随着超（特）高压主干线路的逐年发展，电力线路日常工作也随之加大。为了保证输电设备的良好运行，需要根据线路运行状况定期对其停电检修维护。根据电力安全工作规程（线路部分）的要求[1]，作业前必须对停电线路挂接好短路接地线。根据工作现场情况发现，现有的接地线主要为绝缘棒式接地线和夹钳式接地线两种[2]，但是该类型接地线挂接过程中会出现不易挂接、挂接不牢靠、人员负重大、易脱落等风险；普通接地线当遇到耐张转角塔内角侧导线挂接时，因为受角度和距离影响导致跳线（导线）外飘，挂接及拆除更为困难。根据国家电网公司统计，全国范围内，由于作业人员接地线的使用不当造成的事故占现场各类工器具误操作引发的全部事故的60%[3,4]。基于此，需要研究一种可以挂接各类现场的线路接地线，该接地线要质量轻便、结构简单、安全性高、容易操作。

超高压输电线路接地线挂接位置和低压线路、变电站接地线等多有不同，作业人员一般处于输电塔横担顶端，用垂直向下或者有角度的斜向下的方式进行接地线挂接，邹尚汝[5]参考轮船抛锚的方式以及消防用救生飞抓的结构，设计了一种以手抛的方式[5]完成接地线挂接的装置，该类挂接方式应用的电压等级、电杆内外转角角度均不受影响，通用性较高，但也存在一些问题。基于此，本文又设计了一种新型的手抛式输电线路接地线，并进行了实地验证。

1、传统接地线情况调查

输电线路接地线和变电站接地线多有不同，受工作现场环境影响，挂接人员所处的位置为输电杆塔杆上或横担上，能活动的范围狭小，站立位置也多有不便或者无站立位置，需要依靠安全带作为受力体保持作业人员的身体平衡。根据现有的接地线来看，夹钳式接地线无支撑结构，本身由接地端、接地软铜线、接地线夹3部分组成[6]。这种接地线夹是利用夹口的簧片受力激发而完成闭合，因此该类接地线只能在目标导线挂接上方垂直角度的线路挂接时使用，现场应用的局限性很高。另一种线路接地线为带绝缘杆的猴头挂钩式接地线，该类接地线配有一根绝缘杆，依靠绝缘杆作为线夹的支撑结构，手持绝缘杆根部，向目标导线伸出挂接，顶端配有猴头式挂钩，通过旋转绝缘杆螺纹的方式完成夹口闭合，同理拆除时与挂接方向相反[7,8]。以上两种接地线具有如下问题。

a）输电线路前进需要根据地形进行转向，转向塔称为转角耐张塔。当杆塔出现转角时，内角侧跳线（导线）会延伸到杆塔外侧，根据图1计算跳线串外移尺寸，其中

夹角1=2×夹角2=10°；夹角2=arcsin(0.6/6）≈5°

也就是说，当线路转角发生10°（见图1）以上偏转时，杆塔内角侧跳线将向塔身外侧“飘出”超过0.6 m，作业人员站在横担顶端，伸出手臂也很难使用夹钳式接地线来完成挂接，只能使用带有绝缘操作杆的棒式接地线，依靠杆身“支撑”将线夹挂到导线上。其中，电压等级越高，输电杆塔尺寸越大，转角角度越大，该类现象就越明显。当转角角度为90°时，根据三角函数，导线外飘达到4.24 m，如果导线有小弧垂，距离将有5 m以上。图例以常规500 kV输电塔进行计算。

图1耐张塔内角测试（m)

b）一般带绝缘杆式的接地线如图2所示。由于绝缘杆比较长，为便于携带，以500 kV为例，这类绝缘杆分为3节，总长为6 m。高空手持使用前现场组装，组装后绝缘杆加长，单手握底端，另一只手扶持，将接地线线夹送至目标导线通过旋转杆身的方式，完成挂接[9,10]。此时绝缘杆受力类似于“钓鱼”的杠杆式结构，端部越重，力矩越大，手持端部压力越大。在满足导线端挂接要求时，经测量，底端手持部分的等效手持压力约为433 N。与此同时，杆塔上操作空间狭小，绝缘杆受力下垂，耗时长，操作难度大，自身质量约6.7 kg，具有一定坠落隐患。

图2传统带绝缘杆式接地线  

c）有个别利用夹钳式接地线尝试手抛挂接，即：依靠触发簧片完成夹口闭合的接地线，检修人员站在耐张塔横担上无法将接地线挂到瓷瓶串外侧[11]，采用“飞镖”的方式将线夹飞夹在导线上，这种要求的精度较高，一次性挂接率非常低，在有风的情况下，甚至1 h都难以完成接地线挂接。根据近年来输电线路挂接统计率分析，一次性设备挂接率低于70.4%[12,13]时，需要多次进行尝试，增加了高空坠物伤人的风险，连杆连接过程中损坏风险和人员长时间工作体力过度消耗导致的工作疲劳均是传统类接地线挂接的弊端[14]。在工作现场经常发现，作业人员携带夹钳式接地线沿绝缘子串爬向导线，手持绝缘皮线夹，挂接到均压环上，这属于严重工作违章现象，有很大的触电风险。

