瓷柱式断路器回路电阻测试高空接线夹

2022-05-31广东电网有限责任公司植庆航关喜升

电力设备管理 2022年7期

广东电网有限责任公司黄祥植庆航关喜升

目前的主流高空接线钳的操作杆为拼接式结构，在使用时候需要根据使用高度将操作杆逐节拧接，组装过程耗时长、占用体积大、重量偏重，其牵引收紧用的钢丝绳线径仅1mm，在使用一段时间后会因腐蚀、老化等导致其机械强度下降，已出现过数次钢丝绳被拉断的情况。同时，此类高空接线钳的钳子只能作用于水平布置的接线板上，对于500kV 断路器的竖直式接线板则无法使用。

本文将介绍一种新型的高空接线钳，其操作杆使用伸缩式结构，使用过程中无需组装，体积相较于传统接线钳减小约50%，重量下降约30%。将钳口收紧方式从拉紧式改为拧紧式，杜绝了钢丝绳被拉断的情况。将钳子头部设计为360°可调，进而可作用于各个不同角度安装的接线板上。

1 断路器

断路器是能开断、闭合和承载运行状态的正常电流，并能在规定时间内承载、闭合和开断规定的异常电流（如短路电流）的电器设备，通常也称为开关。IEC 标准的定义是：所设计的分、合装置应能关合、导通和开断正常状态电流，并能在规定的短路等异常状态下，在一定时间内进行关合、导通和开断。通常将额定电压为3kV 及以上主要用于开断或闭合电路的断路器称为高压断路器。在电力系统中，高压断路器同发电机、变压器等一样，都是电力系统中的重要设备。

在电网运行中，断路器起到控制作用与保护作用，控制作用即根据电网运行要求，将一部分电气设备及线路投入或退出运行状态、转为冷、热备用或检修状态；保护作用即当电力系统某一部分发生故障时，和保护装置、自动装置相配合，将该故障部分从系统中迅速切除，减少停电范围，防止事故扩大。断路器有4大功能：

导电。在正常的闭合状态时应为良好的导体，不仅对正常的电流，而且对规定的短路电流也应能承受其发热和电动力的作用，保持可靠地接通状态；绝缘。相与相之间、相对地之间及断口之间具有良好的绝缘性能，能长期耐受最高工作电压，短时耐受大气过电压及操作过电压；开断。在开断状态的任何时刻，应能在断路器触头不发生熔焊的条件下，在短时间内安全地闭合规定的短路电流。

关合。在闭合状态的任何时刻，应能在不发生危险过电压的条件下，在尽可能短的时间内安全地开断规定的短路电流。而为了满足断路器导电的功能需求，防止断路器在运行过程中因动静触头间接触不良导致流通的大电流在触头间引起发热最终引起触头烧蚀，就需要定期开展断路器的回路电阻测试工作，只有合闸回路电阻测试满足要求的断路器方可投入运行使用。因此，回路电阻测试是断路器预防性试验中最重要的试验项目。

目前，变电试验人员在110kV 及以上的瓷柱式断路器回路电阻测试工作中仍存在一些困难，如：断路器高度较高，人工安装测试线夹时属于高空作业，作业过程中有高空坠落的风险；测试线重量较重，在高空操作时有将测试线扯断的风险；回路电阻测试属于精密测试，对测试线夹的夹紧力及安装位置存在很高的要求，测试过程中常常需要反复调整。因此，研制新型瓷柱式断路器回路电阻测试线夹有着很强的实际意义。

瓷柱式断路器是目前变电站户外断路器的主要类型，占断路器总量的90%以上，其开断元件放在绝缘支柱上，使处于高电位的触头、导电部分及灭弧室与地电位绝缘，绝缘支柱则安装在接地的基座上。瓷柱式断路器的导电部分位于断路器的上瓷柱内部，上瓷柱内是断路器的灭弧室，动、静触头分合闸过程中产生的电弧在灭弧室内完成熄弧过程。在灭弧室的上下两端金属法兰处设置有接线掌，设备安装时将一次导线的接线夹固定至灭弧室两端的接线掌上，则在断路器合闸后，一次电流从上接线掌流入再流通至动静触头，最后从下接线掌流出，故上接线掌--＞动静触头--＞下接线掌即为断路器的导电主回路。

图1 户外瓷柱式断路器结构示意图

在进行回路电阻测试时，红、黑测试线夹需分别安装于上、下接线掌，使测试电流流过主导电回路，同时测量上、下接线掌间承受的电压，即可用电压除以电流计算得出断路器的回路电阻值。

测试过程中需注意，因正常的断路器回路电阻值仅为30～60μΩ，测试时若测试线夹安装不到位夹紧力不足、线夹安装位置存在氧化层等，均会导致测量结果明显偏大，故测量过程中常需数次调整测试线夹，使接线夹夹得更紧，或需将过厚的氧化层刮掉。项目研制的新型瓷柱式断路器回路电阻测试线夹，需具备可调节测试线夹夹紧力及便于在高空中调节测试线夹这两项功能。

瓷柱式断路器需定期开展合闸回路电阻测试工作，根据电压等级的不同，断路器回路电阻测试点的架设高度在5～10米之间。目前测试的方法主要为使用对接下拉收紧式的高空接线钳，将测试线安装在接线钳头部后，将钳子上举，使得接线钳头部开口套接至开关接线板处，作业人员再手动下拉操作杆将钳口收紧后进行测试。

