一种变电站智能防误操作空开挂牌辅助工具的研制及应用

广东电网有限责任公司湛江供电局 凌 青 黄端华

变电站是智能电网“电力流、信息流、业务流”汇聚的焦点，在电网中起着至关重要的作用，变电站的安全稳定运行离不开日常设备的定检和运维。空开标示牌是一种二次空开状态和警示的标示，广泛应用于变电站设备定检和运维的二次设备及电气回路，并作为电力安全技术措施严格执行。

1 研制背景

悬挂标示牌是变电工作票中最重要的安全措施之一，在变电站设备开展计划性定检或设备临时停电消缺时，需断开设备的空气开关（也叫空气断路器，简称“空开”）电源。在整个检修工作期间，空气开关需长时间保持在“分闸”位置使得检修设备不带电，以保证检修工作人员的安全。按照《中国南方电网有限责任公司电力安全工作规程》和《广东电网有限责任公司电气操作导则实施细则》的要求，在一经合闸即可送电到工作地点的低压侧空气开关都应在操作把手上悬挂“禁止合闸，有人工作！”或“禁止合闸，线路有人工作！”标示牌。目前变电站普遍存在应用在二次设备及电气回路的空开设备厂家较多，型号规格不同、尺寸差异很大，无稳固悬挂位置等问题，对现场悬挂标示牌带来了许多困难。

2021年期间笔者对湛江地区变电站空开标示牌悬挂使用情况进行了全面的抽查和访谈，普遍发现问题较多，其空开参数、悬挂方式、固定位置、存在问题分别如下：500kV 港城站：施耐德2P、3P，公牛1P、2P，西门子1P、3P；直挂；无固定位置，挂空开上端；容易松脱，挂绳容易触碰带电端子。220kV 迈旺站：正泰1P、3P，德力西2P、3P，欧姆龙1P、3P；塞挂；无固定位置，塞空开缝隙；遮挡其他空开，开关门容易松脱。110kV 新村站：天正2P、3P，ABB 1P、2P，正泰1P、2P；绕挂；无固定位置，绕空开整圈；挂绳容易触碰带电端子，装拆困难。35kV 锦和站：罗格朗1P、3P，鸿雁1P、2P，西门子1P、3P；绑挂；无固定位置，挂端子箱外；位置稳固，但不符合规范，不能明确哪个空开。

在2021年上半年的湛江地区变电迎峰度夏安全大检查中，发现空开标志牌悬挂易掉落、悬挂位置不规范，悬挂闭锁失效等问题占安全检查问题总数的30%，按照安全检查归类定性，标志牌缺失属于严重的违章类问题，对现场的安全措施管控和防止人身触电方面带来了极大的安全隐患，因此规范空开标示牌悬挂和使用刻不容缓[1]。

2 设计思路及方案

2.1 设计思路

从现有空开标示牌悬挂和使用存在的问题分析，主要是无固定悬挂点、容易掉落、容易遮挡、容易误操作、使用效率低。而市场上虽有类似空开标示牌锁具，但存在通用性不强、安装复杂、金属部件易触电问题。基于上述问题，提出一种变电站智能防误操作空开挂牌辅助工具，能符合现场标示牌悬挂和使用的规范并具有以下特点：

操作灵活。该工具应操作简单灵活，通用性强，能够满足变电站内的各种品牌和规格的空开，尺寸大小合适，不遮挡空开、信号和标签，便于标示牌的悬挂和使用；防止误操。该工具应锁定牢固、不易脱落，便于悬挂空开标示牌，警示效果直观。在空开处于分闸状态时应闭锁稳定，防止人员误操作合上送电，降低操作风险。

安全防护。该工具应采用绝缘材料，耐高温、防腐蚀、安全可靠、性能稳定、明显的警示颜色，适合在各种电气工作环境下使用。工具的关键闭锁部件既能满足固定空开足够的应力，也能在使用过程中保持一定的缓冲，避免使用不当造成的损坏和变形；智能识别。该工具应具备对空开位置的智能识别，对空开加锁或解锁时，能否发出语音或信号提醒，便于操作人员判断空开标示牌悬挂稳固，闭锁完好。

2.2 设计方案

结构设计。变电站智能防误操作空开挂牌辅助工具采用绝缘材料或塑料树脂材料，耐高温、抗腐蚀、安全稳定、耐压试验合格，符合变电站安健环警示标准，适合在电气工作场所内稳定使用。工具尺寸适合，不伸展、不遮挡，位置空间以最小1P 空开为标准设计，并根据变电站现场的空开型号和尺寸，采用对空开通用性闭锁结构和鱼钩式设计，对空开把手固定良好，保证接触面和紧固力充分。

挂牌设计。在空气开关断开（分闸）电源后，当前悬挂方式是用棉线简单的悬挂或缠绕在空开本体上，这样的方式因空开本体上无固定点且棉线也无紧固作用，从而导致安全标志牌容易脱落，因此在工具上设计半封闭式的“V”或“C”小钩，将需要悬挂的空开标示牌固定在该位置上，一方面保证了空卡标示牌的悬挂固定点，另一方面便于空开标示牌下引空间无遮挡设备。

