一種變電站智能防誤操作空開掛牌輔助工具的研制及應用

廣東電網有限責任公司湛江供電局 凌 青 黃端華

變電站是智能電網“電力流、信息流、業務流”匯聚的焦點，在電網中起著至關重要的作用，變電站的安全穩定運行離不開日常設備的定檢和運維。空開標示牌是一種二次空開狀態和警示的標示，廣泛應用于變電站設備定檢和運維的二次設備及電氣回路，并作為電力安全技術措施嚴格執行。

1 研制背景

懸掛標示牌是變電工作票中最重要的安全措施之一，在變電站設備開展計劃性定檢或設備臨時停電消缺時，需斷開設備的空氣開關（也叫空氣斷路器，簡稱“空開”）電源。在整個檢修工作期間，空氣開關需長時間保持在“分閘”位置使得檢修設備不帶電，以保證檢修工作人員的安全。按照《中國南方電網有限責任公司電力安全工作規程》和《廣東電網有限責任公司電氣操作導則實施細則》的要求，在一經合閘即可送電到工作地點的低壓側空氣開關都應在操作把手上懸掛“禁止合閘，有人工作！”或“禁止合閘，線路有人工作！”標示牌。目前變電站普遍存在應用在二次設備及電氣回路的空開設備廠家較多，型號規格不同、尺寸差異很大，無穩固懸掛位置等問題，對現場懸掛標示牌帶來了許多困難。

2021年期間筆者對湛江地區變電站空開標示牌懸掛使用情況進行了全面的抽查和訪談，普遍發現問題較多，其空開參數、懸掛方式、固定位置、存在問題分別如下：500kV 港城站：施耐德2P、3P，公牛1P、2P，西門子1P、3P；直掛；無固定位置，掛空開上端；容易松脫，掛繩容易觸碰帶電端子。220kV 邁旺站：正泰1P、3P，德力西2P、3P，歐姆龍1P、3P；塞掛；無固定位置，塞空開縫隙；遮擋其他空開，開關門容易松脫。110kV 新村站：天正2P、3P，ABB 1P、2P，正泰1P、2P；繞掛；無固定位置，繞空開整圈；掛繩容易觸碰帶電端子，裝拆困難。35kV 錦和站：羅格朗1P、3P，鴻雁1P、2P，西門子1P、3P；綁掛；無固定位置，掛端子箱外；位置穩固，但不符合規范，不能明確哪個空開。

在2021年上半年的湛江地區變電迎峰度夏安全大檢查中，發現空開標志牌懸掛易掉落、懸掛位置不規范，懸掛閉鎖失效等問題占安全檢查問題總數的30%，按照安全檢查歸類定性，標志牌缺失屬于嚴重的違章類問題，對現場的安全措施管控和防止人身觸電方面帶來了極大的安全隱患，因此規范空開標示牌懸掛和使用刻不容緩[1]。

2 設計思路及方案

2.1 設計思路

從現有空開標示牌懸掛和使用存在的問題分析，主要是無固定懸掛點、容易掉落、容易遮擋、容易誤操作、使用效率低。而市場上雖有類似空開標示牌鎖具，但存在通用性不強、安裝復雜、金屬部件易觸電問題。基于上述問題，提出一種變電站智能防誤操作空開掛牌輔助工具，能符合現場標示牌懸掛和使用的規范并具有以下特點：

操作靈活。該工具應操作簡單靈活，通用性強，能夠滿足變電站內的各種品牌和規格的空開，尺寸大小合適，不遮擋空開、信號和標簽，便于標示牌的懸掛和使用；防止誤操。該工具應鎖定牢固、不易脫落，便于懸掛空開標示牌，警示效果直觀。在空開處于分閘狀態時應閉鎖穩定，防止人員誤操作合上送電，降低操作風險。

安全防護。該工具應采用絕緣材料，耐高溫、防腐蝕、安全可靠、性能穩定、明顯的警示顏色，適合在各種電氣工作環境下使用。工具的關鍵閉鎖部件既能滿足固定空開足夠的應力，也能在使用過程中保持一定的緩沖，避免使用不當造成的損壞和變形；智能識別。該工具應具備對空開位置的智能識別，對空開加鎖或解鎖時，能否發出語音或信號提醒，便于操作人員判斷空開標示牌懸掛穩固，閉鎖完好。

2.2 設計方案

結構設計。變電站智能防誤操作空開掛牌輔助工具采用絕緣材料或塑料樹脂材料，耐高溫、抗腐蝕、安全穩定、耐壓試驗合格，符合變電站安健環警示標準，適合在電氣工作場所內穩定使用。工具尺寸適合，不伸展、不遮擋，位置空間以最小1P 空開為標準設計，并根據變電站現場的空開型號和尺寸，采用對空開通用性閉鎖結構和魚鉤式設計，對空開把手固定良好，保證接觸面和緊固力充分。

掛牌設計。在空氣開關斷開（分閘）電源后，當前懸掛方式是用棉線簡單的懸掛或纏繞在空開本體上，這樣的方式因空開本體上無固定點且棉線也無緊固作用，從而導致安全標志牌容易脫落，因此在工具上設計半封閉式的“V”或“C”小鉤，將需要懸掛的空開標示牌固定在該位置上，一方面保證了空卡標示牌的懸掛固定點，另一方面便于空開標示牌下引空間無遮擋設備。

