變電一次設備機構箱模塊化改造方法

林志鵬，李海賢，馮錦文

（廣東電網有限責任公司江門供電局，廣東 江門 529000）

0 引 言

隔離開關、斷路器等一次設備廣泛應用于電力系統，其電氣一次導流部分由相應的機構箱去控制動作，這就對機構箱內元器件的可靠性有極高的要求。當設備運行年限長、動作次數過于頻繁、運行環境惡劣或操作不當時，就容易發生機構箱內機械元件或電氣元件損壞。現階段，變電站內各類型機構箱由機械元件與電氣元件混合組成，箱內結構與二次接線極為復雜，不便于事故搶修與故障排除[1]。為了提高設備檢修與事故搶修的效率，在對多批次、多型號的機構箱內部結構進行研究后，本文對變電站內各類型一次設備機構箱的模塊化改造思路加以分析，并提出相應的解決方法。

1 設備維修現狀

目前，變電站內斷路器及隔離開關的機構箱種類眾多，部分設備運行年限過久且難以找到相同規格型號的備品代替，相關圖紙存在遺失的可能，無疑增加了維修的難度。在完成電器元件的更換后，需要檢修人員、繼保人員、運行人員多方配合來驗證二次回路的準確性和設備的各項運行性能，任何一方缺席都會造成工作時間延長，存在延誤送電的風險[2]。

機構箱大修的普遍方法是先由工作人員在變電站內根據圖紙核對現場，出具二次措施單后對各電器元件逐個解線，解線后對裸露的導線進行包扎，方可拆除機構箱內各零部件。復裝前，同樣根據二次措施單對接線進行恢復?，F有的各類斷路器及隔離開關機構箱內部接線密集，為了內部走線美觀，在機構箱內大量使用扎帶等對電線進行綁扎處理，無論是檢查維護還是二次回路工作均需花費較長時間進行解線拆線作業。受變電站內工作環境、辦理工作票的進程等因素影響，更換時長不可控，工作量大幅增加，同時還影響到其他作業進度。

現階段，隔離開關機構箱內常見故障有電機燒毀、接觸器損壞、輔助開關損壞等，多表現為二次元器件老化故障，少部分體現為機械零部件出現金屬疲勞、配合不當等。由于隔離開關長時間運行在高電壓、強電場或日曬雨淋的開放環境中，無法避免箱體內部積熱導致密封膠圈老化，當膠圈老化超過一定程度時，容易造成防潮措施失效，潮氣在電氣元器件內導線駁接部位凝結，造成線路不通、電線發熱等隱患，大大降低電氣元器件的運行壽命。這些隱患長時間累積，往往會導致隔離開關在電動運行時回路失效，具體表現為機構拒動或動作阻塞[3]。

在現有設備的運維條件下，無論是零部件更換還是機構箱整體大修，均需要檢修人員和繼保人員同時到場配合，完全無法避免作業中的干擾。對于緊急搶修來說，時效性根本無法得到保障。

2 機構箱模塊化改造思路

對于隔離開關的檢修，一種理想的方式是先將容易老化損壞的分合閘接觸器、熱繼電器、行程開關、分合閘按鈕以及轉換開關等全部集成于一體式控制面板模塊內，然后將舊機構箱內的二次線路改造集成為航空插頭線纜，通過航空插頭拔插的方式連接控制面板模塊與輸入電源、電機、輔助開關等，實現接線的集約化。當需要緊急搶修時，只需要拔下航空插頭就可以斷開相應模塊之間的連接，直接就地更換疑似損壞模塊，從而實現先換后修、優先保證供電的目標。理想的隔離開關機構箱維修流程如圖1所示。

圖1 隔離開關機構箱理想維修流程

對隔離開關的二次回路進行改造，盡可能將各類電路元器件集成為一個電機控制器單元，通過控制器單元來實現驅動隔離開關電機工作，并采集隔離開關的位置信號。在不同功能板塊之間通過特制的航空插頭實現電氣連接，以達成各模塊互不影響、拔插更換的效果。將與控制回路有關的大部分元器件盡可能集成在電機控制器單元中，其余元器件與控制器單元之間通過易于拔插的航空插頭來實現二次回路之間的連接。在變電站現場，當隔離開關機構箱內出現故障導致隔離開關無法動作時，如果出現人員調配困難、無法快速定位并排除故障，可以先考慮整體更換控制器單元來進行故障快速處理，將損壞的功能模塊直接拆下來并帶到條件與人員充足的檢修中心進行修理[4]。

