s h o r tc i r c u i tg r o u n dw i r e c l a m p e r f o re h vt r a n s m i s s i o nl i n e s a b s t r a c t s h o r tc i r c u i tg r o u n dw i r ei so n eo ft h en e c e s s a r yp e r s o n a ls a f e t yd e v i c e st op r o t e c t e l e c t r i c i a nb yg r o u n d i n gt r a n s m i s s i o nl i n e sa n dh a sal a r g em a r k e td e m a n d s h o r t c i r c u i tg r o u n dw i r ei sc o m p o s e do fs h o r tc i r c u i tw i r e ，g r o u n dc l a m p e r , w i r ec l a m p e r e t c ，a n dt h ew i r ec l a m p e ri st h ek e yc o m p o n e n t a tp r e s e n t ，t h ec o m m o n l yu s e dw i r e c l a m p e rh a st h ed e f e c t ss u c ha sd i f f i c u l t yi na s s e m b l y d i s a s s e m b l ya n du n r e l i a b i l i t yi n c o n n e c t i o nw i t ht r a n s m i s s i o nl i n e s t oo v e r c o m et h e s ep r o b l e m s ，an e wk i n do fs h o r t c i r c u i tg r o u n dw i r ec l a m p e ra p p l i c a b l et ot h ee h vt r a n s m i s s i o nl i n ew a sd e s i g n e d ， w h i c hh a dt h ea d v a n t a g e so fe a s ya s s e m b l ya n dd i s a s s e m b l y , l a r g ec l a m p i n gf o r c e ，a n d r e l i a b l ea n ds t e a d yc o n n e c t i o nw i t ht r a n s m i s s i o nl i n e s t h em a i nr e s e a r c hw o r ki sa s f o l l o w s ： ( 1 ) a c c o r d i n gt ot h eu s ec o n d i t i o no fs h o r tc i r c u i tg r o u n dw i r ef o rt h ee h v t r a n s m i s s i o nl i n e s ，t h ef u n c t i o n a lr e q u i r e m e n t so fn e ww i r ec l a m p e rw e r ec o n f m n e d t h ec l a m p e rc o u l dc l a m pa n dl o o s e nt h r o u g hw i r e l e s sr e m o t ec o n t r o l ，a n dc o u l d l o o s e na n dr e s e tt h r o u g hp u l l i n gi n s u l a t i n gr o p eu n d e rt h ec o n d i t i o no fc l a m p i n g t r a n s m i s s i o nl i n e o nt h i sb a s i s ，t h ep o s s i b l ew a y