一种防误碰新型鳄鱼夹的研究与应用
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联合主办
中国电工技术学会
北京交通大学轨道交通控制与安全国家重点实验室
联合承办
中国电工技术学会轨道交通电气设备技术专委会
国家高速列车技术创新中心
《电气技术》杂志社
会议日期/地点
2019年10月25-27日/山东青岛
贵州电网有限责任公司都匀供电局的研究人员岑荣佳、史纯清，在2019年第5期《电气技术》杂志上撰文，分析了继电保护、高压预试工作中测试线接线存在的问题，在没有改变原有鳄鱼夹的功能上作了创新，设计了一种防误碰新型鳄鱼夹。
创新设计的新型鳄鱼夹在继电保护和高压试验两个专业中进行应用测试，通过测试数据分析，新型鳄鱼夹有效解决了继电保护定检、高压预试工作中误碰误接线的问题，整体缩短了工作时间，提高了现场工作的安全效益和经济效益。
随着我国经济的快速发展，电力需求日益增长，电网设备的定检预试质量优劣严重影响着电力的优质可靠供电。电网设备的定检预试占据着电网作业的绝大部分，检修试验人员长期从事相关工作，现场作业由于作业人员的误碰误接线造成的事故占60%左右，即便是目前的电缆使用较少的数字化变电站、智能变电站也存在着相同问题，安全高效作业是电网企业的迫切需求。
目前运行中的电网设备本质安全缺乏并且更换困难，只能从作业工艺流程和工器具中改进。本文在深入分析了电网定检预试作业中测试线拆接线过程风险高、效率低的要因，设计了一种防误碰新型鳄鱼夹。
1 传统接线问题分析
数字化变电站合并单元和智能终端调试、常规站继电保护现场校验交流模拟量接入、功能校验以及高压预试中需要将测试设备用测试线接入相关回路，对于现场使用较多的Typ UK5N、Typ UDK4端子及相类似端子目前测试线接入方法及存在的问题如下。
1）测试线直接插入端子。该方法是将测试线头直接插入端子排螺丝孔，是一种硬对硬的连接，而这种连接接触不可靠，有的端子螺丝孔较大则测试线头容易掉落，而对于较小的螺丝孔测试线头则无法插入，该方法可能造成试验数据错误或试验失败。
2）借助测试针头。该方法是将测试线头插入测试针头再接入端子排接线孔，该方法操作比较麻烦，若端子排无空端子，则难以接入。
3）采用鳄鱼夹夹电缆芯接头再接入端子，现场无测试针头或针头不充足时使用该方法。该方法需要现场临时找电缆芯做接头，若端子排无空端子，则较难接入，操作时间长且有误碰风险。
4）使用常规鳄鱼夹。鳄鱼夹具有较强的夹持力，将鳄鱼夹直接夹持Typ UK5N端子螺丝孔时，由于端子螺丝孔较小，而鳄鱼夹夹头较大，所以根本不能完全插入，更不能和端子螺钉接触；若夹持公共短接中间连接片螺丝，则有误碰风险且鳄鱼夹易掉落。
5）将端子排原回路接线拆下采用鳄鱼夹接入，该方法需要拆下原接线，操作时间长，有误碰以及误接线的风险。鳄鱼夹裸露的金属部分存在碰触断路器汇控箱箱体造成短路的问题；在恢复原回路接线时会造成接错端子位置的误接线问题；二次线接入接线端子后，也会存在接触不良的问题。
根据2011—2016年的继电保护不正确动作分析，控制回路中导致不正确动作原因统计见表1。
表1 控制回路导致不正确动作统计表
误碰、误接线引起的误动占比35%，回路试验不到位和安全措施不足导致了大部分的控制回路误动。
2 新型鳄鱼夹的研制
由上文分析，提高电力检修、定检预试工作效率，研究更好的作业设备避免上述误碰、误接线是急需解决的问题，为此研制了一种防误碰新型鳄鱼夹。
2.1 结构设计
为解决试验仪器与待测设备的安全可靠连接，研制的一种防误碰新型鳄鱼夹结构设计如图1所示。
图1 结构设计图