2、设计目标

2.1抛接式线夹目标设计

夹钳式接地线无绝缘杆，导线端夹头为弹簧式激发控制夹口闭合，抛接时难以对挂接导线精确瞄准确保弹簧被激发，一次性成功率很低。由于绝缘杆自重较大，绝缘杆自重占比约为整体接地线的一半，使用时力矩大，操作困难。因此需要一种特殊机械结构线夹，一方面可以保证一次性挂接成功率，另一方面可以去除绝缘杆结构，降低接地线重量，改变现场工作方式，抛接完成接地线挂接。

2.2双段控制完成挂拆

线夹设计思想类似于传统的双舌型线夹，通过线夹双向弹簧舌片，利用拖拽弹簧压力将导线夹紧入槽，作为接地体与导线之间的可靠连接。接地线在使用完毕后，需要拆除。然而在接地线无绝缘杆作为支撑结构后，不能通过绝缘杆这种硬质材料采用旋转的方式螺旋压紧和松弛[15]使导线脱出，若采用强制拖拽抖动的方式，因为受力方向与线夹夹口的方向不一致，会导致线夹和导线的磨损，经过数次拖拽可能会导致线夹损坏。因此需要介入一根绝缘绳索，作为控制端开关，通过机械结构远程控制接地线夹状态，使其可以将受力方向转向，挂接和拆除实现双段控制，进而完成接地线的拆除。

3、结构设计

3.1接地线夹设计

线夹参照传统的双舌式挂钩工作原理，采用压舌弹簧的方式与目标导线进行挂接。为了提高一次性挂接成功率，对该类线夹进行了形状改造，具体如图3所示。其中，9为绝缘绳，18为转轴孔，21为配重铁，22为接地环，23为圆环，24为转轴杆，25为接地线夹，26为销钉孔，27为凹槽柄，28为导线。该形状线夹钩头的特点是：一是线夹钩头根据比例扩大了导线处引入口，导线引入口较普通双舌形开口宽，以普通的500 kV线路常用630 mm2导线为设计依据，该导线引入扩口为导线直径2倍。二是根据重心在线夹入口顶端设计了配重铁，在抛接的过程中，保证引入口方向相对于操作人员方向向下，利用接地端铜线控制线夹摆动，可大幅度提高线夹抛接时的一次性挂接成功率。三是线夹在样品加工时进行了疲劳试验，保证夹口弹簧的牢固性，同时在线夹钩头顶端焊有结构环，可连接绝缘绳，便于后期接地线拆除时拖拽使用。四是在线夹转向处18设计限位槽，使得线夹转向时限角为90°，避免角度摆动过大，失去稳定性。

图3新型接地线夹示意图  

3.2双段控制接地线夹结构的设计原理

使用时，将接地端连接杆塔塔材，将销钉顺着26销钉孔插入到线夹中，使得线夹与25和27凹槽柄固定为一体。绝缘绳在接地线夹上连接两处，端部直接系在接地线夹顶端圆环，顺绝缘绳30～40 cm处，连接销钉尾端。绝缘绳受力后，销钉将第一段受力，脱出后接地线圆环二段受力。绝缘绳另一端系在杆塔上拆除时备用。当实际作业时，将线夹向目标导线进行抛出，扩口搭接到导线上后，收紧接地线，使得导线9沿着扩口夹入接地线夹预留的夹口中并夹紧，开始现场检修工作。待现场工作完毕后需要拆除时，解下绝缘绳，先将销钉从线夹拉出来，线夹则可沿着轴24在平面内活动，继续拉绝缘绳，线夹沿着受力方向发生翻转，在受力后脱离导线，完成接地线拆除。

3.3增添接地线绝缘柄设计原理

接地线设计初衷目标之一是降低自重，省去绝缘杆，提高便携性。但是因为缺乏绝缘杆作为支撑结构，挂接时需要作业人员站在横担端向跳线抛出，再拉回完成线夹钩头夹紧导线。根据电力安全规范，作业人员不可直接触摸接地软铜线，防止被感应电击伤，这时就需要在接地端设置一绝缘手柄，该手柄采用玻璃纤维材质，管状结构，长约40 cm，套接在接地线接地端附近。在挂接接地线时，利用该手柄完成拖拽，将导线用线夹夹紧。

4、接地线试验

4.1样品可靠性试验

4.1.1线夹钩头的疲劳性测试

测量导线引入口间距，夹紧导线反复100次，复测线夹变形情况，引入口间距变形为0，但是弹簧为损耗件，根据检修工作需要和安全规定要求，接地线年检时需要进行常规弹簧更换。观察引入口磨损情况，根据磨损位置调整引入口弧度及配重铁位置。

4.1.2线夹挂接可靠性测试

样品在试验基地挂接模拟导线630 mm2，共计试验15 d，挂接角度分为30°、60°、90°以及135°典型挂接角度，恰好期间经历大风和大雨天气，均未发生脱落现象，确保了新结构接地线挂接牢靠。

