引言

近年來,隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展,人們對(duì)電力的需求日益增長,促使對(duì)變電設(shè)備供電可靠性的要求也越來越高。高壓隔離開關(guān)是變電站中應(yīng)用最廣泛的一次設(shè)備,長期運(yùn)行于戶外惡劣的大氣環(huán)境中,觸頭觸指的接觸通流部位易氧化積灰,導(dǎo)致接觸電阻變大,產(chǎn)生局部過熱缺陷,威脅電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。據(jù)統(tǒng)計(jì),隔離開關(guān)觸頭觸指部位過熱缺陷占隔離開關(guān)過熱缺陷的70%。針對(duì)該問題,目前主要通過采取定期檢修隔離開關(guān),及時(shí)處理積灰氧化層的措施,防止接觸電阻過大。目前變電站內(nèi)500kV及以上電壓等級(jí)的戶外敞開式隔離開關(guān)相與相之間預(yù)留距離通道較大,可以方便地借助斗臂車開展動(dòng)靜觸頭的檢修工作。110kV及以下電壓等級(jí)隔離開關(guān)的觸頭觸指距離地面距離較近,檢修人員可以佩戴安全帶爬至支架底座上方便地開展觸頭觸指部位的檢修工作。但220kV電壓等級(jí)的隔離開關(guān)因觸頭部位高度較高,且同間隔內(nèi)一次設(shè)備之間的距離較短,導(dǎo)致較難把控斗臂車的檢修安全風(fēng)險(xiǎn)。因此,目前220kV隔離開關(guān)的檢修多由檢修人員登高操作,高空墜落風(fēng)險(xiǎn)極大,且檢修質(zhì)量難以保證,檢修質(zhì)量不佳將直接導(dǎo)致產(chǎn)生局部過熱缺陷。

針對(duì)上述220kV隔離開關(guān)觸頭觸指部位檢修工作存在的難題,本文研制了一款專門針對(duì)220kV隔離開關(guān)觸頭觸指部位檢修的輔助工器具,即220kV隔離開關(guān)觸頭觸指清理打磨器。該打磨器使用了電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù),由電機(jī)傳動(dòng)絕緣桿,絕緣桿驅(qū)動(dòng)專用打磨刷頭在隔離開關(guān)需要檢修的觸頭觸指接觸部位旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),通過輔助攝像技術(shù)觀察設(shè)備需要打磨的程度,從而調(diào)節(jié)合適的電機(jī)轉(zhuǎn)速和輸出功率,實(shí)現(xiàn)對(duì)隔離開關(guān)觸頭觸指的表面積灰和氧化層的有效清理。該工器具有效防止了隔離開關(guān)觸頭觸指部位接觸電阻變大,提高了隔離開關(guān)的檢修質(zhì)量,對(duì)維護(hù)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義。

1隔離開關(guān)觸頭觸指部位過熱原因分析

隔離開關(guān)電接觸處存在過熱缺陷的原因在于導(dǎo)體在接觸區(qū)域的接觸電阻升高。由霍爾姆(Ho1m）接觸電阻理論可知,接觸電阻主要由收縮電阻和膜層電阻兩部分組成。

1.1收縮電阻

當(dāng)觸頭觸指接觸時(shí),接觸表面因灼、傷積灰等因素造成表面高低不平,在接觸時(shí)高的部分優(yōu)先接觸,形成接觸對(duì),當(dāng)施加載荷到一定值時(shí),會(huì)擊穿接觸面的氧化膜形成電流導(dǎo)通點(diǎn),電流匯聚到接觸點(diǎn)時(shí)受到約束后形成收縮電阻,如圖1所示。因此,在觸頭觸指檢修過程中,若打磨工藝不良,會(huì)使其接觸面粗糙,收縮電阻增大。

圖1金屬接觸處示意圖

1.2膜層電阻

在大氣環(huán)境中,觸頭觸指接觸面很容易形成氧化膜層,當(dāng)膜層足夠厚時(shí),則可能會(huì)造成接觸面之間的絕緣;當(dāng)膜層較薄時(shí),高壓電流能擊穿膜層而使金屬膜層呈現(xiàn)出一定的電阻,即膜層電阻。若檢修工藝質(zhì)量差,將無法破壞觸頭觸指表面氧化層,膜層電阻依然較大。

綜上所述,隔離開關(guān)觸頭觸指部位的檢修關(guān)鍵是要清理打磨掉接觸表面的收縮電阻與膜層電阻。若檢修工藝質(zhì)量不佳,將無法有效消除接觸表面的收縮電阻、膜層電阻,其接觸電阻仍舊較大,長期積累將會(huì)造成過熱缺陷[10],嚴(yán)重時(shí)將危害電網(wǎng)的安全運(yùn)行。

2220kv隔離開關(guān)觸頭觸指清理打磨器的研制

2.1清潔溶劑的選取

通過查找資料,深入分析了解隔離開關(guān)觸頭觸指部位易積灰氧化的原因,同時(shí)對(duì)目前市場(chǎng)上各種可溶解油灰的清潔溶液在隔離開關(guān)已積灰的觸頭上進(jìn)行溶解試驗(yàn),要求清潔溶液的溶積灰效果好,且對(duì)隔離開關(guān)觸頭觸指金屬部分無腐蝕,不產(chǎn)生影響導(dǎo)電性能的保護(hù)膜層。由于酒精目前在工程上被廣泛采用且使用效果良好,便于獲取,經(jīng)濟(jì)性好,本設(shè)計(jì)最終決定選擇酒精作為清潔溶液。