夹头一通过转动轴连接到夹头二，转动轴上设置有复位弹簧，夹头一沿着长度方向内设置有导电管，导电管前端设置有可伸缩的导电触头并可伸出夹头一前端，导电触头后端内设置有导电嵌套，导电嵌套内端与导电触头内端连接有压缩弹簧。夹头一和夹头二的夹持面设置有咬合齿。导电管前端设置有防脱内凸缘，导电触头内端设置有防脱台阶，防脱台阶外径大于防脱内凸缘内径。
鳄鱼夹夹头一插入端子的螺钉孔，夹头二可插入接线端子其他螺钉孔或端子外侧固定，导电触头接触导电连接螺钉，试验用的测试线可插入导电嵌套，以上结构设计实现试验仪、测试线、接线端子与待测设备的导通。另外，鳄鱼夹外侧有绝缘胶，解决误碰的风险。通过该新型鳄鱼夹的使用，现场不用拆接原有回路接线，避免误接线的风险。
2.2 加工制作
根据现场调查，使用较多的Typ UK5N、Typ UDK4端子及相类似端子螺丝孔为4mm左右。为便于加工制作降低成本，制作方法主要分为弹簧探针和鳄鱼夹加工两大部分。
1）弹簧探针制作
鳄鱼夹的导电触头和弹簧进行封装制作成弹簧探针如图2所示，为适应端子排螺丝孔及使用需求，导电触头直径2mm，外管直径2.5mm，自由长度12mm。
图2 弹簧探针制作方法图
2）鳄鱼夹制作
将常规开口10mm的鳄鱼夹夹头一夹头二的宽度尺寸由5mm加工至3.2mm。将制作好的弹簧探针焊接至加工好的鳄鱼夹夹头二前端，在焊接好的鳄鱼夹外部套上绝缘胶。考虑到夹头前端部分要插入端子排螺丝孔，根据现场端子排螺丝孔深度统计90%为5mm，部分超过10mm，带绝缘套的鳄鱼夹前端金属外露13mm。一种防误碰新型鳄鱼夹制作成品如图3所示。
图3 制作成品图
3 新型鳄鱼夹使用情况分析
将常用测试线端头插接在制作好的鳄鱼夹导电嵌套内，导电触头插接到端子孔内与螺钉接触，鳄鱼夹夹持在端子上，实现导电固定连接，实现了试验仪测试线与待测设备接线端子的快速可靠连接。现场使用如图4所示。
图4 现场使用图
制作好的新型鳄鱼夹在继电保护和高压试验两个专业中进行现场使用测试以检测其效果，现场统计2018年1—10月276次作业中测试线掉落情况，测试线接线原因造成的试验数据错误失败情况，误碰误接线情况以及作业中平均的拆接测试线恢复安全措施所使用时间。前138次为传统作业方式未使用新型鳄鱼夹，后138次使用了创新设计的新型鳄鱼夹。作业中采取了其他安全措施，未发生事故。统计结果见表2。
表2 测试统计表
表2中采用了新型鳄鱼夹以后又发生2次测试线脱落，一次是由于工作现场地面有碎石，工作人员接线走动失去平衡碰触测试线造成。另外一次是由于保护屏电压端子排太高，而作业人员使用的测试线为4mm的电流线，质量太重造成脱落。
发生的5次试验数据错误失败是由于两次的测试线脱落，其余3次中一次是作业人员首次使用该新型鳄鱼夹夹头一和夹头二用反，一次是由于端子排螺丝锈蚀接触不良，一次是由于导电触头未压紧端子排螺丝。根据以上情况，测试线脱落和试验数据错误失败是由于作业人员操作失误、不熟悉使用方法或测试设备本身造成并非鳄鱼夹的设计制作原因。
防误碰新型鳄鱼夹外层有绝缘护套，接线安全可靠，改善了现场工作的安全性，不需要拆除原有接线，避免了作业过程中误碰、误接线的风险，提高了安全性，即插即用，接线方便，减少了作业过程中的拆接线时间，避免了接线不可靠带来的数据错误以及反复试验，相比原先方式工作效率提高了27%；可插可夹功能完善，满足不同的现场需求。减少了设备定检预试时间，缩短了设备停电时间，提高了经济效益。
根据现场的应用情况及统计数据分析，现场检修试验设备的本质安全得到了进一步的深化和推进。该新型鳄鱼夹小巧方便方便，可接入不同类型的接线端子，接线简单快捷，满足继电保护、高压试验、调度通信、仪表测量等专业的工作需求；解决了传统定检预试工作方式下测试线接线效率低、风险高的问题；具有较高的安全效益和经济效益，保留并拓展了原鳄鱼夹的功能；制作简单，基础成本低，应用简单，具有良好的推广前景。