吕万辉，何守印，祝晓辉，刘明亮，司立蒙

(1.国网河北省电力公司培训中心，石家庄 050031；2.北京深浪电子技术有限公司，北京 100011；3.国网河北省电力公司衡水供电分公司，河北 衡水 053000；4.国网河北省电力公司石家庄供电分公司，石家庄 050091)

高压输电线路防绕击避雷针切割机应用分析

吕万辉1，何守印2，祝晓辉1，刘明亮3，司立蒙4

(1.国网河北省电力公司培训中心，石家庄 050031；2.北京深浪电子技术有限公司，北京 100011；3.国网河北省电力公司衡水供电分公司，河北 衡水 053000；4.国网河北省电力公司石家庄供电分公司，石家庄 050091)

针对高压输电线路防绕击避雷针拆除困难的问题，结合防绕击避雷针设备安装与拆除的特点，提出研制防绕击避雷针切割机的必要性，分析该装置的结构、工作原理、电气控制方案和安全性，说明该装置在模拟线路和实际线路中的应用效果，并提出应用中的注意事项。

高压输电线路；防绕击避雷针；切割装置

1 概述

高压输电线路中很多线路经过山区，这些地段一般都是多雷区，电网公司为保障输电线路的安全运行一般都需采用防雷措施，如在某些线路的架空地线上安装防绕击避雷针，防止雷电绕击导线[1]。防绕击避雷针是针对防止雷电绕击导线和保护OPGW光缆而专门设计的一种避雷针，能有效防止绕击雷的侵袭和减少OPGW遭受高强度雷电流的入侵，使输电线路更加安全可靠运行[2]。对高压输电线路而言，在架空避雷地线上装设防绕击避雷针，不仅可以降低线路保护角，进而减少线路的绕击率，且具有较强的引雷作用，提高避雷线的保护范围[3]。这种曾经可行的避雷针随着服役期的延长或期满，已不再适用，甚至起负面作用，导致地线断股或散股的隐患出现。为了防止老旧设备对输电线路设备的损坏，同时便于更新避雷设施，需要拆除线路上原有的防绕击避雷针。但由于输电线路本身的特殊性和这种防绕击避雷针安装的特殊性，这种避雷针很难拆除，同时也不确定架空地线是否被避雷针严重磨损，因此，目前几乎无法对这种避雷针进行拆除。这就需要研究设计出一种可行的拆卸方法和设备，用来拆除这些废旧避雷针。

2 防绕击避雷针安装与拆除的特点

防绕击避雷针按不同型号可适用于110～1 000 kV、±800 kV等交直流输电线路架空地线、截面为35～250 mm2的钢绞线、铝包钢绞线、良导体绞线、OPGW光纤复合架空地线等[4]。防绕击避雷针外观及结构示意分别见图1、图2[5]。

图1 防绕击避雷针示意

安装要求，在架空地线上安装配套的护线条，将线夹安装于护线条中部，螺栓拧紧力矩65 N·m。使避雷针杆朝向线路地线外侧，防振锤大锤头朝向铁塔，平衡球和套管尽量保持水平。安装防绕击避雷针时，将避雷针的线夹夹住架空地线，采用专用夹紧扳手将线夹夹紧，再用销钉将线夹固定。专用夹紧扳手采用螺栓螺母拧紧方式，其拧紧力矩为65 N·m。用65 N·m力矩固定夹紧物，再用销钉穿孔固定，即使用高强度机械敲打方式也很难将销钉拆除下来。因此在没有人员上线采用专用扳手的情况下，几乎无法拆除。

图2 防绕击避雷针结构示意

3 避雷针切割机的设计

由于拆除的避雷针属于过时设备并且以后将不再使用，在不破坏导线的情况下，可以采用切割线夹的办法进行破坏性拆除。因此，设计了一种在带电高压输电线路地线上自动行走并拆除避雷针的自动化装置(避雷针切割机)，来拆除防绕击避雷针。避雷针切割机要实现线上行走过程并完成对防绕击避雷针的切割拆除，要解决3大问题：线上行走机械的行走车体结构设计，避雷针切割机的切割执行机构设计，线下遥控装置、线上行走及执行机构装置的通信和电气控制。

3.1 结构

避雷针切割机线上行走车体质量约18 kg，采用橡胶轮较软，不会对线路造成损伤。结构组成为：驱动轮，支撑轮，同步带传动机构，电机，前后支撑臂，两侧支架，用来安装电池、控制电路板及无线模块的下端支架等。

为了使线上行走平台能够平稳地沿高压输电线路爬行，在整个线上行走车体结构设计的几何形体布局上采用对称布置，从而使线上避雷针切割机线上爬车部分机械结构达到动力学、静力学的平衡。所谓对称布置是指线上行走避雷针切割机的行走车体在横向、纵向均具有对称分布的重量和外形尺寸。线上避雷针切割机车体和切割执行机构总体的结构示意如图3所示。

3.2 电气控制方案

线上避雷针切割机作业系统与线下控制模块之间需要通过无线传输进行控制。图4是一种基本电气控制模式，该模式中通信两端全部安装全双工通信模块和通信天线，进行命令交互，操作人员通过操作线下遥控器(手持终端)键盘，将控制指令经遥控收发机发送给线上作业单元的双工通信控制电路板，后者接到指令后，驱动电机或开关控制线上切割机作业系统前进、后退、刹车、紧急制动以及与切割避雷针操作相关的各种命令。

