模塊化變電站隔離開關綜合輔助維護工具的研制

鄭哲藝 吳盈藍

（國網福建省電力有限公司漳州供電公司）

0 引言

變電站隔離開關是一類廣泛應用的高壓電氣設備，大多數布置在戶外，運行過程中灰塵等因素會導致設備可靠性下降、性能衰退。及時對變電站隔離開關進行清潔維護工作，可減少設備運行故障發生，對安全生產、提高效能有至關重要的作用。如何在智能技術基礎上實現變電站隔離開關安全、便捷、實時、高效清潔，已經成為新時期變電站運維管理的重中之重。

1 研究背景

目前，現場工作中尚缺乏清理變電站隔離開關的工具，常用人工手動的維護方式危險性極高。為滿足維護需求，提高工作效率，保障安全生產，針對戶外變電站隔離開關設備多種型號，研制一種適用性廣、實用性強的模塊化變電站隔離開關綜合輔助維護工具具有重要意義。

模塊化設計適用于不同種隔離開關型號的轉換，分別對應隔離開關除塵、除垢和防腐潤滑等多個環節的工作需求；維護工具絕緣、抗電磁干擾的性能提高變電站隔離開關的維護工作安全水平；全方位平衡支撐支架能對角度、位置、朝向進行靈活調節，實現維護工具滿足不同型號結構隔離開關的多角度綜合維護工作需求，做到提質增效。

同時，維護工具進行作業的方式能適應不平坦的碎石子地和草地，輔助使用者控制傾斜維護工具合適的角度，以便于隔離開關的綜合維護工作。因此，模塊化變電站隔離開關綜合輔助維護工具的研制勢在必行、意義深遠。

2 技術方案

2.1 基本要求

本次設計的模塊化變電站隔離開關綜合輔助維護工具必須符合本地區隔離開關運行環境和運維規范，重點要明確支撐結構、清潔裝置和安全保護。

1）支撐要求。設計的過程中應保證支撐裝置能夠360度旋轉，且通過滑輪裝置、伸縮結構等實現維護工具位置及長度的調整。尤其是在承重設計中，必須選用剛性強、穩定性高、耐磨絕緣材料，這樣才能夠滿足變電站隔離開關大重量支撐需求。

同時，設計的過程中伸縮結構需帶有鎖緊，避免受力后脫落。底輪設置鎖緊，保證裝置能夠在指定位置卡死，穩定作業。或使用爪型觸地模式，保證底盤穩定。

2）清潔要求。重點是隔離開關除塵、除垢和防腐潤滑等多功能模塊。一般隔離開關清潔維護的第一工序是通過毛刷轉動物理清除設備表面附著的塵埃；第二工序是通過軟軸向毛刷頭傳送清潔液，采取分解酶的原理祛除頑固污垢，規避了水性清潔進而發生導電的可能；第三工序是在設備表層涂抹防護劑和潤滑劑，降低日后的清洗難度，提升設備性能。上述設計的過程中每個工序需使用不同的刷頭，且保證模塊化設計能在電機的帶動下，更換規格一致的刷頭及傳導管，清潔、清洗、防腐、潤滑等不同性質的制劑之間互不交叉。

3）安全要求。保證帶電維護情況下維護工具的絕緣、抗電磁干擾可靠性及安全性。分別通過導電性、耐熱性、防腐性、抗硬度、電磁阻撓性、質量比重性等多個要素采集數據分析，選擇優質絕緣、抗電磁干擾材料。

2.2 工具設計

按照上述技術要求，模塊化變電站隔離開關綜合輔助維護工具主要由模塊化通用轉接頭和全方位可調節支架兩部分組成，其中前者包含隔離開關除塵、除垢和防腐潤滑等多功能模塊，后者可實現清潔位置及角度的靈活調節，見圖1。

圖1 綜合輔助維護工具的系統結構

1）轉接部分。模塊化部件包括毛刷、鉆夾頭角度調節機構、軟軸、絕緣聯軸器、電機、絕緣桿等部件，見圖2。

圖2 接頭裝置的設計

上述轉接部分采用通用轉換結構，安裝牢固，包含滾筒拋光模塊、圓盤拋光模塊、凡士林涂抹和二硫化鉬鋰基脂涂抹模塊，實現隔離開關主刀及地刀刀口清潔、拋光和潤滑，傳動機械結構潤滑等綜合維護工作。

同時，為保證清潔效果，毛刷通過鉆夾頭能在半球型區域內可靠轉動，毛刷自身則通過電機中心聯軸器360度旋轉。而清潔頭毛刷使用微型轉動電機帶動，刷毛分三層硬度，依次為橡膠軟刷、鋼絲硬刷、碳化硅毛絨，通過調整刷毛層高，使用不同步驟對應材質的刷毛、清潔液和潤滑劑，提高隔離開關維護效率。