sa n dm e a n sw e r ea n a l y z e d ( 2 ) a c c o r d i n gt ot h eb a s i cf u n c t i o n so fc l a m p e rt h a tm u s tb er e a l i z e d ，t h r e et y p e s o fd i f f e r e n tt r a n s m i s s i o nm e c h a n i s m s ：g e a r - d r i v e nm e c h a n i s m ，v e r t i c a ls c r e w d r i v e n m e c h a n i s ma n dh o r i z o n t a ls c r e w d r i v e nm e c h a n i s mw e r ep u tf o r w a r dt h r o u g h d i v e r g e n tt h i n k i n g a f t e rc o m p a r a t i v ea n a l y s i s ，t h eh o r i z o n t a ls c r e w d r i v e nm e c h a n i s m w i t ht h r e ec l a s s e sf o r c ea m p l i f i e rw a ss e l e c t e da st h ef i n a li m p l e m e n t a t i o np l a n ( 3 ) s t r u c t u r a ld e s i g no ft h en e ww i r ec l a m p e rw a sc a r r i e do u ta c c o r d i n gt ot h e s e l e c t e df i n a li m p l e m e n t a t i o np l a n w i t ht h eb e n d e dc l a m ph a n d l e ，t h ed e f l e c t i v ea n g l e o fc l a m ph a n d l ew a ss y m m e t r i cr e l a t i v et ot h er a d i u sd i r e c t i o no fs c r e wt h r o u g h o u tt h e s t r o k e ，a n da c c o r d i n g l y , t h es i z eo ft h em e c h a n i s mw a sr e d u c e da n dt h ef o r c ew a s i m p r o v e d b e c a u s eo ft h ei n n o v a t i v es t r u c t u r ea d o p t i n gc l e a r a n c ef i tb e t w e e nt h e t r a n s m i s s i o np a r t sa n dt h es c r e w ，a n dh a l f - n u t sm o v i n gi nt h et r a n s m i s s i o ns l o ta l o n g d e s ! 鲤型纳a l y s i so fn e w s h o r tc i r c u i tg r o u n dw i r ec l a m p e rf o re h vt r a n s m i s s i o nl i n e sa b s t r a c t t h er a d i a ld i r e c t i o no fs c r e w , t h ec l a m p e rc o u l dn o to n l yc l a m pa n dl o o s e nd r i v e nb y t h es c r e wr o t a t i n gi nb o t hd i r e c t i o n s ，b u ta l s ol o o s e na n dr e s e tb yp u l l i n gh a l f - n u t s u