图2 常规110kV 干式电流互感器外观

2 新型高空接线钳的结构与使用方法

本文介绍的新型高空接线钳是一种伸缩式头部可调的拧紧式高空接线钳，使用时无需组装操作杆，且头部可360°自由调节，对不同安装角度的断路器接线板均可使用。

2.1 操作杆结构

使用多节伸缩式绝缘杆作为主体，完全收缩状态下杆长约为1.6m，使用的时候可逐节拉伸，每节拉伸至一定长度后用卡扣固定，如果需要缩回只需手动将卡扣按下即可收回杆体。杆体头部处为可拆卸结构，通过梅花卡槽，将锁紧螺丝松开即可调节钳头角度，选取好角度后将锁紧螺丝收紧即可固定住钳头。

2.2 钳头结构

钳头的基座部分为铸铁材质，在基座底部设计有一圈梅花凹槽，用于将基座安装于操作杆上并可进行角度调节[1]；将一可拆头安装于基座内，用轴销卡死，杆头主体则安装于可拆头内用两颗限位螺丝锁紧。

钳头主体中心为一M12螺杆，螺杆顶部设置安装螺孔，用M6的大头螺丝穿过线夹上压板的安装孔后拧至安装螺孔，其中M6螺丝的螺杆直径略小于上压板安装孔的直径，保证了螺杆可自由转动的同时上压板不会脱出。下压板的安装孔为螺纹结构，与M12螺杆匹配。下压板中设置有导向杆，导向杆穿过上压板以保证上下压板始终平行，并使得旋转操作杆时下压板能够上升或下降以实现线夹的收紧与放松。

上下压板的尾部设置有蝶形螺丝，用于将回路电阻测试线连接至钳头。蝶形螺丝的设置则保证了用手拧紧即可拥有足够的夹紧力，无需额外使用工具；在上压板后部两侧设置有限位条，用于接线夹在高空拧紧过程中卡住设备的接线掌，防止钳头在拧紧过程中发生偏转；上下压板设置有压舌，压舌后分别设置有3枚压紧弹簧以增强线夹的夹紧力，产品的设计夹紧力为50～60N[2]。

尺寸方面，压板总长度140mm、压舌总长度89mm、压舌有效长度约68mm、线夹的最大张开宽度为30mm。

为方便理解，本发明的安装使用示意图如图3所示，图中1～12依次为：1伸缩式绝缘操作杆、2钳头安装螺丝、3钳头安装基座、4可拆头、5M12组螺杆、6M6大头螺丝、7下压板、8上压板、9导向杆、10接线螺丝、11限位条、12压舌。

图3 新型高空接线钳结构示意图

2.3 使用方法

接线板水平方向使用。首先将回路电阻测试仪的测试线安装至钳头的蝶形螺丝处，之后根据断路器接线掌的厚度，预先调整好接线钳的开口宽度至略大于接线掌的厚度，以保证接线钳开口能够套入至接线掌处。之后由1～2人操作，伸长操作杆，将接线钳口套至测量点，顺时针旋转操作杆使下压板上升夹紧测量点。在断路器断口两侧接线掌处均安装到位后即可进行测量。待测量完成后，逆时针旋转操作杆即可松开接线钳。

接线板垂直方向使用。500kV 户外瓷柱式断路器的接线掌为垂直布置，使用时首先将上下压板调整至闭合夹紧位置，再通过操作杆头部的梅花槽调整钳口角度至垂直向下，安装好回路电阻测试线后，伸长操作杆至测量位置，使钳口对准接线板，下拉操作杆则接线板会通过接线钳头压舌的前段弧形口滑入压舌中，通过夹紧弹簧的作用，保证测试所需的夹紧力[3]。待测试完成后，只需垂直上推操作杆即可将接线钳取出。

3 新型高空接线钳的优点

新型高空接线钳的操作杆部位使用伸缩式绝缘操作杆，相较于对接式绝缘操作杆总体体积减小约50%，使用时无需逐级对接，可根据需要灵活调节操作杆长度，操作难度低，操作时长下降约70%；接线钳头部角度可调，使其能够适用于水平式、垂直式甚至斜角度方向的断路器接线板，而传统高空接线钳仅能测量水平方向的接线板，适应性更强；可通过旋转操作杆调节线夹开口松紧进而调节夹紧力，同时线夹内设置有压舌与助力弹簧，可进一步增大夹紧力、减小测量误差，且避免了传统高空接线钳在下拉收紧过程中用力不当或钢丝老化进而拉断钢丝的风险。

目前500kV 瓷柱式断路器回路电阻测试方式为试验人员乘坐高空作业车升至断路器接线板位置处手动安装测试线夹。从高空作业车就位至一相测试线夹安装完毕，耗时约15分钟，且作业人员乘坐于吊篮内，存在高空坠落的风险。而使用此新型高空接线钳进行回路电阻测试，一相测试线夹安装完成耗时仅1分钟，且作业人员可站立于地面进行操作，杜绝了高空坠落的风险。

此新型高空接线钳开创性地在高空接线钳上压板后部两侧设置了两块限位块，在顺时针旋转手柄进行收紧作业的过程中，限位块的阻隔能够有效地将接线钳头部限制于安装位置处，不会如传统高空接地线夹般在旋转手柄过程中因头部无卡阻而导致整个接线夹头部旋转最终脱离设备，进而避免了试验人员在将高空接线钳伸长至高空后，旋转手柄过程中接线钳不慎从设备处脱离，接线钳重心不稳使得试验人员支撑不住高空接线钳，最终高空接线钳从高空坠落砸坏设备甚至砸伤人的风险；新型高空接线钳的各安装螺丝均设置了蝶形把手，试验人员可直接手动进行拆装而无需借助工具，工作效率得到进一步提升。