2）支架部分。支架分三根構建立體三角形支撐維護工具，在各平面都形成穩定性最強的三角形。頂端設置調整三角支架角度的滑動軸，可根據現場要求調整，保持足夠的安全距離，形成安全穩定的支架，如圖3所示。

圖3 支撐支架的設計

上述支架高度5m，分為三折段，每段長度為1.6m，上端刷頭初始長度為0.5m，每段支架的內徑與下一段外徑緊密相連，ABS材料的光滑表面滿足相鄰兩段支架之間的滑動伸縮需求。每根支架中有間隔5cm的伸縮調節點30個，不同支架的長度不一時，可構成不同的支架角度。當伸縮尺寸合適后，借助螺旋扣鎖定長度，加強兩段支架的連接穩定性。

3 工具優化

3.1 絕緣性能

本次設計的維護工具需在220kV及以上電壓等級的隔離開關帶電維護工作具有良好的絕緣性能和抗電磁干擾性能，保障帶電作業的安全性、可靠性和穩定性。因此，必須對維護工具的絕緣和抗電磁干擾性能進行全面優化，包括以下幾個方面：

1）絕緣材料設置。維護工具的絕緣材料應用于全部件的外殼，包括角度按鈕、三腳架、腳管鎖套、鎖釘以及上端的毛刷至調節平臺之間的外殼。

2）增設絕緣平臺。電磁干擾是高壓變電站設備通過維護工具傳導電能輻射周邊范圍形成的電磁輻射。維護工具良好的絕緣性能杜絕了帶電情況下把電能往下傳遞，自然無法形成電磁干擾向周邊發送。無論是否使用維護工具，電磁干擾僅限于維護設備本身的輻射干擾。再行優化可在維護工具的上端連接一個絕緣材料的薄平臺，杜絕電磁干擾輻射向下延伸。

3）整體性能測試。由于維護設備常用于220kV電壓的隔離開關帶電維護工作，所以該設備將放置接觸高壓變電站環境下一段時間，以測量其絕緣性能。反復多次采集干燥、潮濕等不同環境下的維護工具絕緣及導電情況數據。通過實驗證明ABS材料的絕緣性能滿足在220kV電壓等級下工作的絕緣要求，且能有效避免電磁干擾，能可靠、安全地用于帶電維護工作。

3.2 承重性能

本次設計的維護工具往往要進行大重量下的變電站隔離開關清潔維護，在材料選擇過程中應進一步升級工具承重性能和平衡效果。因此，維護工具內芯可選用采用硬度高、耐磨性強的304不銹鋼，且采用圓形薄殼管的設計方案，從而增強支撐力度。或選用ABS材料外殼，增強維護工具的抗脆性，避免工具導電。

而在支撐方式設計中可選用滑輪方案，免去人工舉起大重量維護工具進行作業的方式，提高工作效率。滑輪有前后轉動的軸承，頂端有公轉螺扣，使用時可毫不費力自由移動維護工具，節省搬運工具的人力和時間。底部滑輪帶的鎖扣用于搬動維護工具后固定位置，保證工具使用過程中的穩定。輪子的底部裝設磁吸橡膠，輪外側還加裝爪型的地扣，避免地面太滑或不平整而引起設備晃動，適應露天環境下不平坦的碎石子地和草地；輔助使用者控制傾斜維護工具合適的角度，以便于隔離開關的綜合維護工作。

經現場檢測，上述優化調整后的維護工具所能支撐的大重量達到50kg，且不因工作狀態下電機轉動毛刷而影響其穩定性。

4 應用評估

模塊化變電站隔離開關綜合輔助維護工具投入使用后，上述裝置清潔維護的安全效益和經濟效益明顯提升，開關觸頭觸指間直流電阻降低50%及以上，詳見表1。

表1 維護工具使用效果分析

對照模塊化變電站隔離開關清潔維護需求，本次研制的綜合輔助工具在支撐效果、清潔效果、安全性能等方面均達標，且操作便捷、承重效果良好，應用效益非常顯著，詳見表2。

表2 維護工具的性能評估

5 結束語

本次設計的隔離開關綜合輔助維護工具采用模塊化方式，根據使用需要變更組件，更換便捷，簡明易用，適用不同型號的隔離開關，可滿足隔離開關維護的多方面工作，實用效益非常顯著。尤其是在上述維護工具底部固定支撐方式設計過程中，能承受維護工具大重量，便于作業人員在隔離開關維護工作中搬運和使用，省時省力，大大降低了人員作業強度，全面提升了提高隔離開關清潔維護工作效率。