張 科，符祥斌，毛紅杰，陳子樂(lè)，吳乾銘

（海南電網(wǎng)有限責(zé)任公司昌江供電局，海南 昌江黎族自治縣 572700）

1 工具研制背景

在中國(guó)實(shí)際工程中應(yīng)用低壓斷路器時(shí)發(fā)現(xiàn)，其存在多種使用局限性。在使用斷路器時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)安全事故的原因有多種，包括操作失靈、絕緣故障、開(kāi)斷、關(guān)合性能不良、導(dǎo)電性能不良等。安全事故的產(chǎn)生原因包括產(chǎn)品本身運(yùn)行缺陷造成的技術(shù)因素及因操作人員操作失誤造成的工作因素。無(wú)論是哪種原因，均會(huì)對(duì)電網(wǎng)構(gòu)成嚴(yán)重威脅[1]。目前低壓塑殼開(kāi)關(guān)的分、合閘操作采用傳統(tǒng)的人手操作方式。操作人員需用手直接操作，沒(méi)有專門的輔助操作工具，很容易因開(kāi)關(guān)或線路出現(xiàn)故障時(shí)，合閘產(chǎn)生的電弧對(duì)操作人員造成傷害。本文提出一種通用型低壓塑殼開(kāi)關(guān)絕緣操作工具，是一種輔助操作人員對(duì)開(kāi)關(guān)進(jìn)行分、合閘的工具，使操作人員身體遠(yuǎn)離開(kāi)關(guān)，避免合閘時(shí)產(chǎn)生的短路電弧對(duì)操作人員造成傷害[2]。

2 塑殼斷路器特性

塑殼斷路器也被稱為裝置式斷路器，所有的零件都密封于塑料外殼中，輔助觸點(diǎn)、欠電壓脫扣器以及分勵(lì)脫扣器等多采用模塊化。塑殼指的是用塑料絕緣體來(lái)作為裝置的外殼，用來(lái)隔離導(dǎo)體之間以及接地金屬部分。塑殼斷路器通常含有熱磁跳脫單元。由于結(jié)構(gòu)非常緊湊，基本無(wú)法檢修塑殼斷路器，其主觸點(diǎn)是靠手動(dòng)操作或電動(dòng)合閘的[3]。主觸點(diǎn)閉合后，自由脫扣機(jī)構(gòu)將主觸點(diǎn)鎖在合閘位置上。過(guò)電流脫扣器的線圈和熱脫扣器的熱元件與主電路串聯(lián)，欠電壓脫扣器的線圈和電源并聯(lián)。塑殼斷路器也可分為A 類和B 類2種，B 類具有良好的三段保護(hù)特性，但由于價(jià)格因素，采用熱磁式脫扣器的A 類產(chǎn)品的市場(chǎng)占有率更高。塑殼斷路器是將觸頭、滅弧室、脫扣器和操作機(jī)構(gòu)等都裝在一個(gè)塑料外殼內(nèi)，一般不考慮維修，適合作支路的保護(hù)開(kāi)關(guān)。過(guò)電流脫扣器有熱磁式和電子式2 種，一般熱磁式塑殼斷路器為非選擇性斷路器，僅有過(guò)載長(zhǎng)延時(shí)及短路瞬時(shí)2 種保護(hù)方式，電子式塑殼斷路器有過(guò)載長(zhǎng)延時(shí)、短路短延時(shí)、短路瞬時(shí)和接地故障4種保護(hù)功能。部分電子式塑殼斷路器新推出的產(chǎn)品還帶有區(qū)域選擇性連鎖功能。大多數(shù)塑殼斷路器為手動(dòng)操作，也有部分帶電動(dòng)機(jī)操作機(jī)構(gòu)。

塑殼式斷路器具有過(guò)載長(zhǎng)延時(shí)、短路瞬動(dòng)的二段保護(hù)功能，還可以與漏電器、測(cè)量、電操等模塊單元配合使用。在低壓配電系統(tǒng)中，它作為終端開(kāi)關(guān)或支路開(kāi)關(guān)被使用，取代了過(guò)去常用的熔斷器和閘刀開(kāi)關(guān)。隨著塑殼斷路器在電網(wǎng)中廣泛使用，其對(duì)應(yīng)產(chǎn)生的安全問(wèn)題也逐漸成為電力企業(yè)實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)必須研究的重要話題。市面上常見(jiàn)的低壓塑殼開(kāi)關(guān)部分型號(hào)如圖1—圖3所示。