n d e rt h ec o n d i t i o no fc l a m p i n gt r a n s m i s s i o nl i n e ( 4 ) t h ed r i v em o t o r , t h es c r e wp a i r , t h er e s e ts p r i n gt e n s i o na n dt h ep u l l i n gf o r c e w e r ed e t e r m i n e do nt h eb a s i so fm e c h a n i c sa n a l y s i so ft h ec l a m p e r t h ep r o t o t y p eo ft h ed e s i g n e dn e ww i r ec l a m p e ri n t h i sp a p e rh a sb ep r o d u c e d ， p a s s e dt e s t sa n da p p l i e df o rap a t e n t a tp r e s e n t ，ac o m p a n yi sp r e p a r e df o rb a t c h p r o d u c t i o n k e y w o r d s s h o r tc i r c u i tg r o u n dw i r e ，w i r ec l a m p e r , e h v , s c r e wd r i v e ，m a n u a l r e l e a s e m w r i t t e n b y ：g uy a n j u n s u p e r v i s e db y ：q i a nz h i l i a n g 目录 第一章绪论1 1 1 弓i 言1 1 1 1 短路接地线作用2 1 1 2 现有短路接地线种类及所存在的隐患”2 1 2 超高压短路接地线的研究现状”6 1 3 本课题的意义和主要内容9 1 3 1 本课题的意义9 1 3 2 本课题的主要内容1 0 第二章导线端线夹的功能要求与实现1 1 2 1 前言1 1 2 2 功能需求分析1 1 2 2 1 使用情况1 1 2 2 2 功能需求分析1 2 2 3 功能的实现叩1 4 2 3 1 动力源的形式选择1 4 2 3 2 执行机构选择“1 5 2 3 - 3 控制系统1 6 2 3 4 传动方案的选择原则1 7 2 4 本章小结1 7 第三章导线端线夹实施方案及其选择1 8 3 1 齿轮传动方案1 8 3 1 1 机构构成及工作原理1 8 3 1 2 齿轮传动方案特点1 9 3 2 竖直螺杆传动方案2 0 3 2 1 机构构成及工作原理2 0 3 2 2 竖直螺杆传动方案特点2 3 3 3 水平螺杆传动方案。2 4 3 3 1 机构构成及工作原理2 4 3 3 2 水平螺杆传动方案特点2 6 3 4 本章小结2 6 第四章导线端线夹的结构设计2 8 4 1 概述2 8 4 2 夹板的设计及与传动件的连接方式2 8 4 2 1 夹板与传动件的连接方式”2 8 4 2 2 夹板的设计- 2 9 4 3 手动松放机构3 0 4 3 1 传动件半螺母整体移动松放机构3 0 4 3 2 传动件固定半螺母移动松放机构3 2 4 3 3 导块的设计3 3 4 4 总体结构设计。3 3 4 4 1 机械部分总体布局3 4 4 4 2 箱体的设计3 5 4 4 3 装配过程3 7 4 5 本章小结3 7 第五章导线端线夹的力学分析3 8 5 1 夹紧力计算3 8 5 1 1 夹紧力分析3 8 5 2 2 夹紧力计算4 0 5 2 驱动力计算4 2 5 2 1 驱动力计分析4 2 5 2 2 驱动力计算4 4 5 3 螺旋传动的设计及校核4 5 5 3 1 螺旋副设计4 5 5 3 2 螺旋副的校核计算4 7 5 4 电机的选择4 9 5 4 1 电机输出转矩公式4 9 5 4 2 电机的选择”4 9 5 5 复位拉簧拉力与提拉力计算5 0 5 5 1 复位拉簧拉力计算5 0 5 5 2 提拉力计算5 3 5 6 本章小结5 4 第六章结束语5 5 参考文献5 6 攻读学位期间本人出版或公开发表的论著、论文5 9 致谢6 0 新型超高压短路接地线导线端线夹的设计与分析第一章绪论 第一章绪论 1 1 引言 目前我国常用的电压等级有：2 2 0 v 、3 8 0 v 、6 k v 、1 0 k v 、3 5 k v 、11 0 k v 、2 2 0 k v 、 3 3 0 k v 、5 0 0 k v 、7 5 0 k v 等 1 】。