低压开关操作棒的研制

支玉清

1.上海交通大学电气工程系 上海 200240

2.国网上海市电力公司市区供电公司 上海 200080

1 问题的引出

目前，上海市电力公司市区供电公司（东部地区）下设低压配电站（包括箱变）1300余座，低压运行设备中，包括低压开关9500多只，其中ABB公司生产的SACE S6空气开关占95%以上。这些空气开关的主要作用是：1）为居民供电；2）为专线用户供电；3）配电之间低压联络作用。

SACE S6低压开关在送电过程中存在不安全因素，如送电操作中开关外部发生故障将致使开关跳闸，并伴随发生开关冒烟，甚至爆炸现象，极大程度上威胁到作业人员的人身安全。

据统计，平均每年（东部地区）低压开关操作量达1000余次，其中SACE S6操作量500余次，占整个低压开关操作量的50%左右。对近年该型号低压开关跳闸数据进行统计：2008年6次、2009年4次、2010年4次、2011年4次、2012年2次，按总操作次数计算，虽然开关跳闸所占比例并不高，但只要出现类似情况，开关冒烟、爆炸，威胁操作人员的人身安全，对一线员工自身、家庭带来的伤害、损失是巨大的，而目前仍没有有效的辅助工具解决此安全隐患。鉴于这种情况，应尽最大可能降低操作人员在操作ABB低压开关过程中所存在的不安全因素。

2 现状调查分析

根据现场调查发现，需进行日常操作的低压开关中，30%以上位于各小区绿化带的箱变中，操作时常常遇到门不能开足，操作时徒手够不到等操作困难。根据调查发现，操作人员在操作低压开关过程中存在的不安全因素主要为：开关送电操作中再次发生故障，造成开关冒烟、爆炸，由于操作人员需要动手操作，安全距离不足，威胁人身安全，不安全系数达到70%。

汇总2008年至2012年ABB低压开关跳闸情况见表1。

关于低压开关跳闸后，操作人员试送电的问题。根据《低压开关跳闸处理原则》第四条：“若该低压开关为上网线路，则对所送架空线进行初步巡视，巡视正常后可试送一次，若再次跳闸，则对所送架空线上所有接户线、用户进行检查，若均正常，可再试送一次，若再次跳闸，则对低压电缆绝缘进行摇测”［1］，因此，操作人员在操作低压开关试送电过程中，必定潜在开关再次跳闸而产生的不安全因素。

表1 统计ABB低压开关跳闸调查分析统计表

ABB低压开关额定电流是630A，在试送故障电流时远远超过该额定电流，造成ABB低压开关在承受故障电流冲击时发生冒烟、爆炸现象，严重威胁操作人员的人身安全。

3 低压开关操作棒的设计

根据以上实际情况，制作方便携带的SACE S6低压开关操作棒。使作业人员在保持足够安全距离的条件下，双手握住操作棒后端，用长柄操作棒替代原先的徒手操作开关，操作空间扩大，满足用操作棒顶部的作业端头对开关进行“分”“合”动作，尤其提高低压开关在“合上”过程中的安全程度。解决低压开关冒烟、爆炸伤及操作人员人身安全的问题，提高操作人员操作ABB低压开关时的安全性，使操作人员不安全系数由70%下降到0%。

3.1 作业端头

3.1.1 结构类型

围绕制作的操作棒需满足在两种规格的低压开关上进行“分”“合”动作这一要求（两种SACE S6开关在外观上尺寸相同，仅在操作柄上的尺寸有所不同），将2种作业端头设计在操作棒两端，固定式样，类似于两头的活动扳手，设计简单，无需现场调换，方便携带，只需将操作棒材料选用绝缘材料，同时不影响两端作业端头的调换使用。

3.1.2 端头式样

考虑到工作中两种不同尺寸的ABB低压开关，即低压总开关及分路出线开关，开关操作手柄大小不同。将操作棒两端设计成一大一小两种头子。一棒多用，方便操作两种规格的低压开关。

根据ABB低压开关合闸开关大小，设计操作棒端头为套口式样，套口插入开关操作柄，向上扳动，实现合闸效果。该式样结构简单，套住操作柄上下扳动过程中，牢固性均较好。

3.1.3 材料选择

根据操作棒对作业端头的要求，初选金属铝、铜、铁进行材料对比，端头材料需要有一定的硬度、塑性方便、不易变形，在此前提下，端头材料要满足质轻容易携带，价格低廉。金属铁满足制作作业端头的要求，硬度高、塑性方便、不易变形、质轻，且价格在三者中最具经济性，如表2所示。

表2 材料对比表

3.2 操作棒杆部

3.2.1 材料选择

初选要求材料绝缘性能良好、不易变形、性价比较高，并有较好短时耐温性。选择杆部选用玻璃钢作为制作材料，其轻质高强；耐腐蚀性能好；绝缘性能佳、热性能良好；在瞬时超高温情况下，是理想的热防护和耐烧蚀材料；工艺性优良，可以根据需要，灵活地设计出各种结构产品，工艺简单，一次成型，经济效果突出。

