一种插拔式快速更换低压空气开关的研发与应用

摘要：现时使用的低压空气开关安装在配电表箱内，直接用硬质铜排安装，当低压空气开关发生故障时，需要拆除空气开关上下端的连接螺丝才能更换。由于相间距离较小不能带电进行更换，停电更换过程又会对用户用电造成影响，基于此，提出一种新型低压空气开关，可在原有基础上改装，无须停电拆除连接螺丝，使用时直接拔下坏的低压空气开关，插上新的低压空气开关即可快速完成更换。由于更换过程无须使用工具，且不与带电部位接触，操作过程安全快捷。

关键词：低压空气开关;配电线路;开关设计

0    引言

供电企业在配电线路中使用的低压空气开关安装在变压器配电表箱内，低压空气开关的安装一般用硬质的铜排进行上下连接，开关的本体采用螺丝固定的安装方式[1-2]。这种安装方式存在缺点，即如果低压空气开关发生故障，需要拆除空气开关的上下端连接铜排和开关本体的螺丝才能更换。在电力行业里更换此类开关的流程较为复杂，因为相间距离较小，采取带电作业的方式进行更换非常冒险，容易发生相间短路事故，严重时会引起人身触电事故，所以一般较少采用这种更换方式。

为防止发生人身安全事故，电力行业规定低压空气开关应停电更换，并在更换前安装接地线。但这种工作方式所需时间非常长，按规程规定，更换一个低压空气开关大概需要2 h，这样长时间停电对用户非常不友好，往往会导致大量投诉，同时也不利于社会生产，所造成的影响也会很大。

1    插拔式开关设计

设计思路如下：（1）不需要拆装螺丝，因为工作时接触导电部分有可能造成触电事故;（2）减少更换时间，过长的更换时间必然造成停电时间过长，从而不利于生产;（3）避免传统的安全无保障工作方式，甚至应考虑能否在更换过程中不动用工具、不与带电部位接触，保证操作过程安全快捷。

在设计时思考了多种方案，最终经过对比，发现对开关的连接方式进行设计的方案最优，能够减少大范围改动。

新型低压空气开关采用全新设计，分上下底座，下方底座为带电插点，上方为低压空气开关本体，设计原理参照高压小车式空气开关的工作原理，断路插入口采用特殊设计，加大了接触面积和接触压力，采用本体弹簧加外置弹簧的方式提供压力，防止接触点接触不良，底座带电部位采用绝缘防护装置，拔下空气开关后无外露带电部分，操作安全可靠。

插拔式快速更换低压空气开关，分为开关底座和开关本体两大部分，在出厂新安装时需先将开关底座装在配电箱内，固定底座螺丝和导电铜排的连接螺丝，送电投运时将插拔式开关插入开关底座，再合上开关即可使用（图1）。

绝缘底座与配电箱通过第一连接件固定连接，绝缘底座设有多个螺纹孔，第一连接件与螺纹孔相配合，第一连接件为螺钉，绝缘底座焊接在配电箱中。夹头由软质绝缘材料遮蔽，夹头包括两个相对设置的夹片，两个相对设置的夹片之间的距离不大于接触刀片的厚度，两个相对设置的夹片夹紧接触刀片，使用时，两个相对设置的夹片具有弹性，将本体插入绝缘底座，接触刀片从绝缘材料遮蔽中插入夹头，两个相对设置的夹片将接触刀片夹紧，形成可靠的连接点。

快速更换低压空气开关分为绝缘底座和本体，绝缘底座固定安装于设有若干导电铜排的配电箱，绝缘底座两端均固定安装有夹头，本体安装于绝缘底座，本体设有开关，绝缘底座设有卡紧组件，卡紧组件卡紧本体与绝缘底座，本体两端固定安装有接触刀片，夹头夹紧接触刀片，可快速更换插拔式低压空气开关。当需要更换低压空气开关时，先将开关断开，移动卡紧组件，即可拔出原本体，再将新本体安装于绝缘底座，接触刀片卡入夹头，夹头夹紧接触刀片，卡紧组件卡紧本体与绝缘底座，实现低压空气开关的快速更换。

底座使用环氧树脂绝缘材料制成，底座上下各安装3个铜制夹头，夹头使用软质绝缘材料遮蔽，空气开关上下端各安装3个接触刀片，使用时开关的上下接触刀片从绝缘材料遮蔽中插入与底座连接，底座中的夹头将开关的刀片夹紧，形成可靠的连接点;在底座两边设有两个绝缘夹口，开关插入后夹口能将开关牢固夹住，形成双重固定。更换开关时，先将开关断开，将开关两边的夹口松开，然后将开关拔出即可。通过加大接触面和接触压力，插拔式低压空气开关接触电阻比原设计更小。独特的内外压力弹簧设计为接触面提供了安全可靠的压力，能防止接触不良而导致故障;首创插拔式设计，使更换过程用时不到10 s，安全可靠，无任何操作风险。

