10 kV開關柜核相支架的研制

張宋彬，楊 光，董大磊，胡 偉，徐 鵬

（國網河南省電力公司鄭州供電公司，河南 鄭州 450000）

0 引言

隨著我國經濟的發展，無論是企業還是居民用戶對電力需求加大的同時，對電能質量和供電可靠性提出了更為嚴格的要求，“手拉手”環網供電模式是提高供電可靠性最直接有效的辦法。環網供電運行中，存在的突出問題就是兩路電源相序相位不一致進行并列運行時，引起相間短路，造成人身傷亡、電網設備損壞。因此新建、改擴建后的變電站和輸電線路，以及在線路檢修完畢，向用戶送電前，都必須進行核相試驗，以確保輸電線路相序與用戶負載所需求的相序一致。

目前，國內高壓電力線路核相均采用有線方式，核相時需要5人進行，一般由一人監督，四人操作，其中兩個人用令克棒分別同時打開開關柜封閉隔離擋板，并保持住，再由兩個人把無線核相棒伸入開關柜靜觸頭進行核相[1]。在這樣的操作過程中，令克棒存在滑脫的危險，操作人員在用令克棒打開封閉隔離擋板時，一旦一方滑脫，人就有可能進入柜內[2]，到時，封閉隔離擋板一頭打開一頭封閉，操作人員和帶電設備的距離就會小于安全距離，造成人身傷害。如果用力不均，會使封閉隔離擋板突然封閉，卡住無線核相棒，引起核相棒斷裂[3]，如果核相探頭斷在靜觸頭里，將擴大停電范圍，影響供電可靠性。

據此，進行了新型核相技術裝置創新研究，通過研制開關柜核相支架，旨在解決問題，安全高效供電。

1 核相工作原理

當兩路電源需要對接時，需要在某一對接點對兩路電源進行核相，保證兩路電源對接時相序相同，如圖1所示，1—n1、2—n2、3—n3相序要相同。

圖1 核相工作原理圖Fig.1 Working principle diagram of phase-check

在開關柜內常規的核相流程如圖2所示，其主要步驟是：1、兩人用絕緣棒把上下絕緣擋板移開；2、兩人用核相儀桿選擇核相的相別；3、另一人控制核相儀控制器開始核相并記錄核相結果[4]。

圖2 常規核相流程圖Fig.2 Flow chart of traditional phase-check

這種核相方法存在多種不便，首先核相工作需要至少5人，占用大量的人力成本；其次，在壓緊卡銷時很容易出現滑落現象，延長了核相時間；第三，空間狹小，工作時存在一定的安全隱患。據統計2016年4月份某公司進行核相工作各步驟所需時間如表1所示。

可見在開關柜內核相過程中，為了保證核相工作安全進行，移開擋板花費時間所占比例較大，大約占據了總時間的 74.4%，此外還需專門安排兩人在核相過程中保持絕緣擋板不遮蓋上、下靜觸頭，耗費人力。

表1 常規核相耗時統計Tab.1 Traditional phase-check time-consuming

2 核相支架的實施方案

通過設計一種核相工具將絕緣擋板卡銷壓緊進而聯動將絕緣擋板移開并固定，可以將核相工作所需人員減少至3人。并且移開絕緣擋板所需時間也會有所降低，提高核相工作效率。連續平滑調節型核相支架由固定裝置、支架卡頭、寬度調節裝置這三個部分組成[5~6]，如圖3所示。

圖3 核相支架組成Fig.3 Composition of phase-check stent

2.1 固定裝置設計

固定裝置是連續平滑調節型核相支架的主要支撐部分。固定裝置支架選用環氧樹脂材料。尺寸應滿足以下要求：

（1）便于攜帶、搬運及操作，固定裝置尺寸質量輕、接觸可靠、操作靈活；

（2）應與支架卡頭、寬度調節裝置緊密連接，固定良好；

（3）高度和寬度的設計應能滿足開關柜需求，經統計10 kV開關柜滑軌寬度一般為80 mm，深度為660 mm。

通過正交試驗設計確定固定裝置尺寸規格，結果如表 2所示。最終確定固定裝置最優組合為長630 mm，寬70 mm，厚15 mm。

表2 固定裝置尺寸評價表Tab.2 The size of fixing device evaluation table

2.2 支架卡頭設計

核相支架卡頭裝置的作用是支撐開關柜內連接擋板的突起圓柱，使擋板能夠可靠移開，露出母線和線路三相靜觸頭。支架卡頭選用不銹鋼材料，形狀為喇叭口型[6]。開關柜內兩卡銷之間的距離為80 mm，卡銷直徑為20 mm，兩卡銷外側之間的距離為110 mm，喇叭口型開口距離D2為118 mm（留8 mm裕度），如圖4所示。

圖4 喇叭口型支架卡頭Fig.4 Trumpet-type bracket chunk

卡銷與絕緣擋板之間為機械聯動原理，如圖 5所示，卡銷從位置3到位置4，則絕緣擋板從位置1移動到位置 2，圖中 L1為絕緣板移動距離，L2為卡銷距離絕緣板上邊緣的距離，L3為固定轉軸距離卡銷的距離[5]。經過統計L1、L2、L3的距離分別為220 mm、180 mm、20 mm。

根據三角形相似原理可得：L3/(L3+L2)=L4/L1，則L4=L1*L3/(L2+L3)=220*20/(180+20)=22 mm。

因此D1=118-22*2=74 mm。

2.3 寬度調節裝置設計

寬度調節裝置的尺寸應滿足以下要求：

（1）為了方便攜帶與操作，寬度調節裝置尺寸應更輕、更牢固、更靈活；

（2）調節桿與固定桿之間摩擦力適當，太大會不易調節，否則會固定不牢靠；

（3）尺寸應滿足開關柜寬度的需求；

圖5 卡銷與絕緣擋板之間機械聯動原理Fig.5 The principle of mechanical linkage between bayonet and insulation baffle

通過進一步應用正交試驗設計確定固定裝置尺寸規格，結果如下：

表3 正交因素水平表Tab.3 Orthogonal factor level table

圖6 寬度調節裝置截面圖Fig.6 Width adjustment device section

采用正交試驗設計確定寬度調節裝置尺寸，結果如表4所示。確定最優組合為R1：25 mm，R2：26.5 mm，R3：30 mm。

3 效果對比

統計該公司使用核相支架后，核相工作各步驟所需時間，如表5所示。

表4 正交試驗結果Tab.4 Orthogonal test result

表5 采用核相支架核相耗時統計Tab.5 The use of phase-check stent time-consuming statistic

由表中數據可以看出，采用核相支架后移開擋板時間極大程度上得到了降低，從而縮短了整個工作時間。此外，工作人數也由5人縮減至3人，很大程度上降低了工作成本，提高了經濟效益。

4 結論

本文通過對10 kV開關柜常規核相工作中各步驟工作所需時間進行分析，確定影響核相工作時間的主要因素。針對不同寬度規格的開關柜，設計了可平滑調節寬度的核相支架，試驗結果顯示，在開關柜內核相工作平均耗時由19.9分鐘縮短為6.8分鐘，極大程度上減少了移開絕緣擋板的非必要耗時，同時核相過程能夠節省兩名工作人員，有效提高了工作效率，降低了人力成本，具有很好的推廣使用價值。

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