一種插拔式快速更換低壓空氣開關(guān)的研發(fā)與應(yīng)用

摘要：現(xiàn)時使用的低壓空氣開關(guān)安裝在配電表箱內(nèi)，直接用硬質(zhì)銅排安裝，當?shù)蛪嚎諝忾_關(guān)發(fā)生故障時，需要拆除空氣開關(guān)上下端的連接螺絲才能更換。由于相間距離較小不能帶電進行更換，停電更換過程又會對用戶用電造成影響，基于此，提出一種新型低壓空氣開關(guān)，可在原有基礎(chǔ)上改裝，無須停電拆除連接螺絲，使用時直接拔下壞的低壓空氣開關(guān)，插上新的低壓空氣開關(guān)即可快速完成更換。由于更換過程無須使用工具，且不與帶電部位接觸，操作過程安全快捷。

關(guān)鍵詞：低壓空氣開關(guān);配電線路;開關(guān)設(shè)計

0? ? 引言

供電企業(yè)在配電線路中使用的低壓空氣開關(guān)安裝在變壓器配電表箱內(nèi)，低壓空氣開關(guān)的安裝一般用硬質(zhì)的銅排進行上下連接，開關(guān)的本體采用螺絲固定的安裝方式[1-2]。這種安裝方式存在缺點，即如果低壓空氣開關(guān)發(fā)生故障，需要拆除空氣開關(guān)的上下端連接銅排和開關(guān)本體的螺絲才能更換。在電力行業(yè)里更換此類開關(guān)的流程較為復(fù)雜，因為相間距離較小，采取帶電作業(yè)的方式進行更換非常冒險，容易發(fā)生相間短路事故，嚴重時會引起人身觸電事故，所以一般較少采用這種更換方式。

為防止發(fā)生人身安全事故，電力行業(yè)規(guī)定低壓空氣開關(guān)應(yīng)停電更換，并在更換前安裝接地線。但這種工作方式所需時間非常長，按規(guī)程規(guī)定，更換一個低壓空氣開關(guān)大概需要2 h，這樣長時間停電對用戶非常不友好，往往會導(dǎo)致大量投訴，同時也不利于社會生產(chǎn)，所造成的影響也會很大。

1? ? 插拔式開關(guān)設(shè)計

設(shè)計思路如下：（1）不需要拆裝螺絲，因為工作時接觸導(dǎo)電部分有可能造成觸電事故;（2）減少更換時間，過長的更換時間必然造成停電時間過長，從而不利于生產(chǎn);（3）避免傳統(tǒng)的安全無保障工作方式，甚至應(yīng)考慮能否在更換過程中不動用工具、不與帶電部位接觸，保證操作過程安全快捷。

在設(shè)計時思考了多種方案，最終經(jīng)過對比，發(fā)現(xiàn)對開關(guān)的連接方式進行設(shè)計的方案最優(yōu)，能夠減少大范圍改動。

新型低壓空氣開關(guān)采用全新設(shè)計，分上下底座，下方底座為帶電插點，上方為低壓空氣開關(guān)本體，設(shè)計原理參照高壓小車式空氣開關(guān)的工作原理，斷路插入口采用特殊設(shè)計，加大了接觸面積和接觸壓力，采用本體彈簧加外置彈簧的方式提供壓力，防止接觸點接觸不良，底座帶電部位采用絕緣防護裝置，拔下空氣開關(guān)后無外露帶電部分，操作安全可靠。

插拔式快速更換低壓空氣開關(guān)，分為開關(guān)底座和開關(guān)本體兩大部分，在出廠新安裝時需先將開關(guān)底座裝在配電箱內(nèi)，固定底座螺絲和導(dǎo)電銅排的連接螺絲，送電投運時將插拔式開關(guān)插入開關(guān)底座，再合上開關(guān)即可使用（圖1）。