圖1 移動(dòng)式斷路器

圖2 塑殼開(kāi)關(guān)

圖3 三相塑殼斷路器

3 低壓斷路器的選擇與參考標(biāo)準(zhǔn)

對(duì)于低壓斷路器的選擇，需要重點(diǎn)考慮以下幾點(diǎn)：①斷路器極限短路分?jǐn)嗄芰瓦\(yùn)行短路分?jǐn)嗄芰?。根?jù)國(guó)際電工委員會(huì)IEC947-2 和中國(guó)等效采用IEC 的GB4048.0《低壓開(kāi)關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備低壓斷路器》標(biāo)準(zhǔn)，斷路器的極限短路分?jǐn)嗄芰瓦\(yùn)行短路分?jǐn)嗄苁桥袛鄶嗦菲鬟\(yùn)行能力的重要參考標(biāo)準(zhǔn)。②斷路器電氣間隙和爬電距離。要確定斷路器的電器間隙，需要根據(jù)低壓系統(tǒng)的絕緣配合。絕緣配合建立在瞬時(shí)過(guò)電壓被限制在規(guī)定的沖擊耐受電壓，而系統(tǒng)中的電器或設(shè)備產(chǎn)生的瞬時(shí)過(guò)電壓也必須低于電源系統(tǒng)規(guī)定的沖擊電壓。因此斷路器電氣間隙和爬電距離也是低壓斷路器選擇的重要參考[4]。

低壓斷路器的參考標(biāo)準(zhǔn)如下：GB 10963—1989《家用及類似場(chǎng)所用斷路器》、GB 14048.2—1994《低壓開(kāi)關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備 低壓斷路器》、GB 1984—1989《交流高壓斷路器》、GB 4876—1985《交流高壓斷路器的線路充電電流開(kāi)合試驗(yàn)》、GB 7675—1987《交流高壓斷路器的開(kāi)合電容器組試驗(yàn)》。

4 現(xiàn)有技術(shù)問(wèn)題與事故分析

4.1 現(xiàn)有技術(shù)問(wèn)題

目前低壓故障發(fā)生時(shí)，使用傳統(tǒng)的人手動(dòng)拉閘方式存在爆炸與電弧傷人的安全風(fēng)險(xiǎn)。部分操作人員會(huì)佩戴絕緣手套進(jìn)行基礎(chǔ)保護(hù)，但絕緣手套一般只能防止電流通過(guò)人體，無(wú)法防止其他方式的傷害，同時(shí)也存在著人手誤觸碰問(wèn)題。因此，本文提出一種低壓塑殼開(kāi)關(guān)絕緣操作工具，可用外部絕緣工具取代人手，實(shí)現(xiàn)人手無(wú)接觸的安全操作。

4.2 絕緣事故分析

斷路器的絕緣事故可分為內(nèi)絕緣事故和外絕緣事故。其中內(nèi)絕緣事故包括套管和電力互感器事故，如進(jìn)水受潮、油質(zhì)劣化或油量不足；而外絕緣事故包括污閃和雷擊引起的斷路器閃絡(luò)、爆炸等事故。由于在實(shí)際操作中，一般無(wú)法完全杜絕事故發(fā)生，因此對(duì)電氣設(shè)備輔助使用工具的研制與應(yīng)用，需要符合電力環(huán)境安全絕緣要求的技術(shù)指標(biāo)，以確保電力設(shè)備的安全運(yùn)行與操作人員的人身安全[5]。

5 研制方案

5.1 研發(fā)思路

經(jīng)過(guò)近幾年對(duì)變電站斷路器尤其是對(duì)低壓塑殼斷路器的操作研究，發(fā)現(xiàn)目前使用傳統(tǒng)人手操作方式存在一定的安全隱患，因此絕緣性是本工具首要的技術(shù)設(shè)計(jì)點(diǎn)。同時(shí)為了在使用時(shí)能產(chǎn)生一定的操作距離，設(shè)計(jì)的工具需具備安全距離操作功能，操作頭設(shè)計(jì)方面需滿足單手快速操作，因此操作頭的設(shè)計(jì)必須是能在施力時(shí)實(shí)現(xiàn)與開(kāi)關(guān)拉閘方向相反的凹型設(shè)計(jì)。

