一种新型高压熔管安装工具的研究

何杨锋 吕文峰 余磊

（国网安徽省电力有限公司太湖县供电公司，安徽安庆 246400）

1.现状分析

1.1 设备现状

目前对于110kV及以下变电站而言，安徽省自2016年左右才主推高低压设备采用户内开关柜的设计方案，所以现役的110kV及以下变电站中，绝大部分未改造的变电站里所装设的高压熔断器均在户外环境下运行，这些高压熔断器往往运行年限超过5年，设备状况较差。以我公司管辖的16座35kV为例，高压设备采用户外式的占比超过80%，其中运行年限超过10年的占比超过60%。当电力系统出现故障时或遭遇恶劣的天气时，产生的故障电流较大，设备状态较差的高压熔断作为一种电力设备的保护器往往首当其冲，成为受损设备，因此，每年一线班组安排的高压熔管检修任务次数都比较多，尤其是极端恶劣天气较多的年份[1]。

1.2 抢修现状

高压熔管作为保护器件串联在电压互感器或站用变压器的电路中，在恶劣的雷雨天气或者电力设备产生故障时，电网会产生较大短路电流或者过载电流，高压熔管熔断熔体断开电路，对电力设备起到保护作用。保护断开电路后，会造成装置无法及时采集电压数据或者导致站内失电，对电网的稳定运行产生极大的安全隐患，所以需要工作人员在第一时间内及时完成抢修工作，确保电网稳定可靠运行。由此可知，高压熔管的检修更换工作通常都是在情况比较紧急的情况下进行。根据现场工作情况，高压熔管的更换任务虽然流程比较简单，但是每次检修过程却需要耗费大量的时间和人力，总结几点原因[2]：

（1）设备更换难度大。由于户外环境影响，高压熔断器顶盖铁部件锈蚀严重，又因为熔管内部弹簧弹力大使得内部熔体撑住顶盖，所以拆装高压熔管需要两人配合工作才能顺利完成，导致拆装效率低。（2）设备更换危险性较高。主要原因是高压熔断往往安装在离地面3m左右的横担上，抢修时，工作人员必须搭扶梯子登高作业，又由于高压熔断拆装的特殊性，需要两人同时登高作业，危险系数较大。（3）抢修环境比较复杂。主要原因是这类检修工作往往在雷雨天气开展，且夜间较多，照明条件较差，抢修环境复杂。因此高压熔管的检修过程在多方面因素的影响，导致工作效率效率低下，需要耗费大量的人力物力。

2.制定方案

为了能够提升户外高压熔管的检修效率，本文将致力于设计一款新型户外高压熔管安装工具，解决安装过程中费力、操作不便及工作效率低的问题，在抢修更换高压熔管时，可以通过该工具的辅助作用，在紧急的抢修环境下，降低更换的难度，明显提高高压熔管的更换效率。

2.1 外观结构设计

通过分析研究高压熔管的结构参数和组装过程，设计出一种户外高压熔断器专用更换工具，该工具包主要由3部分组成，分别是间距调节装置、导杆和固定部分。间距调节装置安装在导杆的中间位置，U形固定夹板通过导杆对称分布在两端，其中一块压板可以灵活转动，另一块压板可以进行水平移动，操作人员可以通过间距调节装置调节两块夹板之间的距离，达到固定高压熔管和压紧顶盖的目的。更换过程中，该工具通过间距调节装置带动导杆正、反转实现两端压板间距离的大小调整，从而压缩高压熔管内置的弹簧，当熔管弹簧压缩到位后，即可固定高压熔管两端的帽盖。

2.2 传动机构设计

该户外高压熔管安装工具的传动机构采用齿轮传动的方法，传动机构主要由3部分组成，内置于传动机构箱体内部，分别是刺轮、刺爪和档针。刺轮位于箱体中间位置，固定于连杆上，刺轮左右两边对称布置刺爪，刺爪中间位置安装档针，档针形状不规则，负责调整刺爪与刺轮的距离。工作过程中，通过左右旋转档针，改变刺爪的与刺轮的接触面，控制刺轮可旋转的方向，从而带动连杆工作，实现间距调整，最终实现可以通过传动机构的操作来辅助安装户外高压熔管的目的，这样就可以更省力、更高效的完成检修任务。