絕緣底座與配電箱通過第一連接件固定連接，絕緣底座設(shè)有多個螺紋孔，第一連接件與螺紋孔相配合，第一連接件為螺釘，絕緣底座焊接在配電箱中。夾頭由軟質(zhì)絕緣材料遮蔽，夾頭包括兩個相對設(shè)置的夾片，兩個相對設(shè)置的夾片之間的距離不大于接觸刀片的厚度，兩個相對設(shè)置的夾片夾緊接觸刀片，使用時，兩個相對設(shè)置的夾片具有彈性，將本體插入絕緣底座，接觸刀片從絕緣材料遮蔽中插入夾頭，兩個相對設(shè)置的夾片將接觸刀片夾緊，形成可靠的連接點。

快速更換低壓空氣開關(guān)分為絕緣底座和本體，絕緣底座固定安裝于設(shè)有若干導(dǎo)電銅排的配電箱，絕緣底座兩端均固定安裝有夾頭，本體安裝于絕緣底座，本體設(shè)有開關(guān)，絕緣底座設(shè)有卡緊組件，卡緊組件卡緊本體與絕緣底座，本體兩端固定安裝有接觸刀片，夾頭夾緊接觸刀片，可快速更換插拔式低壓空氣開關(guān)。當需要更換低壓空氣開關(guān)時，先將開關(guān)斷開，移動卡緊組件，即可拔出原本體，再將新本體安裝于絕緣底座，接觸刀片卡入夾頭，夾頭夾緊接觸刀片，卡緊組件卡緊本體與絕緣底座，實現(xiàn)低壓空氣開關(guān)的快速更換。

底座使用環(huán)氧樹脂絕緣材料制成，底座上下各安裝3個銅制夾頭，夾頭使用軟質(zhì)絕緣材料遮蔽，空氣開關(guān)上下端各安裝3個接觸刀片，使用時開關(guān)的上下接觸刀片從絕緣材料遮蔽中插入與底座連接，底座中的夾頭將開關(guān)的刀片夾緊，形成可靠的連接點;在底座兩邊設(shè)有兩個絕緣夾口，開關(guān)插入后夾口能將開關(guān)牢固夾住，形成雙重固定。更換開關(guān)時，先將開關(guān)斷開，將開關(guān)兩邊的夾口松開，然后將開關(guān)拔出即可。通過加大接觸面和接觸壓力，插拔式低壓空氣開關(guān)接觸電阻比原設(shè)計更小。獨特的內(nèi)外壓力彈簧設(shè)計為接觸面提供了安全可靠的壓力，能防止接觸不良而導(dǎo)致故障;首創(chuàng)插拔式設(shè)計，使更換過程用時不到10 s，安全可靠，無任何操作風險。

2? ? 安全檢測

為印證插拔式快速更換低壓空氣開關(guān)的安全性，對生產(chǎn)的開關(guān)進行了安全檢測，檢測項目包含安全性、技術(shù)指標和實用性。

（1）安全性試驗檢測：對生產(chǎn)的開關(guān)通電施加交流耐壓，檢測其開關(guān)本體和底座絕緣情況，經(jīng)試驗開關(guān)底座絕緣大于5 000 MΩ，遠大于規(guī)程規(guī)定的數(shù)值，有優(yōu)秀的絕緣性能。

（2）回路電阻試驗：通過對比試驗，在相同型號的低壓斷路器上使用不同的接線方式進行測試，對使用傳統(tǒng)接線的低壓斷路器進行回路電阻試驗，測量出電阻值為11 mΩ，而使用插拔式安裝接線的低壓斷路器測量出的電阻值為0.02 mΩ，完全符合規(guī)定要求。

（3）牢固性試驗：試驗分為0.7 m、1.2 m、2.5 m高處跌落試驗，經(jīng)過不同高度試驗，開關(guān)在底座卡扣的保護下未發(fā)生松脫現(xiàn)象，開關(guān)在試驗后可實現(xiàn)開合和插拔的功能，符合試驗要求。

（4）實用性對比試驗：使用2組人員各安裝1組低壓斷路器進行試驗，對比其安裝效率，安裝傳統(tǒng)開關(guān)用時12 min 47 s（不含停送電安裝接地時間），使用插拔式安裝方式用時2 min 12 s（不含停送電安裝接地時間），插拔式安裝方式顯著優(yōu)于傳統(tǒng)安裝方式。

