國網(wǎng)浙江省電力有限公司衢州供電公司 余露峰 吳 超 吳鑫劍 姚 然 黃 劍

1 背景技術(shù)及現(xiàn)狀分析

手車開關(guān)作為變電設(shè)備的重要組成，在電網(wǎng)設(shè)備中數(shù)量十分龐大。而其在工作位置運(yùn)行過程中，如遇無法分閘缺陷需檢修人員緊急處理，否則可能產(chǎn)生開關(guān)越級(jí)跳閘等情況造成事故擴(kuò)大化。該缺陷可能原因較多，包括輔助接點(diǎn)切換不到位、電源缺失、回路中端子松動(dòng)脫落等電氣原因，也有機(jī)械卡澀、機(jī)構(gòu)半分半合等機(jī)械原因，其中大部分原因無法帶電消除。對(duì)于這種缺陷，在排除帶電消缺的可能后，現(xiàn)有處理方法分為兩種。

臨時(shí)申請(qǐng)母線停電，將開關(guān)分閘并拉至柜外。此種方法能保證作業(yè)人員人身安全，但不可避免地存在許多問題：這種母線臨時(shí)停役的大型操作未經(jīng)提前計(jì)劃及相關(guān)隱患分析，存在一定安全風(fēng)險(xiǎn)；相關(guān)運(yùn)維操作班組承載力不足，無法及時(shí)抽調(diào)充足操作人員進(jìn)行操作；母線停役操作手續(xù)復(fù)雜，停役時(shí)間長，若停役過程中故障開關(guān)線路故障，將造成設(shè)備越級(jí)跳閘；相關(guān)線路負(fù)荷受到影響，不利于公司對(duì)外樹立良好形象。

作業(yè)人員直接手動(dòng)強(qiáng)制分閘。這種方法對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行無影響，但開關(guān)實(shí)際故障原因較多，其中大部分缺陷需停電檢查后才能準(zhǔn)確判斷、處理。在無法準(zhǔn)確判斷故障原因的情況下強(qiáng)制進(jìn)行分閘操作，可能產(chǎn)生開關(guān)分閘異常，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)l(fā)生爆炸。目前的開關(guān)柜體分為自帶緊急分閘按鈕和不帶緊急分閘按鈕兩類，其中柜門上自帶緊急分閘按鈕的開關(guān)柜，可在開關(guān)柜的柜門關(guān)閉情況下，通過按下緊急分閘按鈕來實(shí)現(xiàn)緊急分閘；柜門上不帶緊急分閘按鈕的開關(guān)柜需要開啟柜門，然后通過按下開關(guān)柜內(nèi)的分閘按鈕來實(shí)現(xiàn)分閘。由此可見，無論哪種開關(guān)柜體都需操作者靠近開關(guān)柜進(jìn)行操作，當(dāng)開關(guān)發(fā)生爆炸時(shí)將嚴(yán)重危害操作人員的人身安全。

筆者對(duì)公司近期發(fā)生的手車開關(guān)運(yùn)行狀態(tài)下報(bào)控制回路斷線的缺陷及處理方式進(jìn)行收集梳理發(fā)現(xiàn)，為處理缺陷，母線停役5次、手動(dòng)強(qiáng)制分閘2次，另有1次可帶電消缺。而隨著近年來安全生產(chǎn)要求逐步提高及以人為本的觀念逐步深化，為充分保證作業(yè)人員安全，母線停役數(shù)量明顯提升，基本做到能停必停，由此母線停役操作人數(shù)多、操作時(shí)間長、對(duì)運(yùn)行符合影響大等缺點(diǎn)充分暴露。

2 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

鑒于母線停役對(duì)現(xiàn)場(chǎng)工作影響較大，存在較多缺點(diǎn)無法克服，同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)用電負(fù)荷情況復(fù)雜，存在較多重要負(fù)荷無法短時(shí)間的切除，因此直接將故障開關(guān)強(qiáng)制分閘的處理方式仍有一定積極意義。為充分評(píng)估該工作存在的風(fēng)險(xiǎn)，本文采用LECD風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)體系進(jìn)行評(píng)價(jià)，其由美國安全專家K.J.格雷厄姆和K.F.金尼提出，是一種對(duì)具有潛在危險(xiǎn)性作業(yè)環(huán)境中的危險(xiǎn)源進(jìn)行半定量的安全評(píng)價(jià)方法，結(jié)合歷史經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)和半定量的計(jì)算方法，用于評(píng)價(jià)操作人員在具有潛在危險(xiǎn)性環(huán)境中作業(yè)時(shí)的危險(xiǎn)性、危害性。其計(jì)算公式為D=LEC，L指該事故的可能性大?。籈指人體或設(shè)備暴露于該環(huán)境的頻度；C指發(fā)生該事故可能會(huì)造成的傷害后果；D指危險(xiǎn)值，用來綜合評(píng)價(jià)該工作的危險(xiǎn)程度[1]。

