一种火电厂高压开关柜检修用智能验电接地一体化装置的制作方法

本发明涉及电力设备检修，具体涉及一种火电厂高压开关柜检修用智能验电接地一体化装置，以及采用该装置的检修接地方法。

背景技术：

1、火电厂厂用电系统广泛采用6kv、10kv高压开关柜为磨煤机、给水泵、送引风机等辅机供电。依据《电力安全工作规程》的要求，在高压开关柜及其母排上开展检修作业前，必须依次完成停电、验电、装设接地线三项保证安全的技术措施，其中验电用于确认检修部位确无电压，装设接地线用于泄放残余电荷并防止意外来电危及作业人员。

2、目前火电厂现场普遍采用的作业方式为：作业人员手持声光式高压验电器逐相验电，确认无电压后，再使用携带型短路接地线，通过绝缘操作杆将手动线夹逐相夹装到母排上，并以螺纹压紧机构人工拧紧。该方式的安全性完全依赖作业人员严格执行操作顺序和操作票制度，验电器与接地线是两件相互独立的工器具，二者之间不存在任何物理上或电气上的联锁约束。

3、上述现有技术存在以下具体缺陷：其一，验电与装设接地线两个环节仅靠管理措施衔接，当作业人员遗漏验电步骤、验电器电池失效未被察觉或走错间隔时，存在向带电母排装设接地线的可能，由此引发的弧光短路会造成设备损毁和严重的人身伤亡事故；其二，手动线夹的夹紧力取决于操作人员的拧紧力度，夹紧力离散性大，钳口与母排的接触电阻不稳定，接触不良时短路电流通流能力不足，且螺纹机构在多次使用磨损后容易发生振动松脱；其三，接地状态缺乏电气量反馈，运行人员只能到现场目视确认接地线装设情况，无法远方核查，操作票流转与现场核对耗时较长，延长了机组检修停电时间。

4、现有技术中虽已出现电动操作的固定式接地开关，其操动机构可电动分合，但接地开关固定安装于开关柜内特定位置，无法覆盖母排搭接处、电缆头等临时接地点的检修需求；且其电动操作回路与验电环节之间同样缺乏强制联锁，防误功能依赖柜外的微机五防系统，在五防失效或解锁作业时防误屏障即告失去。已有的便携式电动接地装置则未解决夹紧力恒定保持与失电状态下防止误动作的问题。

5、因此，亟需一种将验电、防误闭锁、电动接地夹紧和状态反馈集成于一体并形成强制联锁的便携式检修接地装置，以从设备结构层面消除带电装设接地线的事故风险，同时提高接地作业效率。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明提供了一种火电厂高压开关柜检修用智能验电接地一体化装置及采用该装置的检修接地方法，将验电、闭锁、接地夹紧、状态反馈四种功能集成于同一装置中，并以控制逻辑和机械结构双重手段实现强制联锁。

2、本发明采用的技术方案是：一种火电厂高压开关柜检修用智能验电接地一体化装置，包括绝缘壳体、验电传感模块、控制模块、电动驱动机构、接地夹持机构、电磁闭锁机构和接地连接组件。接地夹持机构包括固定于绝缘壳体顶部的静夹爪以及与静夹爪上下相对设置的动夹爪；电动驱动机构设于绝缘壳体内部，其输出端通过推杆与动夹爪传动连接，驱动动夹爪朝向静夹爪合拢，将待接地母排夹紧于两者之间。

3、验电传感模块包括设于静夹爪上的电场感应电极和信号调理电路板，电场感应电极靠近待接地母排布置，其感应信号经信号调理电路板滤波、整形后送入控制模块；电磁闭锁机构包括电磁铁和由电磁铁驱动伸缩的闭锁销，闭锁销与电动驱动机构的传动部件对应设置，锁定状态下传动部件无法运动。控制模块被配置为仅当电场感应电极采集的感应电压低于设定安全阈值时，才控制闭锁销解锁并启动电动驱动机构，由此在验电结果与接地动作之间建立强制的电气—机械联锁。

4、进一步地，电动驱动机构包括驱动电机、减速器、丝杠和传动螺母座，丝杠采用导程角小于当量摩擦角的梯形丝杠，与传动螺母座构成机械自锁副，失电后夹紧状态不会自行松脱。

5、进一步地，传动螺母座与推杆之间设有碟簧组，动夹爪压紧母排后碟簧组被压缩并以近似恒定的输出力保持夹紧，消除因电机停转位置差异和母排尺寸公差造成的夹紧力离散；碟簧组预紧压缩行程为3～8mm，稳态夹紧力为800～1200n。