防误设计。当电气设备停电检修时，在已断开的空气开关上悬挂安全标志牌，却能进行合闸送电操作或当安全标志牌脱落后，在没有安全警示的作用下人为误操作合上，极易导致设备或人身伤亡事故的发生。因此在工具上设计挤卡式防误闭锁，工具安装时对空开把手固定，并挤压空开上端使得空开把手无法移动，对空开挤卡位置安装传感器，通过压力状态的智能识别发出语音提醒和告警，实现智能与机械结合的防误闭锁。

按照变电站智能防误操作空开挂牌辅助工具设计内容，经过项目组的可行性分析和评估，对比了各方案的优缺点，最终选择了方案三：方案一。夹扣式，零部件组装、组装容易，受力较稳固，尺寸大，使用轻便但不灵活；方案二。顶扣式，3D 打印、配件组装，组装一般，受力较稳固，尺寸小，使用轻便但不灵活；方案三。挤卡式，3D 打印、配件组装，组装一般，受力稳固，尺寸小，使用轻便灵活。

2.3 原理分析及使用

变电站智能防误操作空开挂牌辅助工具主要是由鱼钩式本体、挤压连杆、伸缩弹簧、传感部件组成（图1），其主要通过工具部件对空开把手的作用力实现机械闭锁。一般情况下，当电气设备停电检修时空开处于断开位置、空开把手朝下，若需要对电气设备送电时则需把空开把手向上拨动，达到电气回路接通的效果[2]。在防误闭锁情况下，电气设备停电检修空开已处于断开位置，采用变电站智能防误操作空开挂牌辅助工具，首先需将工具顶部滑块拉起，鱼钩口张开并完全套入空开，然后释放滑块后伸缩弹簧自动释放挤压，使得鱼钩口完全挤压空开把手，同时工具前端与空开前端紧密贴合，最后使得空开把手无法移动，达到闭锁空开合上的作用。在完成辅助工具对空开闭锁后，鱼钩口位置的传感器会对空开把手挤压进行感知识别，提示辅助工具安装情况，确保空开闭锁完好，根据需要在辅助工具对应的小钩上悬挂对应的标示牌，完成安全措施的布置。

图1 变电站智能防误操作空开挂牌辅助工具

3 创新与效益

在变电站智能防误操作空开挂牌辅助工具设计基础上对零部件进行的采购和组装，完成了样板工具的制作。随后将变电站智能防误操作空开挂牌辅助工具应用于湛江地区各变电站，并结合2021年第二季度的安全大检查对变电站的空开标示牌使用和悬挂情况进行统计分析，各变电站的挂牌数量（个）、挂牌问题数量（使用前）（次数）、挂牌问题数量（使用后）（次数）、使用前挂牌工作效率（分钟）、使用后挂牌工作效率（分钟）分别为：500kV 东海岛站35/15/2/70/10；220kV 雷州站88/25/2/175/42；110kV 中山站32/20/2/63/9.5；110kV 新寮站30/17/1/60/8.9；35kV 前山站15/9/1/30/7.2。其中挂牌问题数量主要包括挂牌脱落、挂牌闭锁失效和挂牌遮挡，挂牌工作效率主要包括安装辅助工具并完成悬挂标示牌的时间。

使用变电站智能防误操作空开挂牌辅助工具后，标示牌使用和悬挂的问题已基本得到消除，解决了挂牌脱落、挂牌闭锁失效和挂牌遮挡等问题，规范了空开标示牌的使用和悬挂[3]。变电站智能防误操作空开挂牌辅助工具的使用，避免了标示牌棉线等材料缠绕在电气设备上引起火灾触电的风险，减少了空开的遮挡范围，将常规的空开标示牌使用和悬挂时间由平均每个标示牌2分钟缩短为30秒左右，极大地提高了工作效率。

变电站智能防误操作空开挂牌辅助工具整体尺寸较小，通用性强、安装较简单、生产成本较低、操作灵活轻便，可以适合与各种工业民用的电气场合，具有广泛的应用前景。据不完全统计，湛江地区变电站每年设备大约平均停送电375次，需要悬挂空开标示牌5625次，假设每次空开标示牌安装和悬挂时间为30秒，则每年可缩短节省停电时间140小时，设一条35kV 线路平均负荷为7000kW，年供电量价值为=7000×140×0.6元=58.8万元，因此在使用该辅助工具后可减少大量设备停电时间、保证设备停电可靠的安全措施，具有很大的经济效益。

综上，该辅助工具解决了空开的通用性和差异性问题，杜绝了因标志牌掉落、标志牌遮挡空开标识、误操作空开等原因造成的安全生产事故，提高了现场安全措施布置的效率，缩短了设备检修的停电时间，保障了设备检修停电工作的顺利开展。