這種模塊化的改造方法帶來了設備檢修流程上的優化和安全性能上的提升，無須繼保人員配合在站內開展二次回路排查工作，避免了復雜的工作流程與作業空間交叉。此外，設備缺陷得以快速解決，能夠及時恢復送電，減少了負荷損失和經濟損失。在故障模塊更換后，檢修人員可以立即開展下一步的隔離開關試分合操作與分合閘行程調整工作，無須擔心二次回路走線美觀、二次回路漏電等對操作帶來的影響。

對于斷路器機構箱維修，目前采用的是整體拆除機構箱并運回無塵車間進行檢修的方式。該方法需要在現場先拆除機械連接部位，再對二次電纜進行解線方能將機構箱整體取下，其中解線這一步驟花費時間過長。如果能將通往后臺的二次線纜改造為航插接線方式與機構箱進行連接，則無須考慮現場接線問題，高效快捷。理想的斷路器機構箱維修流程如圖2所示。

圖2 斷路器機構箱理想維修流程

將傳統的斷路器機構箱內二次回路至后臺的連接方式由大量單芯電線直連改為通過航空插頭橋接的形式，避免復雜的拆線工作。采用航空插頭后，只需拆除機械連接部位的傳動軸、拐臂等，拔出航插后即可取下整個斷路器機構箱，基本避免了需要繼保人員現場拆線作業，使得檢修工作能夠不間斷進行。

3 改造技術創新點

采用模塊化改造思路使得電氣元件箱與機械元件箱實現功能區分，不但避免了檢修、繼保作業空間交叉的可能性，而且使設備小型化、輕量化的程度得到進一步提高，進一步節省安裝時間與成本。在降低大型吊裝機械使用頻率的同時，提高了變電站內人身安全與設備安全系數。采用模塊化改造方法后，大量散布式元件組合變成少量模塊化功能組合，減少了故障定位的時間，從以往的逐條電線地毯式排查變成各項模塊功能驗證。在對故障部位大致判斷后，采用模塊試錯的方法很容易更換故障模塊[5-7]。

模塊化改造后，機械元件箱、電氣元件箱及后臺信息主機等模塊之間通過航空插頭來連接，設備運維單位可對各模塊進行備品備件小批量定制和儲存。當需要開展設備維護、事故搶修時，對故障模塊進行整體輪換即可快速投入運行，大大縮短停電時間，降低經濟損失。故障模塊可帶出現場后再進行精細化維修，減少現場二次接線拆裝工程量并降低調試難度。

模塊化機構箱能夠很好地保護電氣元件，延長其使用壽命。在傳統機構箱中，電氣元件極容易受到機械部分的震動影響，從而出現線路松動、元件破裂等回路故障。在模塊化改造后，由于減少了電氣元件與機械振動部位的直接連接，電器元件很少受震動影響，有效解決接線不牢固的隱患，也同時減少了設備巡視的工作量。在對機構箱進行模塊化改造后，對于有著不同防護需求的模塊也可以進行客制化的防潮和防銹處理，降低設備維護的頻率[8-10]。模塊化的隔離開關機構箱結構如圖3所示。

4 結 論

通過對變電設備機構箱現存問題的分析，提出了一種可以延長設備使用壽命、加快搶修速度、降低作業風險的機構箱模塊化改造方案。根據現有設備機構箱存在的缺陷，結合日常維護、緊急搶修工作中常見的問題，制定了詳細的對策。通過該方案，可以大大優化傳統的檢修環節，節省大量的人力和物力，降低設備運行成本。在未來的老舊設備改造與新設備設計建造環節，設備管理人員及單位可以對機構箱模塊化改造方法進行優化完善，以達到最佳運維效果，提高變電設備的可靠性，保障電力供應穩定。