其中，交流2 2 0 k v 及以下的称为高压( h v ) ，3 3 0 k v n 7 5 0 k v 称为超高压( e h v ) 。随着工业化和城镇化的不断推动和发展，我国用电 量逐年增加，为增大发电容量，满足用电需求，电网建设快速发展，超高压输电 已成为国家重点发展项目，特别是对5 0 0 k v 输电线路的投运越来越多【2 卅。超高压 线路作为主要的输电线路，其造价高，工程影响大，覆盖面广，但这类线路由于 长期暴露在外界环境中，容易遭受自然环境或外力影响而出现故障，经常需要对 其进行检修，比如更换、调整拉线及零部件的补齐，清扫、测量、更换导、地线 零值、不良绝缘子，紧固、检修与更换间隔棒等【5 棚。为保证检修作业人员的安全， 根据国家电网公司电业安全工作规程中技术措施的要求，在电力线路上工作 时，必须履行“停电、验电、挂接地线 三大技术措施，必须在施工区域线路两 端装设短路接地线7 1 ，如图1 1 所示。装拆接地线是电气操作中危险性较大的操作， 一旦发生事故，就会危及人身、设备、电网的安全稳定运行，其影响大、后果严 重。 图1 1 检修人员正在挂接短路接地线 短路接地线主要由接地端线夹、接地线、导线端线夹等组成，其中，导线端 线央用于连接接地线与输电线，是短路接地线的关键，直接决定接地线的装拆方 便性和连接的可靠性。装拆短路接地线时操作人员必须与输电线保持适当的安全 第一章绪论 新型超高压短路接地线导线端线夹的设计与分析 距离，并且，输电线的电压越高，所需安全距离越大，超高压输电线所需的安全 距离高达数米，这增大了短路接地线导线端线夹的装拆难度。目前常用的短路接 地线导线端线夹的触发灵敏度低，易受风干扰，装设的难度大、耗时长，并且连 接不够可靠稳定，既影响停电抢修时间，又存在破坏系统稳定性的风险。所以， 装拆导线端线夹已成为超高压输电线停电检修工作的制约“瓶颈 ，必须改进现 有的短路接地线的导线端线夹，以缩短装拆接地线的时间，增加接地线的连接可 靠性和稳定性。 1 1 1 短路接地线作用 短路接地线在电力系统中应用非常广泛，它是将已停电设备临时短路接地用 的一种安全用具，通过接地线将大地的零点电位与电气设备相连接，使所连接的 电气设备处于等电位 8 】。在被检修设备和线路上装设短路接地线是保证电力生产人 员安全的有效措施之一，作用在于9 一o l ： 1 将停电设备的剩余电荷引入大地。 2 防止向检修设备突然送电。 3 释放雷电和邻近带电设备对检修设备的感应电，确保人身安全，包括： 1 ) 因误操作引起的对停电线路的误送电【1 1 1 ； 2 ) 用户自备发电厂误向系统反送电； 3 ) 双电源用户因闭锁装置失灵通过备用电源向线路反送电； 4 ) 临时外引低压电源误经变压器向高压侧送电； 5 ) 电压互感器向停电设备反送电； 6 ) 交叉跨越处与带电导线可能发生的直接接触； 7 ) 由交叉跨越或平行线路等引起的感应电； 8 ) 停电线路遭受雷击造成的线路带电。 选择的短路接地线应能承受悬挂点的最大短路电流，其额定短路电流值不得 小于悬挂点的最大故障电流。当不解除重合闸时，还应考虑二次短路电流冲击对 短路接地线额定短路电流值的影响。由于短路接地线能为高低压电力输电线路和 电气设备检修的安全提供可靠的保障，确保工作人员在维护、检修过程中的人身安 全，所以电气工作人员称短路接地线为“保命线 。 1 1 2 现有短路接地线种类及所存在的隐患 1 现有短路接地线种类 2 新型超高压短路接地线导线端线央的设计与分析第一章绪论 按照电业安全工作规程，短路接地线的各项性能指标均应符合所有颁发 的s d 3 3 2 8 9 携带型短路接地线技术标准的要求，目前短路接地线主要有以下 两种： 一种是由短路线、接地线( 未画出) 、导线端线夹、接地端线夹和接地操作 棒组成的短路接地线，如图1 2 所示。导线端线夹为连接于待接地导线上的夹持器， 是短路接地线的关键部件；接地端线夹为连接于接地网上或者接地端上的夹持器； 接地线为接地用的多股铜质软导线，短路线为相间短路用多股铜质软导线或铜质 ( 铝质) 矩形硬导线，外面都套有热缩硅橡胶套管，分别通过螺丝与导线端线夹、 接地端线夹相紧固；接地操作棒为装在导线端线夹上的绝缘手柄，用以悬挂、装 卸线夹，接地操作棒应用绝缘材料制成，最短长度应根据待接地设备和导线的额 定电压按安全作业的要求选择，其长度参见表1 1 。 