5.2 研究方法與技術(shù)路線

5.2.1 文獻(xiàn)資料法

筆者們通過(guò)圖書(shū)館、檔案館以及互聯(lián)網(wǎng)等渠道廣泛查找相關(guān)的文獻(xiàn)資料，并對(duì)查找得到的文獻(xiàn)資料加以分析和研究。

5.2.2 實(shí)地調(diào)查法

為更好地了解現(xiàn)階段低壓塑殼開(kāi)關(guān)實(shí)操存在的安全問(wèn)題，筆者們?cè)诖_定的范圍內(nèi)進(jìn)行變電站實(shí)地考察，搜集大量資料以統(tǒng)計(jì)分析，從而探討耗時(shí)較長(zhǎng)的原因。

5.2.3 案例分析法

筆者對(duì)國(guó)內(nèi)外解決低壓塑殼開(kāi)關(guān)操作問(wèn)題案例進(jìn)行持續(xù)追蹤調(diào)查、剖析，深入研究，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)。

5.2.4 分析歸納法

研究分析所查閱到的文獻(xiàn)資料，歸納總結(jié)其研究?jī)?nèi)容并合理分類，根據(jù)比較研究及案例分析的結(jié)果，總結(jié)歸納有借鑒意義的做法和經(jīng)驗(yàn)。

通過(guò)搜集文獻(xiàn)、研究分析，本文提出本工具的技術(shù)研發(fā)路線，以使得整個(gè)研究可以有序推進(jìn)，技術(shù)路線可按照如下所示的流程進(jìn)行：現(xiàn)場(chǎng)勘查→提出工具的技術(shù)指標(biāo)→查閱資料→提出具體的設(shè)計(jì)方案→工具制作→現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)→查找存在的問(wèn)題→對(duì)工具進(jìn)行改進(jìn)升級(jí)→試驗(yàn)成功并完成技術(shù)報(bào)告→完成。

5.3 技術(shù)研究方案

本文提出的低壓塑殼開(kāi)關(guān)絕緣操作工具，其設(shè)計(jì)為可伸縮型桿體設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)包括桿體和操作頭。其中操作頭采用的技術(shù)設(shè)計(jì)原理是與開(kāi)關(guān)相反的凹造型結(jié)構(gòu)；操作桿采用絕緣性好的橡膠材料制作，通過(guò)操作桿與操作機(jī)制的聯(lián)動(dòng)操作解決手動(dòng)操作的問(wèn)題，以操作頭取代人手操作，解決工作人員在對(duì)低壓塑殼開(kāi)關(guān)進(jìn)行分、合閘操作時(shí)，因開(kāi)關(guān)或線路故障，合閘時(shí)產(chǎn)生的短路電弧對(duì)操作人員造成的傷害[6]。

設(shè)計(jì)時(shí)結(jié)合了低壓塑殼開(kāi)關(guān)斷路器的使用場(chǎng)景及使用空間，結(jié)構(gòu)小巧便攜，可伸縮，方便攜帶，操作時(shí)只需要在安全位置伸縮操作桿到分、合閘開(kāi)關(guān)處，用操作頭實(shí)現(xiàn)拉動(dòng)便能快速完成相關(guān)操作。工具能應(yīng)用于更多同類型尤其是狹窄空間的安全距離絕緣操作場(chǎng)景中，安全性高，使用方便，可減少電力安全事故的發(fā)生率。

5.4 技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)

工具操作頭采用的是與開(kāi)關(guān)相反的凹造型結(jié)構(gòu)，使其能通過(guò)操作桿與操作機(jī)制的聯(lián)動(dòng)操作實(shí)現(xiàn)拉閘等動(dòng)作。桿體采用全絕緣材料設(shè)計(jì)，并可伸縮，滿足安全操作距離。小巧便攜設(shè)計(jì)可保證其使用的便捷性。