6、进一步地，传动螺母座侧面开设锁孔，闭锁销与锁孔插接配合；电磁铁为断电复位式，装置失电时闭锁销在复位弹簧作用下自动保持锁定位置，构成失电安全的第二重防误屏障。

7、进一步地，装置还设有位移传感器、状态指示模块、无线通信模块和电源模块：位移传感器检测传动螺母座的轴向行程，供控制模块判定夹紧是否到位；状态指示模块就地显示验电、闭锁与接地状态；无线通信模块将上述状态上传至远方监控终端；静夹爪、动夹爪经接地软铜带、接地铜排和接地电缆接头与外部接地网可靠连通。

8、本发明还提供一种采用上述装置的火电厂高压开关柜检修接地方法，包括装置就位、非接触验电判据判定、解锁、电动夹紧、行程确认、二次闭锁与状态上传、作业完毕复归等步骤。

9、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

10、（1）安全性方面：验电、闭锁、接地三个环节由控制逻辑强制串联，未通过验电判据时电磁闭锁销机械锁死传动机构，接地动作在物理上不可能先于验电完成，从结构上杜绝了带电装设接地线的误操作；断电复位式闭锁与丝杠自锁副构成双重失电安全设计，符合电力行业防误操作和安全生产的政策导向。

11、（2）可靠性方面：碟簧组恒力压紧使钳口接触压力不随操作人员和母排规格变化，镀银紫铜钳口配合800～1200n夹紧力可将接触电阻稳定控制在微欧姆量级（设计值），保证短路电流通流能力；梯形丝杠自锁加二次闭锁，振动工况下不松脱。

12、（3）效率方面：验电与接地由同一装置一次完成，单人操作，按设计流程估算单相装设时间可由人工方式的约8分钟缩短至约2分钟；接地状态经无线上传后运行人员可远方核查，减少现场往返确认时间，直接缩短机组检修停电工期，减少电量损失，兼具节能增效作用。

13、（4）可转化性方面：装置全部采用市售通用元器件和常规机加工、模压工艺，无特殊材料与工艺门槛，制造成本低，便于批量生产并在火电厂、变电站、新能源升压站等场景推广。

1.一种火电厂高压开关柜检修用智能验电接地一体化装置，其特征在于：包括绝缘壳体（1）、验电传感模块（2）、控制模块（3）、电动驱动机构（4）、接地夹持机构（5）、电磁闭锁机构（6）和接地连接组件（7）；所述接地夹持机构（5）包括固定于所述绝缘壳体（1）顶部的静夹爪（501）以及与所述静夹爪（501）上下相对设置的动夹爪（502）；所述电动驱动机构（4）设于所述绝缘壳体（1）内部，其输出端通过推杆（504）与所述动夹爪（502）传动连接，用于驱动所述动夹爪（502）朝向所述静夹爪（501）合拢，以将待接地母排（11）夹紧于两者之间；所述验电传感模块（2）包括设于所述静夹爪（501）上的电场感应电极（201）和信号调理电路板（202），所述电场感应电极（201）经所述信号调理电路板（202）与所述控制模块（3）的信号输入端连接；所述电磁闭锁机构（6）包括电磁铁（601）以及由所述电磁铁（601）驱动伸缩的闭锁销（602），所述闭锁销（602）与所述电动驱动机构（4）的传动部件对应设置，用于锁定或释放该传动部件；所述控制模块（3）分别与所述电动驱动机构（4）和所述电磁铁（601）控制连接，且被配置为仅当所述电场感应电极（201）采集的感应电压低于设定安全阈值时，才控制所述闭锁销（602）解锁并启动所述电动驱动机构（4）；所述静夹爪（501）和所述动夹爪（502）均通过所述接地连接组件（7）与外部接地网电气连接。

2.根据权利要求1所述的火电厂高压开关柜检修用智能验电接地一体化装置，其特征在于：所述电动驱动机构（4）包括驱动电机（401）、减速器（402）、丝杠（403）和传动螺母座（404）；所述驱动电机（401）经所述减速器（402）与竖直设置的所述丝杠（403）传动连接，所述传动螺母座（404）与所述丝杠（403）螺纹配合并沿其轴向往复移动，所述推杆（504）的下端与所述传动螺母座（404）连接；所述丝杠（403）为导程角小于其当量摩擦角的梯形丝杠，与所述传动螺母座（404）构成机械自锁副。

