智能物联接地线系统的研制

任周景，柳哲宁，张丽峰，刘 伟，刘雯欣，梅 斌

（国网浙江省电力有限公司景宁县供电公司，浙江 丽水 323500）

在电气设备上工作时，应有停电、验电、接地、悬挂标识牌和装设遮拦（围栏）等保证安全的技术措施，正确地挂、拆接地线是保证检修人员安全的重要措施。若不小心将接地线挂接在带电导线上、或将接地线遗漏在停电导线上带地线合闸，将对人身安全与电网设备造成重大的危害。

随着城市化建设的发展阶段推进，输电线路的数量不断增加，电网复杂程度与日俱增，停电检修作业需要使用的接地线数量较过去有所增加。通过人力核对接地线是否存在漏挂、漏拆费时费力，且容易产生差错。施工、检修点位的增多也导致监督与管理人员难以顾及所有点位。

如果在挂接地线时调度端突然送电使导线从停电状态转变为带电状态，或作业人员未能判断正确的作业地点又因疏忽大意未进行验电而直接将接地线悬挂于带电导线上，将会引发触电事故，直接威胁到作业人员的人身安全。作业结束后也时有发生作业人员将接地线遗忘在现场的情况，接地线若被遗忘在导线上，将会导致带地线合闸的严重事故，对电网造成破坏[1-2]。

目前被广泛使用的接地线仅具备接地保护的功能，功能性单一。如果能研制一种能够向作业人员与管理人员汇报作业状态的装置，我们就能有效减少误送电事故发生的概率，防止接地线遗漏在导线上，保证施工人员人身安全。

因此，研制一种将自身状态与施工人员、管理人员所持终端智能物联的接地线，对保障工作人员安全是十分具有意义的。

1 接地线的种类

按照适用环境来分，接地线可以分为户内母排型、变电母排型、变电线路型、户外线路型4 种。

母排型接地线的接地夹一般为平口式，与带电设备的母排（铜排）连接，例如：JDX-NL 型平口螺旋压紧式接地线和JDX-NS 型平口手握式接地线，如图1 所示。

图1 JDX-NL 型接地线

线路型接地线的接地夹一般采用双簧卡口式、单簧卡口式或猴头紧压式，与带电体的铜线或铜芯铝绞线连接，例如：JDX-WS（如图2 所示）型双簧卡扣式接地线、JDX-WD 型单簧卡口式接地线和JDX-WL（如图3 所示）型猴头压紧式接地线。JDXWD 型单簧卡口式接地线现已基本被JDX-WS 型双簧卡扣式接地线取代。

图2 JDS-WS 型接地线

图3 JDX-WL 型接地线

本文设计的智能物联接地线系统以JDX-WS 型双簧卡扣式接地线为基础进行改造，该类型的接地线通过双簧头上的弹簧使线卡进接电夹卡槽内，具有挂接方便且牢固的的优点。

2 改造目标

近年来，车载定位器的普及为本文改造接地线提供了思路。安装车载定位器后车主可以通过电脑、手机远程查询车辆所在位置。同时在网络平台进行注册后可以开通短信功能，通过手机短信查询和接收车辆的各种状态统计信息，如超速报警统计、防盗报警等。倘若能够在接地线上也增加相同的定位及状态采集功能的装置，就能使管理人员在远处监视接地线的状态，从而保障作业人员的安全。

因此，本文确定以为接地线加装类似车载定位器的模块的方式来研制一种操作简单、携带方便，能够提高作业人员施工作业的安全性与作业效率的智能物联接地线系统。

3 方案论证

3.1 提出总体方案

根据改造目标，可以将研制的智能物联接地线划分为状态汇报模块与GPS 定位模块2 个部分进行设计。状态报告控制模块作用为当接地线悬挂时使接地线汇报自身“被悬挂”这一状态信息，因此可利用接地线钳口的开合产生的振动与GPS 芯片携带的振动报警功能组合来实现接地线悬挂状态的汇报。钳口张开时通过传动装置使GPS 定位芯片中的振动报警功能开启，GPS 芯片悬挂时产生的振动使GPS 芯片向手机发出振动报警信息，通过手机是否能接收到振动报警信息即可判断接地线是否被悬挂；GPS 定位模块的作用为汇报接地线的位置信息，通过手机能够查询接地线目前所在位置与运动轨迹[3-5]。

由于存在接触高电压的可能性，状态汇报模块应具备良好的绝缘性能；为方便携带，能够安装在内径为20 mm 的接地棒内部。

考虑到电气作业地点常常在野外，因此GPS 模块应具有良好的防水性能与续航能力；考虑到要安装在接地棒上，应尽量减少体积。

3.2 方案选择

3.2.1 状态汇报模块控制方式选择

本次研制的智能物联接地线实现通过钳口开合控制GPS 模块振动报警功能是否启动的候选方案有机械传动控制、红外感应控制、磁力机关控制3 种方案。

机械传动控制：即通过绝缘材料制成的连接杆实现接地线钳口内侧与卫星定位芯片开关的联动。钳口挂接导线受力张开时，钳口机械运动推动绝缘连接杆向下方滑动运动，连接杆末端的金属部位接触并导通卫星定位芯片中的振动感应电路，此时悬挂接地线时产生的振动就能触发卫星定位芯片的振动报警功能，远方终端即可收到振动报警信号提醒。将该信号更名为“接地线已挂接”，即可通过该报警信号的有无告知远方管理人员接地线的悬挂情况。