6 應(yīng)用效能

目前配電系統(tǒng)要求斷路器除了能通斷電流實(shí)現(xiàn)電路控制和簡(jiǎn)單的短路、過(guò)載保護(hù)外，還要能提供隔離和安全保護(hù)功能，特別是在針對(duì)人身、設(shè)備安全與配電系統(tǒng)的可靠性方面都提出了新的要求。因此在斷路器的使用方面，操作人員的使用方式與現(xiàn)場(chǎng)操作安全性也是決定電力設(shè)備與電網(wǎng)系統(tǒng)安全運(yùn)行的重要標(biāo)志。本文提出一種作用于低壓塑殼開(kāi)關(guān)分、合閘操作的絕緣操作工具，工具研制后在海南電網(wǎng)昌江供電局進(jìn)行試驗(yàn)使用，使用后大大提高了操作便捷性與安全性，操作人員只需單手便能實(shí)現(xiàn)安全距離的分、合閘拉動(dòng)動(dòng)作，其實(shí)用性獲得了昌江供電局操作人員的一致好評(píng)[7]。工具計(jì)劃被推廣至更多兄弟單位，也能應(yīng)用于同類型絕緣場(chǎng)合中，具有很好的推廣性。

7 絕緣桿與電力安全操作應(yīng)用

絕緣操作桿作為帶電作業(yè)中主要操作的工具，能確保其處于良好的絕緣狀態(tài)，對(duì)確保人員和設(shè)備安全具有重要意義。根據(jù)DL/T 1240—2013 對(duì)1 000 kV 帶電作業(yè)工具裝置的試驗(yàn)要求，對(duì)絕緣操作桿不同工況下電場(chǎng)分布進(jìn)行研究。絕緣操作桿能用于短時(shí)間對(duì)帶電設(shè)備進(jìn)行操作或測(cè)量的基本絕緣安全工器具，因此也是變電站人員常用的作業(yè)工具。為了更好地使用電力設(shè)備，筆者正是在電力運(yùn)行與安全操作工具應(yīng)用的背景下，研制出一種適用于低壓塑殼開(kāi)關(guān)的絕緣操作工具，使其以最低的成本實(shí)現(xiàn)安全最大化。

8 效益分析

8.1 安全效益

本文提出的一種低壓塑殼開(kāi)關(guān)絕緣操作工具，實(shí)現(xiàn)了操作人員在安全距離內(nèi)完成100%的分、合閘絕緣操作，不但降低了電力系統(tǒng)中尤其對(duì)于斷路器操作中安全事故的發(fā)生率，同時(shí)也提高了斷路器的安全運(yùn)行，從而提高整體電網(wǎng)運(yùn)行的安全性。

8.2 經(jīng)濟(jì)效益

本文所研制的低壓塑殼開(kāi)關(guān)絕緣操作工具，可使工作效率整體提升80%以上。工具在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面嚴(yán)格遵守及參考了變電站工作現(xiàn)場(chǎng)尤其低壓塑殼開(kāi)關(guān)的使用環(huán)境空間及操作規(guī)范，其便攜性及操作的靈活性能有效提高現(xiàn)場(chǎng)工作效率，實(shí)際使用效果明顯，能提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益及管理效率，規(guī)范操作流程，成果可廣泛應(yīng)用于各種電氣設(shè)備絕緣操作場(chǎng)景中。

9 結(jié)論

塑殼斷路器系統(tǒng)中的智能保護(hù)設(shè)備能在電力系統(tǒng)出現(xiàn)一些故障時(shí)及時(shí)識(shí)別故障類型，快速切除系統(tǒng)中的故障部分，防止故障進(jìn)一步擴(kuò)大，使整個(gè)系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行。隨著低壓塑殼斷路器自動(dòng)化程度的提高，相對(duì)應(yīng)的人工操作方式也被逐漸取代。本文提出一種低壓塑殼開(kāi)關(guān)絕緣操作工具，利用科學(xué)合理的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，解決了人工進(jìn)行分、合閘操作中存在的安全問(wèn)題，保障了操作人員的人身安全，是相關(guān)電氣設(shè)備的有效輔助工具。