3.根据权利要求2所述的火电厂高压开关柜检修用智能验电接地一体化装置，其特征在于：所述传动螺母座（404）与所述推杆（504）之间设有碟簧组（503），所述碟簧组（503）在所述动夹爪（502）压紧待接地母排（11）后被压缩，向夹持点提供恒定夹紧力；所述碟簧组（503）的预紧压缩行程为3～8mm，稳态夹紧力为800～1200n。

4.根据权利要求2所述的火电厂高压开关柜检修用智能验电接地一体化装置，其特征在于：所述传动螺母座（404）的侧面开设有锁孔，所述闭锁销（602）与所述锁孔插接配合；所述电磁铁（601）为断电复位式，断电状态下所述闭锁销（602）在复位弹簧作用下保持插入所述锁孔的锁定位置。

5.根据权利要求2所述的火电厂高压开关柜检修用智能验电接地一体化装置，其特征在于：还包括位移传感器（10），所述位移传感器（10）设于所述绝缘壳体（1）内并与所述控制模块（3）连接，用于检测所述传动螺母座（404）的轴向行程；所述控制模块（3）被配置为当所述轴向行程达到与待接地母排（11）规格对应的设定区间时判定夹紧到位，并停止所述驱动电机（401）。

6.根据权利要求1所述的火电厂高压开关柜检修用智能验电接地一体化装置，其特征在于：所述控制模块（3）包括主控电路板（301）和无线通信模块（302）；所述装置还包括设于所述绝缘壳体（1）外表面的状态指示模块（8）；所述主控电路板（301）通过所述状态指示模块（8）就地显示验电、闭锁与接地状态，并通过所述无线通信模块（302）将所述状态上传至远方监控终端。

7.根据权利要求1所述的火电厂高压开关柜检修用智能验电接地一体化装置，其特征在于：还包括设于所述绝缘壳体（1）内的电源模块（9）；所述接地连接组件（7）包括设于所述绝缘壳体（1）内底部的接地铜排（701）和穿设于所述绝缘壳体（1）侧壁的接地电缆接头（702），所述静夹爪（501）和所述动夹爪（502）分别经接地软铜带与所述接地铜排（701）连接，所述接地铜排（701）与所述接地电缆接头（702）电气连接。

8.根据权利要求1所述的火电厂高压开关柜检修用智能验电接地一体化装置，其特征在于：所述绝缘壳体（1）为环氧玻璃纤维模压件或工程塑料注塑件，壁厚为6～10mm；所述静夹爪（501）和所述动夹爪（502）的钳口为表面镀银的紫铜件，钳口开度适配宽度为60～125mm的母排；所述设定安全阈值取待检修回路额定相电压对应感应电压值的25%～40%。

9.一种火电厂高压开关柜检修接地方法，采用权利要求1～8中任一项所述的火电厂高压开关柜检修用智能验电接地一体化装置，其特征在于，包括以下步骤：s1、将装置就位，使静夹爪（501）挂靠于待接地母排（11）上方；s2、电场感应电极（201）对待接地母排（11）进行非接触验电采样，控制模块（3）判断感应电压是否低于设定安全阈值，若否，发出声光报警并保持电磁闭锁机构（6）锁定，返回s2；若是，进入s3；s3、控制模块（3）控制电磁铁（601）带动闭锁销（602）退出，解除对电动驱动机构（4）的锁定；s4、驱动电机（401）经减速器（402）驱动丝杠（403）旋转，带动传动螺母座（404）连同推杆（504）上升；s5、动夹爪（502）经碟簧组（503）以恒定夹紧力压紧待接地母排（11），位移传感器（10）确认行程到位后停止驱动电机（401）；s6、闭锁销（602）再次插入锁孔锁定，状态指示模块（8）点亮接地指示，无线通信模块（302）将接地状态上传至远方监控终端；s7、检修完毕后，控制模块（3）按相反顺序解锁并驱动动夹爪（502）退出，装置状态复归。

10.根据权利要求9所述的火电厂高压开关柜检修接地方法，其特征在于：步骤s2中，所述控制模块（3）以工频周期为采样窗对感应电压连续采样，仅当连续5个及以上采样窗内的感应电压均低于所述设定安全阈值时，才判定待接地母排（11）不带电；任一采样窗内感应电压超过所述设定安全阈值的，判定为带电状态并保持锁定。