袁1 1 接地操作棒长度 使用这种短路接地线时，首先将导线端线夹固接在操作棒上，短路线一端接 在导线端线夹上，另一端接在接地端线夹上，将上述部分组成一个整体后再进行 使用。挂接之前，检修人员应先用验电器( 应根据电压等级的不同，设置不同的 报警电压) 逐相进行验电，确定线路确已停电后，才可在检修地段将三相线挂接 上短路接地线。 另外一种是由接地端线夹、绝缘绳、短路线、导线端线夹组成的抛挂式短路 接地线，如图1 3 所示。导线端线夹内装设弹簧和弹性顶杆，项杆一端与一夹板 相铰接，另一端与另一夹板相抵触以使两夹板处于张开状态，左夹板和右夹板相 铰接的销轴上设有支架，支架上设有绝缘绳。使用时，先将接地端线夹接地，然 后经顶杆将两夹板处于张开状态，操作员处于被接地导线上方，手持绝缘绳将张 开状态的导线端线夹尝试性地置于被接地导线上，由于重力的作用导线端线夹下 移，导线碰触顶杆，在弹簧的作用下两夹板快速将导线夹住，完成装设接地线步 3 第一章绪论 堑型塑鱼匿堑堕鲎垫垡导线端线央的设计与分析 骤，这种短路接地线一般由上往下放，拆除时需要用力向上拉绝缘绳，使线夹克 服弹簧作用力从而与导线分离。 图1 2 操作棒式短路接地线 2 现有短路接地线隐患 接地端线夹一，臂 导线 图1 3 抛挂式接地线 ( 1 ) 操作棒式短路接地线隐患 操作棒形式的短路接地线根据导线端线夹形式不同可分为弹簧压紧式、螺旋 压紧式、平口式、颚口式等1 2 1 ，表1 2 为各种导线端线夹的优缺点。 表1 2 导线端线夹优缺点比较 鬻 特点 优点缺点 图片 弹警紧霎蒿譬凳宝詈曩 曲 压紧 螺警紧藉篝毳蠢是蓉詈 导线压紧 通过上下两片方 平口式 形铝质合金块压 紧，将导线包围 嚣薹瓣：嚣 黔蒸瓣 萋盖嚣萋雾霁茹 舌警紧卺荟要。 舌片将 使用方便 鎏接不稳固，容易滑 式 导线夹紧。 队“。队 脱。 岛啕痢嘞 新型超高压短路接地线导线端线夹的设计与分析 第一章绪论 在实际操作中，发现操作棒形式的短路接地线还存在以下不足： 1 ) 一般导线端线夹与操作棒之间不可拆卸，即使可以拆卸也比较麻烦，因此， 造成短路接地线安装后操作棒在杆塔上无适合的摆放位置，同时还影响检修工作， 甚至有滑脱的危险，一旦滑脱会危及工作人员及周边人的人身安全，同时还会损 伤绝缘子或砸坏设备，并且，操作棒挂在杆塔上，如遇突然降雨或在夜间来雨造 成操作棒受潮，绝缘性能和使用寿命降低，甚至可能危及人身安全，存在极大的 安全隐患。 2 ) 由于一体式结构设计，检修时需要来回拆装操作棒，这种操作棒一般体积 较大，重量较重，搬运及安装都比较困难，在实际操作中需上下传递接地线和验 电器，使用起来费时费力，使工作时间过长。 3 ) 超高压输电线相对于2 2 0 k v 以下的输电线，其导线直径明显增大，随着 电压的增高，导线与杆塔的空气间隙越来越大，导线与塔身的距离也越来越大， 而现有的操作棒杆长有限，工作人员探身挂接地线时非常费劲且危险。 4 ) 在直线杆塔横担上挂短路接地线时，由于导线端线夹的开口方向朝上，在 接地线重力的作用下，线夹容易与导线脱离；而在耐张杆塔上，由于接地线操作 棒与导线的夹角过小，在风力及接地线重力作用下，线夹容易与导线脱离，甚至 卡断。 5 ) 由于接地线铜线较重和挂点较远等原因，挂接地线时，操作者往往需用手 同时抓住绝缘棒和接地线，以减轻接地线对导线端线夹的向下拉力，并防止绝缘 操作棒被拉断。拆除接地线时，由于挂点较远，接地线根本无法用手直接取回， 需通过其它工具将接地线操作棒钩回后再将其摘下，有些工作人员为了省事，用 手晃动接地线，将操作棒荡回手中后摘下。根据电业安全工作规程有关规定， “装、拆接地线均应使用绝缘棒或专用的绝缘绳，人体不得碰触接地线或未接地 的导线”。因此，在超高压输电线路上使用这种短路接地线极易造成操作人员的 违规作业，严重时会造成安全事故。 ( 2 ) 抛挂式短路接地线隐患 1 ) 抛挂式短路接地线是利用导线端线夹的自身重力向下冲击线夹内的支撑顶 杆并使之脱离支撑从而释放销轴上的弹簧弹力来夹住导线，由于接地线较长较粗， 自身重量远大于导线端线夹的重量，使得线夹的向下冲击力不够，线夹内的支撑 顶杆不能脱离支撑。 