4.1.3拖拉荷载试验

因新接地线去除绝缘杆，通过接地绝缘手柄利用接地软铜线拖拉完成挂接，需要考虑长时间拖拉是否会造成线夹变形。根据安全规程要求，进行动荷载试验，根据试验情况看，夹紧时的平均拉力仅为7.485 N，外观无任何变化，符合国家电网荷载后无变形的标准要求。

4.1.4销钉脱出概率统计

测试时，将其分成10组插拔测试，同时统计脱出受力情况，每组连续测试10次，共计100次，详情如表1所示。经过统计发现。销钉可实现100%一次性脱出，经测试所需的力在32～45 N时脱出的概率最高（如图4所示），进而实现钩头反转。

表1销钉脱出受力统计表  

图4销钉脱出受力分析  

在线夹防脱力学测试中，2种线夹夹紧同一目标导线，在受到外力迫使线夹脱离时，新型接地线夹需要158 N的力方可脱出，传统类别的接地线夹需要105 N的力发生线夹脱出。相比较说明新型接地线夹挂接防脱性能要高于传统类别接地线。

4.2现场挂接试验

样品测试成功后，根据国家电网公司要求，送至专业的检测机构进行现场安全检测。现场试验是在500 kV输电线路1∶1模拟杆塔上进行。首先，作业人员得到许可后，在塔材侧先挂接接地线的接地端，利用销钉将钩头线夹销紧，线夹夹头不可相对移动，整理好控制绝缘绳。其次，慢慢将接地线沿重力方向向下放，握住绝缘手柄，向目标导线抛接并令引入口搭接上，拉紧手柄，线夹夹紧导线，开始现场工作。第三，完成工作后需要拆卸时，拉绝缘绳，带出销钉，线夹钩头可以在所在平面移动，继续拉绝缘绳，绝缘绳连接线夹顶端圆环进而实现翻转将线夹脱离导线，完成接地线拆除。

由于新型接地线以500 kV为标准制作，最长仅6 m，受长度限制在500 kV输电铁塔上不会触碰其他带电导线及物体，线夹受绝缘绳和铜线双保险，抛接时不会脱落，安全可靠。因为设计时省去绝缘杆，总体质量降低54%，仅为3.15 kg。

测试时，挂接分不同气候进行测试统计，一种为温和天气，最适宜工作的无风（0 m/s)25℃气温。通过挂接时间统计分析，在保证一次性挂接成功率同为100%的情况，虽然不同作业人员熟练度不同，新型接地线挂接时间都要低于传统接地线挂接时间，具体如图5所示。另一种为模拟秋冬季工作环境，在4级风（8 m/s)10℃天气，每个作业人员挂接时间较适宜温度、无风情况相比都有所延长，但是新型接地线挂接时间仍小于传统接地线挂接时间且天气环境越恶劣，时间差值将越大，新型接地线挂接时效越明显，具体如图6所示。

图5良好天地人员挂接接地线耗时图

图6恶劣天气时人员装拆接地线耗时图  

新型接地线的拆除只需要拖拽绝缘绳2次即可完成拆卸工作，时间几乎可以忽略不计，相比需旋转绝缘杆挂钩的传统接地线的拆除时间，无论何种工况环境，节约时间至少在3 min以上。

5、接地线推广

接地线经过相关检测机构检测合格后，根据电力公司技术合同委托生产，目前已经具有批量产品，即将计划应用于安徽超高压公司及芜湖供电公司停电检修工作中。该类接地线不仅可以用于耐张塔内转角的情况，还可以应用于不同塔形、不同角度的情况；根据生产实际需要，还可以调整接地线长度、接地铜线直径，应用于220 kV及以上不同电压等级的输电线路接地线挂接，通用性良好。该类接地线的发明及推广使用，可以省去原夹钳式接地线、棒式接地线等各类样式的线路短路接地线，有效减少分类、减少绝缘杆的使用，同时整体质量约为3.15 kg，仅为原棒式接地线质量的56%，单次挂接时长不足3 min，不仅降低了作业人员的劳动强度，也大大提高了作业效率和安全性。

6、结束语

为解决超高压输电线停电检修中接地线挂接困难，提高现场检修工作效率，结合线路接地线挂接的实际工作要求，提出一种新型手抛式接地线的设计思想。该接地线的研发成功，不仅有效地解决了耐张杆塔内角侧接地线挂接难题，还可以利用该结构原理变更接地线长度及铜线截面（即粗细），应用于220 kV及以上电压等级超高压、特高压线路检修挂接，具有较高的现场应用价值。

该新型接地线申请了国家发明专利和实用新型专利，发明公开号为CN113922112A，实用新型专利号为ZL.2020 2 2289803.7。实际接地线沿绝缘杆增加绕线棒，便于整理和收纳接地铜线，但依然属于外部裸露，容易在运输或者吊装时发生磕碰及磨损。后续，需要设计一种接地线仓，在收纳时将接地线收于内仓，接地铜线可以绕轴收纳和展放，一方面线体和绝缘绳不会因为缠绕不规律而散乱，另一方面可以保护内仓不受损，同时提高塔上作业效率。

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文章来源:张恩铭,马海亮,张毅恒.新型手抛式输电线路接地线的研究[J].山西电力,2024(01):9-13.