虽然玻璃钢长期耐温性差，但操作棒在使用过程中，通常仅耐受瞬时高温，极少情况存在长期高温环境，故这一缺点并不影响操作棒的正常使用。

3.2.2 杆部形状

为使操作棒更适合操作人员使用，特将玻璃钢制作了两根不同形状（圆柱形、长方体形）的操作棒柄部样品，并从手持舒适度、牢固性等方面在一线员工中征询意见。长方体形棱角多，手持舒适度较差。圆柱体表面光滑，握持舒适、牢固，方便操作，机械强度好。杆部形状确定采用圆柱体。

3.3 端头方案及与绝缘杆连接方式

对比常用的连接结构螺纹及螺栓结构。具体做法：螺纹结构，分别在作业端头底部和绝缘杆两端攻丝，两部分以螺纹结构连接。该连接牢固稳定，局部（端部、杆部）有损坏时可逐个调换，徒手即可完成作业端头安装操作，且无其他部件，节省成本。螺栓结构，分别在作业端头底部和绝缘杆两端穿孔，并以螺栓连接。连接牢固稳定，局部（端部、杆部）有损坏时可逐个调换，但螺栓结构多了两个部件：螺栓、螺母，需借助工具才可使两端安装牢固，比较螺纹结构，螺栓结构连接复杂。最终确定使用螺纹结构。

3.4 技术参数的确定

关于操作棒的长度。低压开关灭弧间隙较小，当开关发生故障喷弧时，最大距离一般0.2m左右，手持部分就将占0.1m左右，在既要满足操作时的安全性，又保证操作开关的便捷性、可行性的前提下，最后确定操作棒长度为0.5m。

一般低压工具只对工器具外表进行检查，无开裂、缺损、变形即可，无其他试验要求。为确保操作棒的绝缘水平，对该操作棒的耐压性能参照了低压绝缘手套的标准，工频耐压30kV/3s，操作棒不击穿、不闪络［2］。

关于两个作业端头的尺寸。针对ABB SACE S6低压开关两种大小的操作柄进行了实物测量，操作柄呈梯形状。操作端头按开关操作柄梯形大端的尺寸，设计成长方体套口，使操作柄插入作业端头进行上下扳动，实现分合闸。操作棒主要设计尺寸见表3。

4 现场试验及改进情况

4.1 现场试验

确认尺寸、式样及技术参数与原始设计相符后，选择试验开关，将操作棒投入试用。选定市区公司某箱变，低压开关型号为ABB公司生产的SACE S6空气开关，箱变位于绿化中，虽然箱变门可完全打开，但由于周围绿化茂密，人的站立位置徒手无法够到开关，且站立位置后部有其他建筑物，操作空间较小。根据开关型号、附近环境该箱变具有代表性。

借助新的操作棒操作人员对该ABB低压开关进行分合闸操作。该操作棒基本能安全地实现对开关的分合闸动作。但操作人员发现当套口套住开关操作柄操作时，操作棒顶端套口与开关操作柄很难完全匹配，特别在上下扳动操作过程中会发生松动，作业人员需使用较大的力才能完成操作。影响开关的分合，仍需对操作棒进行进一步的改进。

4.2 改进情况

根据操作棒在使用过程中的困难后，列出了以下两种改进意见。

1）装填充物。不改变操作棒作业端子原来的大小，为避免在上下扳动时发生松动，在套口内部两边装两块木制填充物，使作业端子内部呈梯形状。制作样品试用后发现，装填充物可以暂时满足操作开关的要求，但木制填充物时间久了，容易损坏、脱落。

2）契形结构。改变操作棒作业端子的形状，根据开关操作柄梯形尺寸，将套口做成契形结构，使之与开关操作柄相完全匹配。样品试用效果良好，套口可完全满足操作开关的要求，契型结构，使之能充分与开关操作柄相吻合，利于操作棒长期使用。两种套口改进方案示意图见图1。根据最后修改底稿，绘制低压操作棒图纸见图2，并制作实物图3。

表3 操作棒主要设计尺寸

图1 套口改进方案示意图

图2 低压开关操作棒图纸

图3 操作棒实物图

作业人员手握操作棒可轻松实现对ABB低压开关的合闸动作，操作中遇到开关冒烟、爆炸情况，操作棒安全距离符合要求，根据试用情况填写低压开关操作棒试用报告见表4。试用操作棒后，作业人员在关合、拉开低压开关时，人身安全得到保障，且操作过程较原先更为方便、顺利，达到了预期的效果。

表4 低压开关操作棒试用报告

5 结语

简便型低压开关操作棒在试用成功后，一线人员将其使用范围扩展到平时的工作中，并且遇到开关试送电再次跳闸，发生冒烟、爆炸现象，由于作业人员试用的操作棒，操作过程中始终与开关保持一定安全距离，未发生人员受伤现象。操作棒操作简单，经过培训，作业人员均能熟练使用，适合多种复杂工作环境，并且操作棒本身成本低廉，方便携带。

经过试用，使用新型低压开关操作棒后的不安全系数由70%降低到0%，未发生危及人身安全的事故，保证了操作过程中的人身安全。同时，制定《简便型SACE S6低压开关操作棒作业指导书》纳入公司标准化管理体系，进一步提升一线人员操作安全水平。

［1］国网上海市电力公司市区供电公司.低压开关跳闸处理原则［S］.2010.

［2］《国家电网公司电力安全工作规程（线路部分）》［S］.2009.

［3］国网上海市电力公司市区供电公司.《危险源辨识和风险评价程序》［S］.2010.