5 第一章绪论 新型超高压短路接地线导线端线夹的设计与分析 2 ) 在装设导线端线夹时，由于只能控制竖直方向移动、顺线路与横线路方向 旋转三个自由度，竖直方向旋转自由度无法控制，导线端线夹很难夹住导线，只 能尝试性的碰触导线，如在有风时装设导线端线夹，顺线路方向、横线路方向移 动自由度和垂直地面方向旋转自由度三个自由度都无法控制，使线夹张口不能准 确的对准导线，给装设接地线造成很大困难。 3 ) 拆除时只能通过向上用力拉拽绝缘绳来克服弹簧的弹力，最终将导线端线 夹从导线上拽出，不仅拆除费力，用力过大会使操作人员容易发生危险，而且还 可能损伤输电导线。 4 ) 只能在垂直方向进行操作，而不能在水平方向操作，由于耐张杆塔导线不 在横担下方，因而无法加挂，往往因为角度问题，在装设接地线的过程中不能保 证人与被接地导体间距离符合安全距离要求，可能发生触电事故。 1 2 超高压短路接地线的研究现状 国外对短路接地线的研究比较早，目前普遍采用可分离式绝缘操作杆旋转导 线端线夹的螺杆来实现线夹与导线间的夹紧与松放 1 3 - 1 6 】。图1 4 为美国合保公司 生产的三种不同形式的导线端线夹【17 1 ，其中图1 4 ( c ) 为可调式多角度导线端线 夹，适用于耐张塔导线的接地要求。由于利用螺旋压紧方式进行夹紧，因此能与 导线实现可靠的连接，但缺陷在于必须配绝缘操纵杆，而绝缘操纵杆在输电线塔 上携带和摆放都较困难。 ( a ) c 型 ( b ) 鸭嘴型( c ) 多角度型 图1 4 合保公司导线端线夹 相比于国外，国内对短路接地线，特别是抛挂式短路接地线的研究相对较多， 多家电力机构都在其形式上进行了改进。 6 新型超高压短路接地线导线端线夹的设计与分析第一章绪论 河北省承德市供电公司设计的新型短路接地线( 见图1 5 ) 特征在于接地操作 棒的一端设验电器，另一端设数个开口方向不同的操作钩，相应在导线端线夹的 上下各设一个与线夹铰接的圆环。作业时，用操作棒一端进行验电，再用操作钩 钩起线夹上方的圆环，将其挂到挂点处，若线夹与导线接触不牢靠，还可通过操 作钩钩住线夹下方的圆环向下拉线夹使其紧密接触1 8 】。 环 线端线夹 制销 路线 图1 5 河北省承德市供电公司短路接地线 云南电网公司普洱供电局通过对导线端线夹结构研究和使用分析，设计了不 同于常见形式的撞击式短路接地线，如图1 6 所示。以铝材料制作成一个外形类似 于钳子的线夹，利用配重块增加线夹的向下冲击力，使导线触动线夹内的弹片弹 开，实现线夹与导线的紧密连接，并在支柱上4 5 。方向延伸一可以支撑绝缘操作杆 的卡柱，从而实现在耐张杆塔上装设接地线的要求【l9 1 。 胗 随 h 守 侧视图 主视图 ( a ) 设计图 ( b ) 实物图 图1 6 云南电网公司普洱供电局短路接地线 标记说明：l 一螺栓；2 一夹片与接头用螺栓连接；3 一铸铝型线夹；4 一线夹弧口；5 一内弹簧； 6 一配重块；7 一绝缘操作杆接头；8 一内弹簧螺栓；9 一软铜线；】o 一垫片 山东省超高压输变电公司设计的短路接地线导线端线夹( 见图1 7 ) 采用两根 7 第一章绪论新型超高压氟 路接地线导线端线夹的设计与分析 互相关联的杠杆构成灵敏触发，在杠杆原理作用下仅须微小的外力就会触发杠杆 联动。此外，此新型接地线夹还做了防风改进，在两夹板前部外缘两侧各焊接两 个金属插筒，将两根u 形细钢丝的两脚插入该插筒并用螺栓顶住，起到延长杆的作 用，能增大线夹开口宽度，有效减小风摆影响2 0 1 ，便于使线夹快速捕获并纳入导 线，并且几乎不增加携行重量。 臭簟 鞭掩 鬃 麓鬣秤 图1 7 山东省超高压输变电公司接地线夹图 河南省电力公司开封供电公司通过在线夹的夹头开口处设置单向开合弹舌 ( 见图1 8 ) ，有效地防止了接地线夹的脱落，拆卸时，只需轻拉拉线，弹舌偏离 线夹夹体开口，即可顺利取下导线【2 1 1 。 河北衡水供电局为拆卸方便设计了一种短路接地线夹( 见图1 9 ) ，其优点在 于拆除导线夹时，只需用力拉动拉绳，即可使导线夹体自由端外移，同时拉杆的 基部又向内压挤导线夹体的根部，进一步促使导线夹体前端张开，很容易将线夹 从导线上摘取，防止了用力拉拽造成导线的磨损 2 2 1 。 