3? ? 實踐應(yīng)用效果

插拔式快速更換低壓空氣開關(guān)底座使用絕緣材料制成，上下端6個卡口使用加厚彈簧和銅夾片制作，保持了足夠的夾持力度，也保證了接觸電阻符合要求。經(jīng)測試對比，使用插拔式安裝方式的低壓空氣開關(guān)接觸電阻為0.02 mΩ，對安全使用無任何不良影響，甚至優(yōu)于傳統(tǒng)的安裝方式。

本裝置已在3個低壓臺區(qū)驗證使用。據(jù)統(tǒng)計，使用傳統(tǒng)的更換方式，需要3人進行工作，包含停電、驗電、安裝接地線等一系列程序，平均需時3.2 h;使用插拔式快速更換低壓空氣開關(guān)后，所需人力為2人，停電后將舊開關(guān)拔下插上新開關(guān)，平均需時10 min（含停送電時間），極大地提高了工作效率，得到了驗證人員的一致好評。

根據(jù)設(shè)計思路，本裝置的使用范圍以供電企業(yè)管轄的臺架式配電變壓器綜合箱為主。現(xiàn)時供電企業(yè)使用的低壓配網(wǎng)綜合箱以3～4個低壓總開關(guān)居多，在更換時由于供電企業(yè)的安全管理限制，往往需要擴大停電范圍才能更換，推廣使用此裝置后可在綜合配電箱到貨后更換，將原來的開關(guān)拆下安裝上新的底座即可使用，達到快速更換的目的。2020年7月對某供電企業(yè)到貨的27臺綜合配電箱的低壓開關(guān)進行了現(xiàn)場改裝，改裝后試驗合格投運，經(jīng)過2個月的高負荷運行，開關(guān)正常，并在運行期間進行了3次更換操作，均達到快速更換的目標。

以目前更換一個低壓空氣開關(guān)平均用時2 h，每個停電的低壓臺區(qū)平均300戶用戶，平均每戶用電容量3 kW，照明電價0.62元估算，每次更換低壓空氣開關(guān)所產(chǎn)生的經(jīng)濟損失約為300×3×2×0.62=1 116元。縣級市供電局每年需更換的低壓空氣開關(guān)以20次計算，則產(chǎn)生20×1 116=22 320元的經(jīng)濟損失。

更換為插拔式快速更換低壓空氣開關(guān)后，每次拆裝開關(guān)所需時間約為20 s，則每次產(chǎn)生的經(jīng)濟損失約為300×3×0.006×0.62=3.348元，1 116-3.348=1 112.652元;每年節(jié)省22 320-3.348×20=22 253.04元。

4? ? 結(jié)語

社會的發(fā)展對供電可靠性提出了更高的要求，供電企業(yè)的停電檢修時間也相對減少，但一些設(shè)備的損壞卻無法避免，需要進行停電處理。在南方電網(wǎng)公司的典型設(shè)計中，臺架式配電變壓器占了大多數(shù)，這些臺架式配電變壓器絕大多數(shù)使用了綜合配電箱的安裝模式，里面存在著大量的低壓空氣開關(guān)，這些安裝在配電箱中的空氣開關(guān)在高溫高濕的環(huán)境中極易損壞，需要進行停電更換，而長時間停電會造成用戶投訴，同時造成巨大的經(jīng)濟損失，不利于社會安定和發(fā)展。推廣這種插拔式快速更換低壓空氣開關(guān)后，供電所員工到達現(xiàn)場后即可輕松操作，大幅減少了流程手續(xù)，節(jié)約了更多工作時間，因操作過程無須接觸帶電體，也就不需要做額外的安全措施，既提高了操作效率，又增加了企業(yè)經(jīng)濟效益，具有較大的推廣應(yīng)用價值。

[參考文獻]

[1] 陳俊，陳健偉.一種低壓空氣開關(guān)絕緣操作桿的研制[J].機電信息，2020（29）：50-51.

[2] 謝錕，蘇玨，廖衛(wèi)平，等.一種帶故障定位功能的低壓空氣開關(guān)的設(shè)計研究[J].機電信息，2019（33）：147.

收稿日期：2021-01-21

作者簡介：何南生（1980—），男，廣東開平人，工程師，從事電力管理工作。