結(jié)合相關(guān)歷史經(jīng)驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際結(jié)果如下。L：開關(guān)爆炸概率極小，但存在這種可能，各地有過多次相關(guān)報(bào)道記錄，因此取值1.5；E：該缺陷發(fā)生頻率不高，但只要進(jìn)行該工作將連續(xù)暴露在危險(xiǎn)中，結(jié)合歷史經(jīng)驗(yàn)綜合取值4；C：后果非常嚴(yán)重，甚至可能造成2～3人死亡，取值30；計(jì)算可得D=180，為高度危險(xiǎn)，需立即進(jìn)行整改。因此本文考慮研制一種手車開關(guān)工作位置強(qiáng)制分閘裝置，可遙控進(jìn)行開關(guān)機(jī)械分閘，在L不變的情況下，因分閘瞬間作業(yè)人員遠(yuǎn)離開關(guān)，暴露頻率E可降為0.5、C降至1，最終D=0.75，降為可接受、容忍的風(fēng)險(xiǎn)。

3 裝置技術(shù)要求及裝置情況簡(jiǎn)介

3.1 裝置情況簡(jiǎn)介

通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)各型號(hào)開關(guān)柜和相關(guān)消缺情況的綜合分析，確認(rèn)裝置需滿足以下功能：

固定功能：裝置需可靠固定在開關(guān)柜上，作為下一步分閘的基礎(chǔ)。該功能需滿足現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際條件，適應(yīng)不同廠家、柜型，同時(shí)具備一定的擴(kuò)展功能，實(shí)現(xiàn)特殊情況（如需將裝置固定在地面上）等要求；旋鈕鎖緊功能：據(jù)統(tǒng)計(jì)，大部分開關(guān)柜緊急分閘裝置都需旋轉(zhuǎn)機(jī)械旋鈕啟動(dòng)[2]，裝置需滿足將機(jī)械旋鈕鎖緊在啟動(dòng)位置的功能；遙控功能：為充分保證人身安全，裝置需具備一定距離下遠(yuǎn)程遙控的能力。

機(jī)械分閘功能：裝置在啟動(dòng)后需具備機(jī)械頂動(dòng)分閘按鈕，將開關(guān)強(qiáng)制分閘的功能；自動(dòng)、手動(dòng)停止功能：裝置應(yīng)同時(shí)具備自動(dòng)、手動(dòng)兩種停止功能，在開關(guān)分閘后自動(dòng)停止，或有其他意外情況作業(yè)人員可遠(yuǎn)程手動(dòng)停止裝置運(yùn)行；過載自保護(hù)功能：開關(guān)分閘失敗存在內(nèi)部機(jī)構(gòu)故障的可能，這種情況下機(jī)械分閘也無法成功，若裝置持續(xù)運(yùn)行可能裝置損壞和開關(guān)進(jìn)一步損壞，因此裝置應(yīng)可設(shè)置相關(guān)力矩，保證裝置在達(dá)到設(shè)定值仍未將開關(guān)分閘時(shí)，會(huì)自動(dòng)停止運(yùn)行或者脫扣空載運(yùn)行。

3.2 相關(guān)模塊

本設(shè)計(jì)裝置主要由以下幾部分組成：安裝固定模塊，觸動(dòng)模塊，遙控模塊，電源，控制箱以及輔助模塊。

固定模塊：固定模塊主體部分是一副三角架。如圖：三腳架垂直桿頂部設(shè)置夾具固定橫向支架，可安裝裝置動(dòng)作主體原件（包括觸動(dòng)元件、鎖緊元件等），同時(shí)垂直桿具備高度調(diào)整功能，滿足不同開關(guān)柜通用性要求。同時(shí)，在三腳架靠下部加裝下支架，設(shè)有開關(guān)式磁力座，可以通過磁力座吸附在開關(guān)柜的柜體或柜門上，以提高支撐架的穩(wěn)定性。

