低压开关磁吸式绝缘隔离装置的研发与应用

陈慧强，戴 敏，饶希达，张 锐，吴万禄

(国网上海市电力公司松江供电公司，上海 201600)

在日常的生产、建设、改造过程中，为了确保邻近间隔工作人员的人身安全，防止误触碰，必要时会将邻近带电设备全部停电，扩大了停电范围[1]。在配电网中，箱式变电站因具有设计简单、占地面积小、投入低等优点而广泛应用[2]。箱式变电站低压出线多为4～8路，相邻低压出线间没有绝缘隔离装置，因此在对单一出线或某几路出线的停电检修工作往往需要相邻的出线回路或上一级设备陪停。

为缩小停电范围，提高供电可靠性，对于一些简单的工作常采取绝缘隔离措施[3-5]。常采取的绝缘隔离措施通常有3种：一是使用手持式低压开关隔离挡板，由于需要人工手持，适合短时间抢修，不适用于长时间的计划检修工作；二是在导体外周设绝缘的硬质绝缘罩以提高操作安全性，由于不同箱变安装的低压出线断路器的型号、规格、尺寸不同，互配性差，需要定做，经济成本高，并且外出维修时，需要备齐多种规格的绝缘罩，在安装绝缘罩时，比较麻烦、安装困难；三是利用绝缘毯和绝缘夹，对两边的带电设备进行绝缘遮蔽，这存在安装绝缘毯比较危险和遮蔽性能比较不牢靠的风险。

鉴于此，本文研制一种新型磁吸式低压开关隔离装置，对不停电出线间隔施加绝缘防护，减少配电网箱式变电站低压出线运维的作业人员或设计人员的工作量，提高工作效率，减小停电范围，进一步提高供电可靠性。

1 磁吸式绝缘隔离罩设计

1.1 绝缘隔离装置的功能需求分析

绝缘隔离装置最根本的功能需求是绝缘与隔离：绝缘功能要求绝缘隔离装置加工材料要有足够的电气绝缘性能，耐腐蚀、耐老化，能够承受相应的电压等级不被击穿，隔绝带电部分设备；隔离功能要求绝缘隔离装置加工材料要有足够的机械强度，在受到外力作用时，不易破损、碎裂、脱落，能有效地将作业人员与带电部分隔离。

此外，绝缘隔离装置还应具有普适性与使用便捷性。不同厂家生产的箱式变电站低压开关存在一定差异，设计一款结构适用性广的绝缘隔离装置有助于提高作业人员的接受度，方便装置的推广使用；绝缘装置需要能够有效固定在箱式变电站低压出线上，由于箱式变电站数量众多，不可能对箱式变电站进行停电改造，需要分析箱式变电站低压出线的结构特点，设计出绝缘隔离装置相应的固定结构。

根据大量作业人员丰富的作业经验与多种型号的箱式变电站现场调研，得出箱式变电站低压出线结构特点为多路开关并列架设，低压开关常为长方体，不同间隔之间存在一定的间距；低压开关固定在箱式变电站铁质构架上。根据这些特点，绝缘隔离装置设计为长方体绝缘罩，固定方式设定为磁吸式，并且磁铁包裹有绝缘，以防固定时发生误碰。箱变低压绝缘隔离装置设计图如图1～图3所示。

图1 箱变低压绝缘隔离装置总装图

图2 箱变低压绝缘隔离装置正视图

图3 箱变低压绝缘隔离装置侧视图

1.2 绝缘隔离罩设计

1.2.1 材料选择

绝缘罩主要分为绝缘隔离部分、绝缘罩和箱变的固定部分、绝缘罩操作手柄。相应的材料选择如下。

(1)绝缘罩主体材料：绝缘罩是主绝缘部分，要求具备较好的绝缘性能[3-4]。选用甲基丙烯酸酯材料，具有表面光滑，比重小、强度较大、耐腐蚀、耐湿、耐晒、绝缘性能好等特点。

(2)绝缘罩和箱变的固定装置：强磁外包裹480 V低压热缩管，塑料螺栓固定在绝缘罩主体部位。

(3)绝缘罩操作手柄：操作手柄是由低烟无卤阻燃聚烯烃注塑料制成。

1.2.2 性能试验

性能测试需要检测装置的耐压性能、燃烧特性、机械特性、磁铁吸附性能等。

(1)耐压试验：经过测试得到，耐压值不小于2.5 kV/min。

(2)材料及部件的燃烧特性及燃烧伴生现象，本试验按照DIN54837—2007《用于轨道机车车辆的材料、小部件与构件切断件的试验》进行，结果如表1和表2所示。

表1 燃烧特性测试

表2 燃烧特性测试结论

(3)机械试验。机械特性测试结果见表3。

表3 机械特性测试

(4)磁铁吸附力试验。本装置采用N38型钕铁硼磁铁，磁铁密度约为7.5 g/cm3，磁力为磁体质量600倍；绝缘隔离装置的磁铁吸附力试验值为78.4 N，满足装置附着力要求。

2 磁吸式绝缘隔离罩的应用

2.1 应用实例

松江区结核病院箱变低3开关低压出线电缆外破，需要拆头更换电缆。由于现场低压开关间距较小，如不使用隔离装置则需要低2出线陪停(低4开关空仓，无需配停)，扩大了停电范围。为检验低压磁吸式绝缘隔离装置的应用效果，在结核病院箱变的抢修过程中进行了试用。

在本次抢修中，将本装置吸附在低2开关的固定支架上，完成了对带电旁路的绝缘隔离，在保证检修过程安全距离要求的同时大大缩短了安全措施的布置时间，提高了抢修效率，缩短了停电时长及范围。现场应用如图4所示。

图4 现场应用

2.2 经济效益

磁吸式绝缘隔离装置具有绝缘性好、轻巧、简单、实用等优点，其成功的研发与应用大大提高配网低压开关相关作业的安全性与实用性，有效缩小了停电范围，提高了供电可靠性及用户优质服务水平。

每年可为地区提供的多供电量：

(1)

式中M——年度计划停役次数；m——年度抢修停役次数；t1——计划工作停役平均时长；t2——抢修工作停役平均时长；P——每根低压电缆平均每小时供电量；N——计划工作运行电缆数量；n——抢修工作运行电缆数量。

国网上海市电力公司松江供电公司现有箱式变电站3 320座，2020年箱式变电站计划停役242座次，抢修停役56座次。计划工作停役时间平均需要4 h，抢修工作停役时间平均需要2.5 h。由式(1)计算可得，每年多售电量664 800 kWh，合电费约41万元。

3 结语

本文研制的绝缘隔离装置由绝缘罩、连接装置和操作手柄构成。针对箱式变电站结构特点，采用长方体结构与强磁性材料固定的方案，解决了设备型号繁多、固定困难等难点。当部分低压出线需停电作业时，只需在相邻低压出线处使用本装置，即可实现有效绝缘隔离，使用方法简单、便捷、安全性高，在提高配网运行可靠性与经济效益的同时保证了其安全性能，解决了箱式变电站部分回路检修过程中非检修回路需要陪停的问题，提高了配电不停电作业的安全性，值得推广。