2    安全检测

为印证插拔式快速更换低压空气开关的安全性，对生产的开关进行了安全检测，检测项目包含安全性、技术指标和实用性。

（1）安全性试验检测：对生产的开关通电施加交流耐压，检测其开关本体和底座绝缘情况，经试验开关底座绝缘大于5 000 MΩ，远大于规程规定的数值，有优秀的绝缘性能。

（2）回路电阻试验：通过对比试验，在相同型号的低压断路器上使用不同的接线方式进行测试，对使用传统接线的低压断路器进行回路电阻试验，测量出电阻值为11 mΩ，而使用插拔式安装接线的低压断路器测量出的电阻值为0.02 mΩ，完全符合规定要求。

（3）牢固性试验：试验分为0.7 m、1.2 m、2.5 m高处跌落试验，经过不同高度试验，开关在底座卡扣的保护下未发生松脱现象，开关在试验后可实现开合和插拔的功能，符合试验要求。

（4）实用性对比试验：使用2组人员各安装1组低压断路器进行试验，对比其安装效率，安装传统开关用时12 min 47 s（不含停送电安装接地时间），使用插拔式安装方式用时2 min 12 s（不含停送电安装接地时间），插拔式安装方式显著优于传统安装方式。

3    实践应用效果

插拔式快速更換低压空气开关底座使用绝缘材料制成，上下端6个卡口使用加厚弹簧和铜夹片制作，保持了足够的夹持力度，也保证了接触电阻符合要求。经测试对比，使用插拔式安装方式的低压空气开关接触电阻为0.02 mΩ，对安全使用无任何不良影响，甚至优于传统的安装方式。

本装置已在3个低压台区验证使用。据统计，使用传统的更换方式，需要3人进行工作，包含停电、验电、安装接地线等一系列程序，平均需时3.2 h;使用插拔式快速更换低压空气开关后，所需人力为2人，停电后将旧开关拔下插上新开关，平均需时10 min（含停送电时间），极大地提高了工作效率，得到了验证人员的一致好评。

根据设计思路，本装置的使用范围以供电企业管辖的台架式配电变压器综合箱为主。现时供电企业使用的低压配网综合箱以3～4个低压总开关居多，在更换时由于供电企业的安全管理限制，往往需要扩大停电范围才能更换，推广使用此装置后可在综合配电箱到货后更换，将原来的开关拆下安装上新的底座即可使用，達到快速更换的目的。2020年7月对某供电企业到货的27台综合配电箱的低压开关进行了现场改装，改装后试验合格投运，经过2个月的高负荷运行，开关正常，并在运行期间进行了3次更换操作，均达到快速更换的目标。

以目前更换一个低压空气开关平均用时2 h，每个停电的低压台区平均300户用户，平均每户用电容量3 kW，照明电价0.62元估算，每次更换低压空气开关所产生的经济损失约为300×3×2×0.62=1 116元。县级市供电局每年需更换的低压空气开关以20次计算，则产生20×1 116=22 320元的经济损失。

更换为插拔式快速更换低压空气开关后，每次拆装开关所需时间约为20 s，则每次产生的经济损失约为300×3×0.006×0.62=3.348元，1 116-3.348=1 112.652元;每年节省22 320-3.348×20=22 253.04元。

4    结语

社会的发展对供电可靠性提出了更高的要求，供电企业的停电检修时间也相对减少，但一些设备的损坏却无法避免，需要进行停电处理。在南方电网公司的典型设计中，台架式配电变压器占了大多数，这些台架式配电变压器绝大多数使用了综合配电箱的安装模式，里面存在着大量的低压空气开关，这些安装在配电箱中的空气开关在高温高湿的环境中极易损坏，需要进行停电更换，而长时间停电会造成用户投诉，同时造成巨大的经济损失，不利于社会安定和发展。推广这种插拔式快速更换低压空气开关后，供电所员工到达现场后即可轻松操作，大幅减少了流程手续，节约了更多工作时间，因操作过程无须接触带电体，也就不需要做额外的安全措施，既提高了操作效率，又增加了企业经济效益，具有较大的推广应用价值。

[参考文献]

[1] 陈俊，陈健伟.一种低压空气开关绝缘操作杆的研制[J].机电信息，2020（29）：50-51.

[2] 谢锟，苏珏，廖卫平，等.一种带故障定位功能的低压空气开关的设计研究[J].机电信息，2019（33）：147.

收稿日期：2021-01-21

作者简介：何南生（1980—），男，广东开平人，工程师，从事电力管理工作。