图3 避雷针切割机结构示意

图4 避雷针切割机电气控制方案

3.3 工作原理

避雷针切割机能够通过传感器自动发现避雷针，并通过机器手爪准确抓取避雷针的恰当部位，通过无线遥控的电动切刀将避雷针切除，然后通过机器手爪拖拽回塔端。在带电情况下，传感器自动探测避雷器，并准确切除避雷针的恰当部位，保证切除干净，又不伤害地线。

避雷针切割机的工作过程是将避雷针切割机放到线路上，用遥控器控制其行走。在行走之前，确保切割机的手爪处于张开状态，切刀组件上的滑块处于行程的最上端。控制切割机靠近避雷针，并以适当速度撞上避雷针的一端弯形防振锤上，在接触撞击的瞬间，切割机前部的传感器自动识别到这个接触撞击，然后将切割机的手臂-手爪抱紧避雷针一端弯形防振锤，同时，切割机停止前进。这时，切刀正好处于避雷针待切割部位的上方。此时，先开启刹车将线上避雷针切割机固定住；随后，启动切刀使其旋转；接着遥控滑块带动切刀组件向下运动，带动切刀向下进刀。当碰到切割部位时开始切割，直到切割完毕。滑块在碰到行程末端的行程开关自动停止前进。切割完毕之后，避雷针上的线夹松开，避雷针与架空线彻底分开。避雷针未被手臂-手爪抱住的一端会往下掉落到切割机的托架上，拆除完毕。

3.4 安全性分析

由于避雷针切割机采用可调整的伸缩架、电动滑轨、机械手爪三部分结构，在三坐标系统中保证了较为精确的几何尺寸，能够在保证不伤害地线光缆的情况下，找到机器人需要切除的精确位置。由于人员不上线，使线路免受外力的破坏而造成断股、散股现象。

4 避雷针切割机的应用及注意事项

4.1 模拟线路试验应用

2012年3月28日，避雷针切割机在冀北电力公司北京检修公司模拟实训线路上进行拆避雷针试验。在该次试验中，避雷针切割机成功的拆除了2个图1所示的防绕击避雷针。最后成功的将拆除的避雷针拽回到杆塔端。从切割机靠近避雷针、抱紧避雷针防振锤端头、切刀给进、切割避雷针到切刀退刀整个过程进展都非常流畅，试验达到比较满意的效果。

4.2 在实际线路中的应用

在保定涞源县的实际线路上使用防绕击避雷针切割机进行拆避雷针试验。在该次试验中，避雷针切割机比较成功的拆除了1个图1中所示的防绕击避雷针。在实际线路较强的电磁场环境中，整个试验过程进展得非常顺利，切除过程大约耗时20 s。

4.3 应用中的注意事项

该避雷针切割机只针对用量较大的图1中所示的避雷针，而对其他型号的避雷针，避雷针切割机的结构和手爪不能实施切除工作。在使用过程中除了程序自动控制完成切除中的卡死和过电流的保护外，操作人员也可以通过遥控进行关机，防止电流过大将设备烧毁。同时要注意及时对机器人的电池进行充电，防止上线后无电工作。

5 结束语

随着使用年限的增加，老旧和不适用的防绕击避雷针已经不能适应高压输电线路的要求而需要拆除，采用正常的拆卸方式几乎很难拆除掉输电线路上的防绕击避雷针。在允许破坏性拆除的情况下，采用切割的方式实现拆除功能的防绕击避雷针切割机能够有效的拆除架空输电线路上的防绕击避雷针。该设备已经在北京地区的电力公司和保定500 kV线路进行了现场试验，证明可以快速自动拆除线路上防绕击避雷针，拆除过程安全有效，能保证地线、光缆不会受到损坏。

[1] 马兴誉.防绕击避雷针遥控遥察破除机的研究[J].科技情报开发与经济,2012，22(12):146-149.

[2] 寻 凯.架空线路防绕击避雷针实用化研究[J].高电压技术，2008，34(6)：1301-1304.

[3] 张志劲，司马文霞，蒋兴良，等.特/超高压输电线路雷电绕击防护性能研究[J].中国电机工程学报，2005,25(10):1-6.

[4] 蒋晓雁，赵伟勇.高压线路绝缘与防雷装置的设计[J].纺织高校基础科学学报，2011,24(1):150-153.

[5] 莫付江，陈允平.输电线路杆塔模型与防雷性能计算研究[J].电网技术，2004,28(21)：80-84.

本文责任编辑：王洪娟

Application Analysis on Lightning Rod for Shielding Failure Prevention Cutting Machine of High Voltage Transmission Line

In view of difficult backout of high voltage transmission lightning rod for shielding failure prevention,this paper proposes development lightning rod for shielding failure prevention cutting machine,analyzes the structure,electric setting project,and principles,illustrates the application results in simulation line and real line,and advances the attentions during application.

high voltage transmission;lightning rod for shielding failure;cutting machine

2013-04-18

吕万辉(1963-)，男，高级讲师、工程师，主要从事输配电专业培训教学研究工作。

TM863

B

1001-9898(2013)04-0035-02