一種新型高壓熔管安裝工具的研究

何楊鋒 呂文峰 余磊

（國網安徽省電力有限公司太湖縣供電公司，安徽安慶 246400）

1.現狀分析

1.1 設備現狀

目前對于110kV及以下變電站而言，安徽省自2016年左右才主推高低壓設備采用戶內開關柜的設計方案，所以現役的110kV及以下變電站中，絕大部分未改造的變電站里所裝設的高壓熔斷器均在戶外環境下運行，這些高壓熔斷器往往運行年限超過5年，設備狀況較差。以我公司管轄的16座35kV為例，高壓設備采用戶外式的占比超過80%，其中運行年限超過10年的占比超過60%。當電力系統出現故障時或遭遇惡劣的天氣時，產生的故障電流較大，設備狀態較差的高壓熔斷作為一種電力設備的保護器往往首當其沖，成為受損設備，因此，每年一線班組安排的高壓熔管檢修任務次數都比較多，尤其是極端惡劣天氣較多的年份[1]。

1.2 搶修現狀

高壓熔管作為保護器件串聯在電壓互感器或站用變壓器的電路中，在惡劣的雷雨天氣或者電力設備產生故障時，電網會產生較大短路電流或者過載電流，高壓熔管熔斷熔體斷開電路，對電力設備起到保護作用。保護斷開電路后，會造成裝置無法及時采集電壓數據或者導致站內失電，對電網的穩定運行產生極大的安全隱患，所以需要工作人員在第一時間內及時完成搶修工作，確保電網穩定可靠運行。由此可知，高壓熔管的檢修更換工作通常都是在情況比較緊急的情況下進行。根據現場工作情況，高壓熔管的更換任務雖然流程比較簡單，但是每次檢修過程卻需要耗費大量的時間和人力，總結幾點原因[2]：

（1）設備更換難度大。由于戶外環境影響，高壓熔斷器頂蓋鐵部件銹蝕嚴重，又因為熔管內部彈簧彈力大使得內部熔體撐住頂蓋，所以拆裝高壓熔管需要兩人配合工作才能順利完成，導致拆裝效率低。（2）設備更換危險性較高。主要原因是高壓熔斷往往安裝在離地面3m左右的橫擔上，搶修時，工作人員必須搭扶梯子登高作業，又由于高壓熔斷拆裝的特殊性，需要兩人同時登高作業，危險系數較大。（3）搶修環境比較復雜。主要原因是這類檢修工作往往在雷雨天氣開展，且夜間較多，照明條件較差，搶修環境復雜。因此高壓熔管的檢修過程在多方面因素的影響，導致工作效率效率低下，需要耗費大量的人力物力。

2.制定方案

為了能夠提升戶外高壓熔管的檢修效率，本文將致力于設計一款新型戶外高壓熔管安裝工具，解決安裝過程中費力、操作不便及工作效率低的問題，在搶修更換高壓熔管時，可以通過該工具的輔助作用，在緊急的搶修環境下，降低更換的難度，明顯提高高壓熔管的更換效率。

2.1 外觀結構設計

通過分析研究高壓熔管的結構參數和組裝過程，設計出一種戶外高壓熔斷器專用更換工具，該工具包主要由3部分組成，分別是間距調節裝置、導桿和固定部分。間距調節裝置安裝在導桿的中間位置，U形固定夾板通過導桿對稱分布在兩端，其中一塊壓板可以靈活轉動，另一塊壓板可以進行水平移動，操作人員可以通過間距調節裝置調節兩塊夾板之間的距離，達到固定高壓熔管和壓緊頂蓋的目的。更換過程中，該工具通過間距調節裝置帶動導桿正、反轉實現兩端壓板間距離的大小調整，從而壓縮高壓熔管內置的彈簧，當熔管彈簧壓縮到位后，即可固定高壓熔管兩端的帽蓋。

2.2 傳動機構設計

該戶外高壓熔管安裝工具的傳動機構采用齒輪傳動的方法，傳動機構主要由3部分組成，內置于傳動機構箱體內部，分別是刺輪、刺爪和檔針。刺輪位于箱體中間位置，固定于連桿上，刺輪左右兩邊對稱布置刺爪，刺爪中間位置安裝檔針，檔針形狀不規則，負責調整刺爪與刺輪的距離。工作過程中，通過左右旋轉檔針，改變刺爪的與刺輪的接觸面，控制刺輪可旋轉的方向，從而帶動連桿工作，實現間距調整，最終實現可以通過傳動機構的操作來輔助安裝戶外高壓熔管的目的，這樣就可以更省力、更高效的完成檢修任務。

