模块化变电站隔离开关综合辅助维护工具的研制

郑哲艺 吴盈蓝

（国网福建省电力有限公司漳州供电公司）

0 引言

变电站隔离开关是一类广泛应用的高压电气设备，大多数布置在户外，运行过程中灰尘等因素会导致设备可靠性下降、性能衰退。及时对变电站隔离开关进行清洁维护工作，可减少设备运行故障发生，对安全生产、提高效能有至关重要的作用。如何在智能技术基础上实现变电站隔离开关安全、便捷、实时、高效清洁，已经成为新时期变电站运维管理的重中之重。

1 研究背景

目前，现场工作中尚缺乏清理变电站隔离开关的工具，常用人工手动的维护方式危险性极高。为满足维护需求，提高工作效率，保障安全生产，针对户外变电站隔离开关设备多种型号，研制一种适用性广、实用性强的模块化变电站隔离开关综合辅助维护工具具有重要意义。

模块化设计适用于不同种隔离开关型号的转换，分别对应隔离开关除尘、除垢和防腐润滑等多个环节的工作需求；维护工具绝缘、抗电磁干扰的性能提高变电站隔离开关的维护工作安全水平；全方位平衡支撑支架能对角度、位置、朝向进行灵活调节，实现维护工具满足不同型号结构隔离开关的多角度综合维护工作需求，做到提质增效。

同时，维护工具进行作业的方式能适应不平坦的碎石子地和草地，辅助使用者控制倾斜维护工具合适的角度，以便于隔离开关的综合维护工作。因此，模块化变电站隔离开关综合辅助维护工具的研制势在必行、意义深远。

2 技术方案

2.1 基本要求

本次设计的模块化变电站隔离开关综合辅助维护工具必须符合本地区隔离开关运行环境和运维规范，重点要明确支撑结构、清洁装置和安全保护。

1）支撑要求。设计的过程中应保证支撑装置能够360度旋转，且通过滑轮装置、伸缩结构等实现维护工具位置及长度的调整。尤其是在承重设计中，必须选用刚性强、稳定性高、耐磨绝缘材料，这样才能够满足变电站隔离开关大重量支撑需求。

同时，设计的过程中伸缩结构需带有锁紧，避免受力后脱落。底轮设置锁紧，保证装置能够在指定位置卡死，稳定作业。或使用爪型触地模式，保证底盘稳定。

2）清洁要求。重点是隔离开关除尘、除垢和防腐润滑等多功能模块。一般隔离开关清洁维护的第一工序是通过毛刷转动物理清除设备表面附着的尘埃；第二工序是通过软轴向毛刷头传送清洁液，采取分解酶的原理祛除顽固污垢，规避了水性清洁进而发生导电的可能；第三工序是在设备表层涂抹防护剂和润滑剂，降低日后的清洗难度，提升设备性能。上述设计的过程中每个工序需使用不同的刷头，且保证模块化设计能在电机的带动下，更换规格一致的刷头及传导管，清洁、清洗、防腐、润滑等不同性质的制剂之间互不交叉。

3）安全要求。保证带电维护情况下维护工具的绝缘、抗电磁干扰可靠性及安全性。分别通过导电性、耐热性、防腐性、抗硬度、电磁阻挠性、质量比重性等多个要素采集数据分析，选择优质绝缘、抗电磁干扰材料。

2.2 工具设计

按照上述技术要求，模块化变电站隔离开关综合辅助维护工具主要由模块化通用转接头和全方位可调节支架两部分组成，其中前者包含隔离开关除尘、除垢和防腐润滑等多功能模块，后者可实现清洁位置及角度的灵活调节，见图1。

图1 综合辅助维护工具的系统结构

1）转接部分。模块化部件包括毛刷、钻夹头角度调节机构、软轴、绝缘联轴器、电机、绝缘杆等部件，见图2。

图2 接头装置的设计

上述转接部分采用通用转换结构，安装牢固，包含滚筒抛光模块、圆盘抛光模块、凡士林涂抹和二硫化钼锂基脂涂抹模块，实现隔离开关主刀及地刀刀口清洁、抛光和润滑，传动机械结构润滑等综合维护工作。

同时，为保证清洁效果，毛刷通过钻夹头能在半球型区域内可靠转动，毛刷自身则通过电机中心联轴器360度旋转。而清洁头毛刷使用微型转动电机带动，刷毛分三层硬度，依次为橡胶软刷、钢丝硬刷、碳化硅毛绒，通过调整刷毛层高，使用不同步骤对应材质的刷毛、清洁液和润滑剂，提高隔离开关维护效率。