舌 导线灾 第一 图1 8 开封供电公司的防脱落短路接地线图1 9 河北衡水供电局的导线端线夹 江苏省电力公司针对架空线路接地线挂接难的问题，在弹簧钩头的下方设置 8 新型超高压短路接地线导线端线夹的设计与分析 第一章绪论 了钩头翻转机构，如图1 1 0 所示，通过两根分别连接在弹簧钩头上方柄部和钩头翻 转机构上的绝缘绳，改变接地线与导线的连接方式，实现接地线安装时导线端头 自由度由现有的三个提高到五个以上【z 3 1 。 文献 2 4 1 为克服耐张塔导线不在横担下方而不能加挂接地线，设计了一种弹簧 卡钩，如图1 11 所示，装设在现有的短路接地线上，可实现简单的加挂直线塔导线 和耐张塔导线，且不受风力干扰。 基藤 二【i f 图1 1 0 江苏省电力公司短路接地线图1 1 1 弹簧卡钩 图1 1 0 标记说明：1 一弹簧钩头；2 一弹性舌头；3 一钩头翻转机构；4 一绝缘绳；5 一接地线软 铜线；6 一接地端线夹；7 一软铜带；8 一张力弹簧 图1 1 1 标记说明：l 一导线夹；2 一线夹舌片；3 一接地软铜线94 一接地端线夹；5 一套管； 6 一弹簧；7 一弹簧托架；8 一卡钉；9 一卡钩；1 0 一铆钉 综上所述，国内针对超高压输电线短路接地线的改进主要集中在导线端线夹 的触发灵敏度、安装方式及外观上，但是由于仍然普遍采用弹簧作为动力源，因 此在实际使用中并未有重大突破，装拆困难、与输电线连接不够可靠稳固仍是导 线端线夹尚待解决的问题。 1 3 本课题的意义和主要内容 1 3 1 本课题的意义 改革开放3 0 多年以来，我国用电总量快速增长，超高压输电线路是电力工业 的大动脉、电力系统的重要组成部分，对社会有着较大的影响，故超高压输电线 路停电检修必须争分夺秒，以尽量缩短停电时间。但目前使用的短路接地线的导 线端线夹触发灵敏度低、装设难度大、挂接时间长，导致工作段得不到保护，使 其他工作组也无法开始工作，影响工作进度和延误作业时间，从而造成停电抢修 时间大大延长，此外线夹压紧方式也存在明显不足，线夹与输电线的连接可靠性 o 第一章绪论新型超高压短路接地线导线端线夹的设计与分析 和稳固性差且易受风干扰发生脱落，从而加大了破坏系统稳定的危险性。因此必 须改进现有的短路接地线的导线端线夹，以加快装、拆接地线的速度，减少其占 用的停电时间，并降低检修人员的劳动强度，提高工作效率。 针对短路接地线的导线端线夹夹紧机构的创新问题，作者查阅了大量的资料。 检索结果表明，在这方面的研究中，多年未见重大的突破，现有的短路接地线已 不适应当前快节奏、高效率的施工要求，并且随着现代化检修工艺的发展和智能 化水平的不断提高，短路接地线的智能化也势在必行，因此本文提出一种不同于 常见形式的新型超高压短路接地线导线端线夹，旨在克服传统短路接地线的弊端， 使其具有夹紧力大、装拆效率高、安全可靠的特点。该设备具有很好的应用前景， 在临时故障抢修中能显著缩短停电时间，使电力系统尽快恢复正常和减少停电损 失，同时有利于电网的安全稳定运行。 1 3 2 本课题的主要内容 本课题设计一种新型的适用于超高压输电线路的短路接地线导线端线夹，主 要内容安排如下： 第一章：参阅相关文献资料，概述了短路接地线的作用及现有短路接地线的 种类及所存在的缺陷，并介绍了国内外对短路接地线的研究状况，论述了开展该 项研究的意义和目的，提出立项的依据。 第二章：根据短路接地线在超高压输电线路上的使用情况，确定了新型短路 接地线导线端线夹的功能要求，并从机构构成入手，对其各组成部分进行了分析。 第三章：根据传动机构的选择原则，设计了三种导线端线夹夹紧机构的传动 方案，并通过增力效果、拉脱方法、整机尺寸等的对比分析，确定了最终实施方 案。 第四章：对实施方案选出的最佳方案进行具体的结构设计和整体布局。 第五章：针对机构中的螺旋副设计、电机型号选择、复位拉簧拉力及手动松 放时的提拉力大小，对导线端线夹机构进行了力学分析。 第六章：对研究成果进行总结。 1 0 新型超高压短路接地线导线端线夹的设计与分析 第二章导线端线夹的功能要求与实现 第二章导线端线夹的功能要求与实现 2 1 前言 在机械产品设计过程中，产品的使用情况分析与功能定位是决定产品成败的 重要工作 2 5 - 2 6 。本章分析超高压短路接地线导线端线夹的使用情况，进而明确新 型导线端线夹的功能要求，并探讨各种功能的可能实现途径与方法。 2 2 功能需求分析 2 2 1 使用情况 本课题设计的短路接地线导线端线夹主要用于超高压架空电力线路，其杆塔 按不同的用途和作用可分为直线杆塔和耐张杆塔2 7 1 ，如图2 1 、2 2 所示。