2.3 照明附件設計

考慮到高壓熔管損壞一般發生在雷雨惡劣天氣，因此更換高壓熔管時往往現場照明環境較差，所以該便攜式高壓熔管安裝工具設計時在工具兩端預留凹槽，用于吸附照明工具，這樣在檢修操作的過程中，可以直接通過工具上的照明功能看清螺絲所在位置，更加方便檢修人員在惡劣環境下的操作，提升檢修人員的工作效率。該照明工具采用可充電設計，應用LED光源燈珠，底座采用磁性設計，可直接吸附于工具兩端的凹槽處。

3.方案實施

工具的研制不僅需要滿足功能需求，同時還需要通過基本的安全測試，其機械性能、壽命周期和操作的便利性相應的需要滿足現場的工作要求[3]。

3.1 主要材料選擇

根據高壓熔管的相關參數，熔管的重量有20kg，內置兩個彈簧的彈力介于1000N～2000N，所以該工具的間距調節裝置至少需要克服2000N的彈力，并且機械硬度需要強于高壓熔管頂蓋的機械硬度，固定部分需要承受的重量大于20kg。綜合考慮多方面因素后，選用了市面上流通較廣的碳素鋼作為該工具的基礎材料。

3.2 工具研制

結合設計方案的編制過程，繪制該工具各組成的機械圖形和安裝圖，在機械構圖完成后，對該工具的各組成部分進行模具制作，再鍛造各組成部分的零部件，最后根據安裝圖裝成工具樣品。通過實際使用，再優化各組成部分的機械結構，最終在各項安全試驗達到應用標準后，與常規的安裝方法相比進行模擬操作試驗，并對試驗數據進行記錄如表1所示。

表1 高壓熔管安裝試驗數據

根據試驗數據分析可知，通過借助研制的高壓熔管更換工具進行高壓熔管的安裝，平均每次用時5min，與常規安裝方法相比，高壓熔管的更換時間縮短85%以上，極大的提高了高壓熔管的更換效率。

4.實施效果

4.1 經濟效益

首先，該工具的應用能夠縮短高壓熔管的檢修時間，減少停電時間，減少了對電力能源的浪費；其次，檢修過程中可以用更少的人員來完成搶修任務，大大減少人工成本的支出；最后，能夠在更短的時間內完成對高壓熔管的更換，縮短了繼電保護裝置和計量裝置的失壓時間，避免了在高壓熔管損害情況下，電網出現故障，而PT采集電壓失敗，無法識別電網故障，不能及時處理故障，從而造成電網一、二次電力設備的損害。

4.2 安全效益

由于高壓熔管的更換大部分都是在搶修工作中開展，工作人員在搶修的過程中為了能夠盡快恢復電網正常運行，可能存在誤操作、登高不系安全帶、機械傷害等安全風險因素，但是通過熟練的掌握此次課題設計的戶外高壓熔管更換工具，能夠極大的提高搶修效率，一定程度上可以緩解搶修人員的工作壓力，讓搶修人員有充裕的時間布置安全措施，避免安全事故的發生。

4.3 社會效益

戶外高壓熔管安裝工具的研制，滿足工作人員在日常檢修和搶修中高效率更換熔管的需求，可以在較短的時間內恢復電網主網的正常運行，縮短了大量檢修時間，極大的提高電網運行的安全性、可靠性和穩定性，提升了企業和客戶的用電幸福指數。

5.結語

本文研制的一種戶外高壓熔管安裝工具可以大大縮短變電檢修人員更換變電站內戶外高壓熔管的工作時間，將平時需要多人參與的工作進行操作簡化，降低了檢修作業時的安全風險，降低了作業現場安全管控的難度，減少了停電帶來的經濟損失，節約了檢修的成本，提升了企業的用電體驗，提高了電網運行的安全性、可靠性和穩定性，產生了非常明顯的經濟效益、安全效益和社會效益，具有較好的推廣價值和應用前景。