引言

近年來(lái),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(zhǎng),促使對(duì)變電設(shè)備供電可靠性的要求也越來(lái)越高。高壓隔離開(kāi)關(guān)是變電站中應(yīng)用最廣泛的一次設(shè)備,長(zhǎng)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(guò)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(kāi)關(guān)觸頭觸指部位過(guò)熱缺陷占隔離開(kāi)關(guān)過(guò)熱缺陷的70%。針對(duì)該問(wèn)題,目前主要通過(guò)采取定期檢修隔離開(kāi)關(guān),及時(shí)處理積灰氧化層的措施,防止接觸電阻過(guò)大。目前變電站內(nèi)500kV及以上電壓等級(jí)的戶外敞開(kāi)式隔離開(kāi)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(chē)開(kāi)展動(dòng)靜觸頭的檢修工作。110kV及以下電壓等級(jí)隔離開(kāi)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(kāi)展觸頭觸指部位的檢修工作。但220kV電壓等級(jí)的隔離開(kāi)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(chē)的檢修安全風(fēng)險(xiǎn)。因此,目前220kV隔離開(kāi)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(guò)熱缺陷。

針對(duì)上述220kV隔離開(kāi)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(zhuān)門(mén)針對(duì)220kV隔離開(kāi)關(guān)觸頭觸指部位檢修的輔助工器具,即220kV隔離開(kāi)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(zhuān)用打磨刷頭在隔離開(kāi)關(guān)需要檢修的觸頭觸指接觸部位旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),通過(guò)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(kāi)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(kāi)關(guān)觸頭觸指部位接觸電阻變大,提高了隔離開(kāi)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(kāi)關(guān)觸頭觸指部位過(guò)熱原因分析

隔離開(kāi)關(guān)電接觸處存在過(guò)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(guò)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(wú)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(kāi)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(wú)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(zhǎng)期積累將會(huì)造成過(guò)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(kāi)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(guò)查找資料,深入分析了解隔離開(kāi)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(kāi)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(kāi)關(guān)觸頭觸指金屬部分無(wú)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(guò)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(kāi)關(guān)觸頭觸指的形狀、尺寸、結(jié)構(gòu),設(shè)計(jì)出220kV隔離開(kāi)關(guān)觸頭觸指專(zhuān)用清理打磨刷。又因不同型號(hào)的220kV隔離開(kāi)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(kāi)啟式與水平伸縮式隔離開(kāi)關(guān)觸頭觸指專(zhuān)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(kāi)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(guò)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(guò)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(guò)度或者不足,保證檢修工藝的質(zhì)量。

2.6220kV隔離開(kāi)關(guān)觸頭觸指清理打磨器成品

因不同型號(hào)的220kV隔離開(kāi)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(guò)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(kāi)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(kāi)啟式與水平伸縮式隔離開(kāi)關(guān)觸頭觸指專(zhuān)用清理打磨器成品,如圖2、圖3所示。

3結(jié)語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)研制了一款針對(duì)220kV隔離開(kāi)關(guān)觸頭觸指部位檢修的專(zhuān)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(kāi)展高質(zhì)量檢修工作,克服了傳統(tǒng)220kV隔離開(kāi)關(guān)觸頭觸指部位檢修時(shí)斗臂車(chē)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(guò)在各類(lèi)型220kV隔離開(kāi)關(guān)上進(jìn)行試驗(yàn),驗(yàn)證了其有效性和可靠性。