觸動(dòng)模塊：該模塊為裝置核心模塊，安裝在橫向支架上，實(shí)現(xiàn)裝置將開關(guān)機(jī)械分閘的功能。模塊主要由馬達(dá)、齒輪組、頂桿及外殼組成，由電機(jī)帶動(dòng)齒輪使頂桿伸縮實(shí)現(xiàn)對(duì)按鈕的按壓，最終實(shí)現(xiàn)開關(guān)分閘（圖1）。馬達(dá)電機(jī)采用直流電機(jī)，可用12V電池供電，滿足現(xiàn)場(chǎng)工作靈活性的要求。同時(shí)，為防止特殊情況發(fā)生，裝置另配有電源適配器，可直接采用220V交流供電。

圖1 觸動(dòng)模塊結(jié)構(gòu)示意圖

旋鈕固定模塊：針對(duì)本身帶有緊急分閘裝置的開關(guān)柜，裝置增設(shè)旋鈕固定模塊（圖2）。該模塊主體為固定在安裝支架上的旋轉(zhuǎn)盤，盤上設(shè)有若干繞安裝盤周向分布的弧形長孔，孔上設(shè)有兩個(gè)沿腰槽移動(dòng)的圓柱螺母，旋轉(zhuǎn)盤的圓心與安裝盤的軸線、推桿的軸線重合。如此，可通過調(diào)節(jié)圓柱螺母固定位置，實(shí)現(xiàn)其相對(duì)距離的調(diào)整，可適應(yīng)不同開關(guān)柜不同緊急分閘裝置的多種旋鈕尺寸。同時(shí)，調(diào)整旋轉(zhuǎn)盤安裝角度，可實(shí)現(xiàn)緊急分閘裝置的啟動(dòng)，因其調(diào)整裕度大，可滿足不同緊急分閘裝置啟動(dòng)角度不同的要求，增加裝置通用性。

圖2 旋鈕固定模塊機(jī)構(gòu)示意圖

遙控模塊：裝置遙控模塊由控制模塊和遙控器組成。通過遙控模塊使得電機(jī)正反轉(zhuǎn)而使頂桿伸縮，從而實(shí)現(xiàn)分閘、中途停止、中途反向復(fù)位等功能。本裝置采用的遙控模塊理論可用距離為直線300m，經(jīng)實(shí)際試驗(yàn)，間隔2扇鐵門、在直線距離30m處遙控功能正常，可完全滿足現(xiàn)場(chǎng)工作的安全需求。

3.3 保護(hù)限位模塊

因手車開關(guān)拒分原因多樣，部分情況下無法通過機(jī)械頂動(dòng)分閘按鈕實(shí)現(xiàn)分閘（包括但不限于機(jī)械連桿卡死、斷裂，機(jī)構(gòu)實(shí)際半分半合等）。針對(duì)此類情況，因作業(yè)人員需遠(yuǎn)離作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，無法及時(shí)發(fā)現(xiàn)并停機(jī)，裝置持續(xù)輸出至極限，易造成裝置本身損壞、開關(guān)元件二次破壞的不良后果。因此裝置增加了保護(hù)限位模塊，保證裝置輸出力矩超出一般合理值范圍時(shí)，裝置可自動(dòng)停機(jī)。該模塊主要有安裝板、彈簧、接近開關(guān)等組成（圖3）。當(dāng)頂桿接觸按鈕并按動(dòng)按鈕到位后，隨著頂桿的繼續(xù)伸長，頂桿會(huì)將觸動(dòng)模塊的外殼部分向另一個(gè)方向推動(dòng)，彈簧壓縮，到一定位置，連接在外殼尾部的金屬片觸發(fā)接近開關(guān)動(dòng)作，從而斷開電機(jī)電源，頂桿停止動(dòng)作。