防誤設計。當電氣設備停電檢修時，在已斷開的空氣開關上懸掛安全標志牌，卻能進行合閘送電操作或當安全標志牌脫落后，在沒有安全警示的作用下人為誤操作合上，極易導致設備或人身傷亡事故的發生。因此在工具上設計擠卡式防誤閉鎖，工具安裝時對空開把手固定，并擠壓空開上端使得空開把手無法移動，對空開擠卡位置安裝傳感器，通過壓力狀態的智能識別發出語音提醒和告警，實現智能與機械結合的防誤閉鎖。

按照變電站智能防誤操作空開掛牌輔助工具設計內容，經過項目組的可行性分析和評估，對比了各方案的優缺點，最終選擇了方案三：方案一。夾扣式，零部件組裝、組裝容易，受力較穩固，尺寸大，使用輕便但不靈活；方案二。頂扣式，3D 打印、配件組裝，組裝一般，受力較穩固，尺寸小，使用輕便但不靈活；方案三。擠卡式，3D 打印、配件組裝，組裝一般，受力穩固，尺寸小，使用輕便靈活。

2.3 原理分析及使用

變電站智能防誤操作空開掛牌輔助工具主要是由魚鉤式本體、擠壓連桿、伸縮彈簧、傳感部件組成（圖1），其主要通過工具部件對空開把手的作用力實現機械閉鎖。一般情況下，當電氣設備停電檢修時空開處于斷開位置、空開把手朝下，若需要對電氣設備送電時則需把空開把手向上撥動，達到電氣回路接通的效果[2]。在防誤閉鎖情況下，電氣設備停電檢修空開已處于斷開位置，采用變電站智能防誤操作空開掛牌輔助工具，首先需將工具頂部滑塊拉起，魚鉤口張開并完全套入空開，然后釋放滑塊后伸縮彈簧自動釋放擠壓，使得魚鉤口完全擠壓空開把手，同時工具前端與空開前端緊密貼合，最后使得空開把手無法移動，達到閉鎖空開合上的作用。在完成輔助工具對空開閉鎖后，魚鉤口位置的傳感器會對空開把手擠壓進行感知識別，提示輔助工具安裝情況，確保空開閉鎖完好，根據需要在輔助工具對應的小鉤上懸掛對應的標示牌，完成安全措施的布置。

圖1 變電站智能防誤操作空開掛牌輔助工具

3 創新與效益

在變電站智能防誤操作空開掛牌輔助工具設計基礎上對零部件進行的采購和組裝，完成了樣板工具的制作。隨后將變電站智能防誤操作空開掛牌輔助工具應用于湛江地區各變電站，并結合2021年第二季度的安全大檢查對變電站的空開標示牌使用和懸掛情況進行統計分析，各變電站的掛牌數量（個）、掛牌問題數量（使用前）（次數）、掛牌問題數量（使用后）（次數）、使用前掛牌工作效率（分鐘）、使用后掛牌工作效率（分鐘）分別為：500kV 東海島站35/15/2/70/10；220kV 雷州站88/25/2/175/42；110kV 中山站32/20/2/63/9.5；110kV 新寮站30/17/1/60/8.9；35kV 前山站15/9/1/30/7.2。其中掛牌問題數量主要包括掛牌脫落、掛牌閉鎖失效和掛牌遮擋，掛牌工作效率主要包括安裝輔助工具并完成懸掛標示牌的時間。

使用變電站智能防誤操作空開掛牌輔助工具后，標示牌使用和懸掛的問題已基本得到消除，解決了掛牌脫落、掛牌閉鎖失效和掛牌遮擋等問題，規范了空開標示牌的使用和懸掛[3]。變電站智能防誤操作空開掛牌輔助工具的使用，避免了標示牌棉線等材料纏繞在電氣設備上引起火災觸電的風險，減少了空開的遮擋范圍，將常規的空開標示牌使用和懸掛時間由平均每個標示牌2分鐘縮短為30秒左右，極大地提高了工作效率。

變電站智能防誤操作空開掛牌輔助工具整體尺寸較小，通用性強、安裝較簡單、生產成本較低、操作靈活輕便，可以適合與各種工業民用的電氣場合，具有廣泛的應用前景。據不完全統計，湛江地區變電站每年設備大約平均停送電375次，需要懸掛空開標示牌5625次，假設每次空開標示牌安裝和懸掛時間為30秒，則每年可縮短節省停電時間140小時，設一條35kV 線路平均負荷為7000kW，年供電量價值為=7000×140×0.6元=58.8萬元，因此在使用該輔助工具后可減少大量設備停電時間、保證設備停電可靠的安全措施，具有很大的經濟效益。

綜上，該輔助工具解決了空開的通用性和差異性問題，杜絕了因標志牌掉落、標志牌遮擋空開標識、誤操作空開等原因造成的安全生產事故，提高了現場安全措施布置的效率，縮短了設備檢修的停電時間，保障了設備檢修停電工作的順利開展。