直线杆 塔又称中间杆或过线杆，由于输电导线通过悬式绝缘子挂于横担下方，故直线杆 塔主要承受导线的重力；耐张杆塔上的导线是用耐张绝缘子串( 或碟式绝缘子) 和耐张线夹固定在杆塔上，因此主要承受导线的水平拉力。根据要求，悬垂绝缘 子串的绝缘子片数在海拔高度1 0 0 0 m 以下地区，不应少于表2 1 数值，耐张绝缘 子串的绝缘子片数应在表2 1 的基础上增加：对1 l o - - 一3 3 0 k v 送电线路增加1 片， 对5 0 0 k v 送电线路增加2 片。可见，随着电压等级的升高，导线与杆塔之间的安 全距离随之增大，对于5 0 0 k v 电压等级的超高压输电线，上述安全距离高达4 m ， 如此远的距离使导线端线夹的装夹与拆卸变得相当困难。 图2 1 直线杆塔 图2 2 耐张杆塔 表2 1 悬垂绝缘子串的最少片数 第二章导线端线央的功能要求与实现 新型超商压短路接地线导线端线夹的设计与分析 为保证检修人员的安全，我国超高压输电线路的短路接地措施普遍采用抛挂 式短路接地线进行，接地线的截面面积必须严格保证大于2 5 m m 2 。装设接地线时， 操作人员站在杆塔横担上，在导线上方垂直向下抛挂导线端线夹。对于直线杆塔， 操作人员只需缓慢放下捆绑导线端线夹的绝缘绳，通过导线触发线夹内的弹性顶 杆实现夹紧；而对于耐张杆塔，由于导线不在横担下方，只能利用绝缘绳将导线 端线夹抛挂到导线上进行，由于无法很好控制导线端线央，因此很难一次性成功， 特别是当风力大时，抛挂线夹耗时可长达2 个小时之多，耽误到其他工序的顺利 进行，造成停电时间的延长。有时导线端线夹在无法对准导线的情况下，工作人 员直接从杆塔顺着耐张绝缘子串爬行至导线位置，但在未防止停电线路突然来电 的技术措施做保证的前提下，直接爬至导线装设接地线是非常危险的。查阅相关 文献，发现耐张杆塔上导线端线夹的装设主要通过操作杆的协助将线夹送到导线 挂接处进行，因此本课题设计的导线端线夹应具备安装操作杆的装置。 此外，这种抛挂式短路接地线导线端线夹还具有以下弊端： ( 1 ) 主要通过撞击导线来触动导线端线夹内的弹性顶杆实现夹紧，若线夹与 导线的撞击力度不够，就很难触发弹性顶杆夹紧导线，而且利用弹簧力来夹紧导 线，夹紧瞬间冲击力太大，易使电线受损，长期使用，弹簧也易失去弹性，使夹 紧不可靠。 ( 2 ) 预备状态需要靠手用力掰开线夹卡脚完成：若弹簧太细，线夹与导线不 能实现可靠的连接；若弹簧太粗，预工作状态无法操作，同时增加了检修人员的 工作量及工作强度。 ( 3 ) 在拆卸时，由于只能依靠硬拉绝缘绳使线夹克服弹簧力来脱离导线，因 此若弹簧力太大，则很难实现线夹的拆除，特别是在无张力的导线上，强行拉拽 线夹很容易使导线受损。 ( 4 ) 一般导线端线夹不能有效的夹持多种不同截面尺寸的导线，适用性比较 兰 z lo 2 2 2 功能需求分析 通过对短路接地线导线端线夹的使用情况分析，发现导线端线夹应在夹紧方 式、操作过程、适用性等方面进行创新性改进，以克服现有短路接地线的种种缺 陷，因此本课题所设计的新型超高压短路接地线导线端线夹应满足以下使用功能 要求： 1 2 新型超岛压短路接地线导线端线夹的设计与分析第二章导线端线夹的功能要求与实现 ( 1 ) 直径要求 为提高短路接地线的适用性，导线端线夹的开口度应能满足产品所规定的待 接地导线的截面范围，目前2 2 0 5 0 0k v 架空输电线路最常用的导线普遍采用钢 芯铝绞线，在海拔不超过1 0 0 0 m 地区导线外径不小于表2 2 所列数值2 7 1 ，由此可 见，为提高短路接地线的适用性，所设计的导线端线夹应适用于直径约在 2 0 4 0 m m 之间不同电压等级的输电线。 表2 2 导线最小外径( 海拔不超过l0 0 0 m ) 标称电压( k v ) 2 2 03 3 05 0 07 5 0 导线股数 l12234456 导线外径( 舢) 2 1 63 3 62 1 63 6 2 42 6 8 22 1 63 6 93 0 22 5 5 ( 2 ) 夹紧要求 短路接地线在使用过程中应保证其与电力设备及接地体的连接处具有足够大 的夹持力，以保证连接的可靠性和稳定性，并应符合短路电流作用下的动、热稳 定的要求。此外，由于高空作业环境恶劣，短路接地线还需考虑# 1 - j n 风力等造成 的摆动及接地软铜线引起的振动。在保证夹紧力足够大的情况下还要求夹紧时的 冲击力不宜过