2.2清理打磨刷的設(shè)計(jì)

刷頭分清理刷與打磨刷兩種。清理刷為普通清潔刷頭,配合使用溶劑刷掉表面積灰層;打磨刷外表面使用高質(zhì)量的百潔布制作而成,通過旋轉(zhuǎn)打磨掉觸頭表面的氧化層。清理刷與打磨刷的固定支撐裝置通用,檢修時(shí)先使用清潔刷對(duì)觸頭觸指部位清除積灰,然后將清潔刷頭更換為打磨刷頭后,對(duì)氧化層進(jìn)行打磨。依據(jù)220kV隔離開關(guān)觸頭觸指的形狀、尺寸、結(jié)構(gòu),設(shè)計(jì)出220kV隔離開關(guān)觸頭觸指專用清理打磨刷。又因不同型號(hào)的220kV隔離開關(guān)觸頭觸指的形狀、尺寸、結(jié)構(gòu)各不相同,故分別設(shè)計(jì)出220kV水平開啟式與水平伸縮式隔離開關(guān)觸頭觸指專用檢修打磨刷。

2.3傳動(dòng)絕緣桿的設(shè)計(jì)

絕緣桿作為連接驅(qū)動(dòng)電機(jī)和刷頭的連桿,一方面可以支撐頂部清潔打磨裝置,另一方面可以傳動(dòng)電機(jī)的輸出功率,從而驅(qū)動(dòng)清潔打磨裝置旋轉(zhuǎn)工作。

根據(jù)清潔打磨裝置的重量、尺寸,選擇合適強(qiáng)度的絕緣桿,絕緣桿的硬度、強(qiáng)度應(yīng)能可靠支撐清潔打磨裝置靈活旋轉(zhuǎn)。絕緣桿的高度應(yīng)保證檢修人員手持驅(qū)動(dòng)電機(jī),絕緣桿頂部清潔打磨裝置的清潔刷與打磨刷正好可以方便伸進(jìn)觸頭觸指內(nèi)部位置。絕緣桿頂部與清潔打磨裝置底部采用卡槽方式進(jìn)行連接,將絕緣桿頂部與清潔打磨裝置底部設(shè)計(jì)改造成能相互可靠連接的方形卡槽。

2.4驅(qū)動(dòng)電機(jī)的改造

驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)軸與傳動(dòng)絕緣桿設(shè)計(jì)成卡槽連接方式。轉(zhuǎn)軸頂部改造成一個(gè)可插入方形卡槽的凸出方形卡塊:同理,傳動(dòng)絕緣桿底部改造成相應(yīng)尺寸的方形卡槽。

驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)清潔刷和打磨刷的力度與轉(zhuǎn)速只需保證能夠有效清理掉隔離開關(guān)觸頭觸指的表面積灰和氧化層即可。輸出功率和轉(zhuǎn)速依據(jù)輔助攝像裝置觀察到的設(shè)備表面情況進(jìn)行選擇,避免因打磨強(qiáng)度過大而打磨掉鍍銀層。

2.5輔助攝像技術(shù)

為了有效觀察觸頭觸指的積灰氧化程度以及打磨檢修過程中的打磨強(qiáng)度,在打磨裝置頂部加裝了觀察攝像頭,該攝像頭可將觸頭觸指的實(shí)時(shí)狀況傳遞給觀察屏,可以有效觀察到觸頭觸指的檢修進(jìn)展情況,避免打磨過度或者不足,保證檢修工藝的質(zhì)量。

2.6220kV隔離開關(guān)觸頭觸指清理打磨器成品

因不同型號(hào)的220kV隔離開關(guān)觸頭觸指的形狀、尺寸、結(jié)構(gòu)各不相同,故應(yīng)將絕緣桿與清理打磨刷之間的過渡連接設(shè)計(jì)成不同角度,使清理打磨裝置能有效伸進(jìn)各型號(hào)隔離開關(guān)的觸頭觸指部位。將改造后的打磨清潔裝置、傳動(dòng)絕緣桿、驅(qū)動(dòng)電機(jī)和輔助攝像頭等各部件進(jìn)行連接組裝,分別制造出220kV水平開啟式與水平伸縮式隔離開關(guān)觸頭觸指專用清理打磨器成品,如圖2、圖3所示。

3結(jié)語

本文設(shè)計(jì)研制了一款針對(duì)220kV隔離開關(guān)觸頭觸指部位檢修的專用工器具,該工器具利用電機(jī)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)打磨技術(shù),使其能夠在觸頭觸指部位開展高質(zhì)量檢修工作,克服了傳統(tǒng)220kV隔離開關(guān)觸頭觸指部位檢修時(shí)斗臂車伸縮升降困難,攀爬瓷瓶檢修時(shí)檢修質(zhì)量不佳、高空墜落風(fēng)險(xiǎn)大等缺點(diǎn)。經(jīng)過在各類型220kV隔離開關(guān)上進(jìn)行試驗(yàn),驗(yàn)證了其有效性和可靠性。