圖3 保護(hù)限位模塊結(jié)構(gòu)示意圖

因不同品牌不同型號(hào)規(guī)格的手車開關(guān)，按鈕的按壓深度及力度均會(huì)有所不同，為保證裝置普適性，相關(guān)力矩、頂桿伸出長度需具備可調(diào)功能。該模塊力矩調(diào)整方式可分為2種：通過調(diào)整彈簧限位擋塊可調(diào)整彈簧預(yù)壓縮量，實(shí)現(xiàn)相關(guān)力矩的調(diào)整。該調(diào)整方法簡(jiǎn)單便捷，調(diào)整裕度相對(duì)較小，可滿足大部分型號(hào)開關(guān)要求，為主要調(diào)整方式；通過更換不同參數(shù)彈簧實(shí)現(xiàn)力矩的調(diào)整。該方法較為繁瑣，但調(diào)整裕度大，可針對(duì)某些力矩與其他開關(guān)差別較大的特殊型號(hào)開關(guān)，作為方式⑴的補(bǔ)充，基本可實(shí)現(xiàn)所有型號(hào)開關(guān)的適配。經(jīng)試驗(yàn)，一般采用2.0mm（線徑）×20mm（直徑）×60mm（高度）參數(shù)彈簧，可滿足大部分開關(guān)分閘要求。

因不同開關(guān)按壓深度差別不大，故頂桿伸出長度調(diào)整方式為調(diào)整后方接近開關(guān)位置，基本可滿足各型號(hào)開關(guān)要求。裝置原計(jì)劃增加分閘后自停功能，需將開關(guān)位置信號(hào)接點(diǎn)傳入裝置回路。因該工作必須現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行、將耗費(fèi)一定時(shí)間，考慮到開關(guān)拒分狀態(tài)下線路故障越級(jí)跳閘的風(fēng)險(xiǎn)，決定舍棄該功能，利用保護(hù)限位模塊實(shí)現(xiàn)開關(guān)分閘后的裝置停機(jī)功能。開關(guān)分閘成功后，裝置繼續(xù)輸出力矩，頂桿后推外殼直至靠近接近開關(guān)，最終實(shí)現(xiàn)裝置停機(jī)。

3.4 輔助部分

主要包括控制箱、定制手提盒等?，F(xiàn)場(chǎng)可將電源，控制模塊等置于控制箱內(nèi)，較為整潔。平時(shí)裝置存放于定制手提盒中，防止臨時(shí)消缺時(shí)部件遺失等情況發(fā)生。裝置總體布置圖4。

圖4 裝置整體結(jié)構(gòu)示意圖

4 安裝及使用說明

現(xiàn)場(chǎng)將三腳架置于合適位置，安裝開關(guān)式磁力座，確保底座穩(wěn)固。通過抱箍及固定桿將觸動(dòng)模塊及旋鈕固定板固定在三角架上，使用時(shí)調(diào)整抱箍在固定桿上的位置將頂桿調(diào)節(jié)至合適位置。

觸動(dòng)模塊和保護(hù)限位模塊作為一個(gè)整體部件，旋鈕固定模塊也是預(yù)先裝配的部件，并針對(duì)柜門上是否自帶緊急分閘按鈕確定是否調(diào)整旋鈕固定模塊。若開關(guān)柜帶緊急分閘按鈕，則需要先旋轉(zhuǎn)旋鈕至合適位置，并用固定板卡住，保證原開關(guān)柜的緊急分閘按鈕的內(nèi)部頂桿處于升起狀態(tài)。若開關(guān)柜不帶緊急分閘按鈕，則應(yīng)將柜門打開，通過固定桿和抱箍調(diào)整觸動(dòng)機(jī)構(gòu)的初始位置，此時(shí)旋鈕固定組件無需調(diào)整。確認(rèn)各部分都連接到位，確保人員轉(zhuǎn)移至安全區(qū)域，便可通過遙控器來控制觸動(dòng)模塊的頂桿來觸動(dòng)按鈕實(shí)現(xiàn)分閘。經(jīng)測(cè)試，使用該裝置可在10～15分鐘內(nèi)完成故障開關(guān)分閘，可滿足現(xiàn)場(chǎng)消缺需求。

綜上，利用該裝置處理手車開關(guān)工作位置控回?cái)嗑€缺陷，可在保證作業(yè)人員安全的前提下，無需耗費(fèi)大量的時(shí)間倒負(fù)荷、停母線，短時(shí)間內(nèi)將故障開關(guān)分閘，大大降低了相關(guān)線路故障導(dǎo)致設(shè)備越級(jí)跳閘的可能性，對(duì)降低電網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)、提高供電可靠性有著積極意義。