2）支架部分。支架分三根构建立体三角形支撑维护工具，在各平面都形成稳定性最强的三角形。顶端设置调整三角支架角度的滑动轴，可根据现场要求调整，保持足够的安全距离，形成安全稳定的支架，如图3所示。

图3 支撑支架的设计

上述支架高度5m，分为三折段，每段长度为1.6m，上端刷头初始长度为0.5m，每段支架的内径与下一段外径紧密相连，ABS材料的光滑表面满足相邻两段支架之间的滑动伸缩需求。每根支架中有间隔5cm的伸缩调节点30个，不同支架的长度不一时，可构成不同的支架角度。当伸缩尺寸合适后，借助螺旋扣锁定长度，加强两段支架的连接稳定性。

3 工具优化

3.1 绝缘性能

本次设计的维护工具需在220kV及以上电压等级的隔离开关带电维护工作具有良好的绝缘性能和抗电磁干扰性能，保障带电作业的安全性、可靠性和稳定性。因此，必须对维护工具的绝缘和抗电磁干扰性能进行全面优化，包括以下几个方面：

1）绝缘材料设置。维护工具的绝缘材料应用于全部件的外壳，包括角度按钮、三脚架、脚管锁套、锁钉以及上端的毛刷至调节平台之间的外壳。

2）增设绝缘平台。电磁干扰是高压变电站设备通过维护工具传导电能辐射周边范围形成的电磁辐射。维护工具良好的绝缘性能杜绝了带电情况下把电能往下传递，自然无法形成电磁干扰向周边发送。无论是否使用维护工具，电磁干扰仅限于维护设备本身的辐射干扰。再行优化可在维护工具的上端连接一个绝缘材料的薄平台，杜绝电磁干扰辐射向下延伸。

3）整体性能测试。由于维护设备常用于220kV电压的隔离开关带电维护工作，所以该设备将放置接触高压变电站环境下一段时间，以测量其绝缘性能。反复多次采集干燥、潮湿等不同环境下的维护工具绝缘及导电情况数据。通过实验证明ABS材料的绝缘性能满足在220kV电压等级下工作的绝缘要求，且能有效避免电磁干扰，能可靠、安全地用于带电维护工作。

3.2 承重性能

本次设计的维护工具往往要进行大重量下的变电站隔离开关清洁维护，在材料选择过程中应进一步升级工具承重性能和平衡效果。因此，维护工具内芯可选用采用硬度高、耐磨性强的304不锈钢，且采用圆形薄壳管的设计方案，从而增强支撑力度。或选用ABS材料外壳，增强维护工具的抗脆性，避免工具导电。

而在支撑方式设计中可选用滑轮方案，免去人工举起大重量维护工具进行作业的方式，提高工作效率。滑轮有前后转动的轴承，顶端有公转螺扣，使用时可毫不费力自由移动维护工具，节省搬运工具的人力和时间。底部滑轮带的锁扣用于搬动维护工具后固定位置，保证工具使用过程中的稳定。轮子的底部装设磁吸橡胶，轮外侧还加装爪型的地扣，避免地面太滑或不平整而引起设备晃动，适应露天环境下不平坦的碎石子地和草地；辅助使用者控制倾斜维护工具合适的角度，以便于隔离开关的综合维护工作。

经现场检测，上述优化调整后的维护工具所能支撑的大重量达到50kg，且不因工作状态下电机转动毛刷而影响其稳定性。

4 应用评估

模块化变电站隔离开关综合辅助维护工具投入使用后，上述装置清洁维护的安全效益和经济效益明显提升，开关触头触指间直流电阻降低50%及以上，详见表1。

表1 维护工具使用效果分析

对照模块化变电站隔离开关清洁维护需求，本次研制的综合辅助工具在支撑效果、清洁效果、安全性能等方面均达标，且操作便捷、承重效果良好，应用效益非常显著，详见表2。

表2 维护工具的性能评估

5 结束语

本次设计的隔离开关综合辅助维护工具采用模块化方式，根据使用需要变更组件，更换便捷，简明易用，适用不同型号的隔离开关，可满足隔离开关维护的多方面工作，实用效益非常显著。尤其是在上述维护工具底部固定支撑方式设计过程中，能承受维护工具大重量，便于作业人员在隔离开关维护工作中搬运和使用，省时省力，大大降低了人员作业强度，全面提升了提高隔离开关清洁维护工作效率。