2.3 照明附件设计

考虑到高压熔管损坏一般发生在雷雨恶劣天气，因此更换高压熔管时往往现场照明环境较差，所以该便携式高压熔管安装工具设计时在工具两端预留凹槽，用于吸附照明工具，这样在检修操作的过程中，可以直接通过工具上的照明功能看清螺丝所在位置，更加方便检修人员在恶劣环境下的操作，提升检修人员的工作效率。该照明工具采用可充电设计，应用LED光源灯珠，底座采用磁性设计，可直接吸附于工具两端的凹槽处。

3.方案实施

工具的研制不仅需要满足功能需求，同时还需要通过基本的安全测试，其机械性能、寿命周期和操作的便利性相应的需要满足现场的工作要求[3]。

3.1 主要材料选择

根据高压熔管的相关参数，熔管的重量有20kg，内置两个弹簧的弹力介于1000N～2000N，所以该工具的间距调节装置至少需要克服2000N的弹力，并且机械硬度需要强于高压熔管顶盖的机械硬度，固定部分需要承受的重量大于20kg。综合考虑多方面因素后，选用了市面上流通较广的碳素钢作为该工具的基础材料。

3.2 工具研制

结合设计方案的编制过程，绘制该工具各组成的机械图形和安装图，在机械构图完成后，对该工具的各组成部分进行模具制作，再锻造各组成部分的零部件，最后根据安装图装成工具样品。通过实际使用，再优化各组成部分的机械结构，最终在各项安全试验达到应用标准后，与常规的安装方法相比进行模拟操作试验，并对试验数据进行记录如表1所示。

表1 高压熔管安装试验数据

根据试验数据分析可知，通过借助研制的高压熔管更换工具进行高压熔管的安装，平均每次用时5min，与常规安装方法相比，高压熔管的更换时间缩短85%以上，极大的提高了高压熔管的更换效率。

4.实施效果

4.1 经济效益

首先，该工具的应用能够缩短高压熔管的检修时间，减少停电时间，减少了对电力能源的浪费；其次，检修过程中可以用更少的人员来完成抢修任务，大大减少人工成本的支出；最后，能够在更短的时间内完成对高压熔管的更换，缩短了继电保护装置和计量装置的失压时间，避免了在高压熔管损害情况下，电网出现故障，而PT采集电压失败，无法识别电网故障，不能及时处理故障，从而造成电网一、二次电力设备的损害。

4.2 安全效益

由于高压熔管的更换大部分都是在抢修工作中开展，工作人员在抢修的过程中为了能够尽快恢复电网正常运行，可能存在误操作、登高不系安全带、机械伤害等安全风险因素，但是通过熟练的掌握此次课题设计的户外高压熔管更换工具，能够极大的提高抢修效率，一定程度上可以缓解抢修人员的工作压力，让抢修人员有充裕的时间布置安全措施，避免安全事故的发生。

4.3 社会效益

户外高压熔管安装工具的研制，满足工作人员在日常检修和抢修中高效率更换熔管的需求，可以在较短的时间内恢复电网主网的正常运行，缩短了大量检修时间，极大的提高电网运行的安全性、可靠性和稳定性，提升了企业和客户的用电幸福指数。

5.结语

本文研制的一种户外高压熔管安装工具可以大大缩短变电检修人员更换变电站内户外高压熔管的工作时间，将平时需要多人参与的工作进行操作简化，降低了检修作业时的安全风险，降低了作业现场安全管控的难度，减少了停电带来的经济损失，节约了检修的成本，提升了企业的用电体验，提高了电网运行的安全性、可靠性和稳定性，产生了非常明显的经济效益、安全效益和社会效益，具有较好的推广价值和应用前景。