红外感应控制：即将机械传动控制方案中的绝缘材料连接替换为红外感应装置，当智能物联接地线钳口动作时，红外感应装置的红外线发射端启动，在接地线把手端的红外传感器接收到红外光使电路导通，振动报警模块向远方终端发出报警，告知监护人员接地线已悬挂。

磁力开关控制：采用磁力开关对卫星定位芯片的振动报警模块进行联动控制。当接地线钳口因夹到导线产生的机械运动带动磁力开关的磁力触头位移接近磁力传感器，通过磁力吸引导电金属使得振动报警模块的电路导通并向远方发送报警信息，如图4 所示。

图4 开关通断控制方案

3.2.2 GPS 定位模块固定方式选择

采用热塑材料将卫星定位芯片粘在接地线把手内侧的优点是芯片的占地面积小，且轻便，方便野外携带。缺点为需要另外开凿接地线外壁，且固定住的GPS 芯片无法取下；

热熔胶封装的优点是通过热熔胶材料将GPS 芯片的开关、电池与GPS 芯片封装成一个整体。封装完成后的卫星定位模块具有较为优秀的防水性能，电池相比热塑材料封装容量更大，接地线的续航性能更好。封装完成后的模块放入接地线把手内侧即可使用。该方案的缺点是卫星定位模块整体质量较大，成本较高，如图5 所示。

图5 芯片固定方案

由于接地线接触的电压等级高，为了保障作业人员安全握手部位与钳口应尽可能做到绝缘，因此，钳口与芯片为非直接接触的红外感应控制与磁力开关控制方案优于使用绝缘材料连接卫星定位模块与接地线钳口的机械传动方案。红外感应控制对红外线发射装置与红外传感器相对位置精度要求较高，电力作业现场有时位于深山中，路途颠簸，容易造成红外线发射装置与红外传感器偏位使红外感应控制模块失效。野外作业时间长、受降雨影响可能会面对潮湿的作业环境，对电子产品的续航能力与防潮性能有一定的要求。因此热熔胶封装对GPS 定位模块固定的方案优于采用热塑材料对GPS 模块进行固定的方案。

综合对比分析，本文确定智能物联接地线选用磁力开关来对是否汇报自身状态进行控制，并通过热熔胶对GPS 定位模块进行固定。

4 智能物联接地线制作

磁力开关模块的制作：为了实现挂接地线时钳口张开能启动磁力开关，摘接地线时钳口闭合关闭磁力开关的功能，铝铁硼材料制成的磁力开关被采用焊接的方式安装在钳口内侧（如图6 所示）。

图6 磁力开关模块安装位置与制作实物图

GPS 定位模块热熔胶封装：对卫星定位芯片进行热熔胶封装。将GPS 卫星定位模块安装于接地线把手内侧。安装位置与热熔胶封装开关如图7所示。

图7 磁力开关模块安装位置与制作实物图

5 效果检查

最终研制出的智能物联接地线实物如图8所示。

图8 智能物联接地线实物图

5.1 功能检查

经过改造后的接地线于2022 年5 月18 日送往丽水正阳电力电力建设有限公司检测中心进行安全工器具预防性试验检测，检测结果表明接地线加装的功能部件并未对接地线的物理强度与绝缘性能造成影响。

5.2 磁力开关与GPS 定位芯片联动性测试

打开智能物联接地线把手侧开关，让测试人员携带接地线进行移动，通过手机端App 可以查询到如图9 所示画面，表明GPS 芯片启动后能够实时显示接地线的地理位置与运动轨迹。

图9 智能物联接地线定位效果图

使用接地线钳口对物品进行夹持，手机端App收到振动报警提示，钳口松开后提示消失，表明改造后接地线能够在悬挂接地线时启动GPS 卫星定位芯片，将接地线的状态汇报给管理端。

6 结束语

智能化与智慧化是电网发展的主流方向。通过为接地线加装卫星定位芯片，实现接地线的智慧物联，作业人员在检修线路时便能够自动地将该条线路进入“检修”状态这一信息上传至云端，位于现场的监察人员与位于远端的调度人员都能够通过PC 端或手机App 端知晓该条线路有人作业。监察人员能够监督作业人员是否在正确的位置悬挂接地线，及时纠正作业人员的不安全行为；调度人员能够正确地将检修线路与其他线路进行隔离，作业人员发生触电事故的概率将大幅下降。