低壓開關(guān)操作棒的研制

支玉清

1.上海交通大學(xué)電氣工程系 上海 200240

2.國網(wǎng)上海市電力公司市區(qū)供電公司 上海 200080

1 問題的引出

目前，上海市電力公司市區(qū)供電公司（東部地區(qū)）下設(shè)低壓配電站（包括箱變）1300余座，低壓運(yùn)行設(shè)備中，包括低壓開關(guān)9500多只，其中ABB公司生產(chǎn)的SACE S6空氣開關(guān)占95%以上。這些空氣開關(guān)的主要作用是：1）為居民供電；2）為專線用戶供電；3）配電之間低壓聯(lián)絡(luò)作用。

SACE S6低壓開關(guān)在送電過程中存在不安全因素，如送電操作中開關(guān)外部發(fā)生故障將致使開關(guān)跳閘，并伴隨發(fā)生開關(guān)冒煙，甚至爆炸現(xiàn)象，極大程度上威脅到作業(yè)人員的人身安全。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，平均每年（東部地區(qū)）低壓開關(guān)操作量達(dá)1000余次，其中SACE S6操作量500余次，占整個低壓開關(guān)操作量的50%左右。對近年該型號低壓開關(guān)跳閘數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)：2008年6次、2009年4次、2010年4次、2011年4次、2012年2次，按總操作次數(shù)計(jì)算，雖然開關(guān)跳閘所占比例并不高，但只要出現(xiàn)類似情況，開關(guān)冒煙、爆炸，威脅操作人員的人身安全，對一線員工自身、家庭帶來的傷害、損失是巨大的，而目前仍沒有有效的輔助工具解決此安全隱患。鑒于這種情況，應(yīng)盡最大可能降低操作人員在操作ABB低壓開關(guān)過程中所存在的不安全因素。

2 現(xiàn)狀調(diào)查分析

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)，需進(jìn)行日常操作的低壓開關(guān)中，30%以上位于各小區(qū)綠化帶的箱變中，操作時常常遇到門不能開足，操作時徒手夠不到等操作困難。根據(jù)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，操作人員在操作低壓開關(guān)過程中存在的不安全因素主要為：開關(guān)送電操作中再次發(fā)生故障，造成開關(guān)冒煙、爆炸，由于操作人員需要動手操作，安全距離不足，威脅人身安全，不安全系數(shù)達(dá)到70%。

匯總2008年至2012年ABB低壓開關(guān)跳閘情況見表1。

關(guān)于低壓開關(guān)跳閘后，操作人員試送電的問題。根據(jù)《低壓開關(guān)跳閘處理原則》第四條：“若該低壓開關(guān)為上網(wǎng)線路，則對所送架空線進(jìn)行初步巡視，巡視正常后可試送一次，若再次跳閘，則對所送架空線上所有接戶線、用戶進(jìn)行檢查，若均正常，可再試送一次，若再次跳閘，則對低壓電纜絕緣進(jìn)行搖測”［1］，因此，操作人員在操作低壓開關(guān)試送電過程中，必定潛在開關(guān)再次跳閘而產(chǎn)生的不安全因素。

表1 統(tǒng)計(jì)ABB低壓開關(guān)跳閘調(diào)查分析統(tǒng)計(jì)表

ABB低壓開關(guān)額定電流是630A，在試送故障電流時遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過該額定電流，造成ABB低壓開關(guān)在承受故障電流沖擊時發(fā)生冒煙、爆炸現(xiàn)象，嚴(yán)重威脅操作人員的人身安全。

3 低壓開關(guān)操作棒的設(shè)計(jì)

根據(jù)以上實(shí)際情況，制作方便攜帶的SACE S6低壓開關(guān)操作棒。使作業(yè)人員在保持足夠安全距離的條件下，雙手握住操作棒后端，用長柄操作棒替代原先的徒手操作開關(guān)，操作空間擴(kuò)大，滿足用操作棒頂部的作業(yè)端頭對開關(guān)進(jìn)行“分”“合”動作，尤其提高低壓開關(guān)在“合上”過程中的安全程度。解決低壓開關(guān)冒煙、爆炸傷及操作人員人身安全的問題，提高操作人員操作ABB低壓開關(guān)時的安全性，使操作人員不安全系數(shù)由70%下降到0%。

3.1 作業(yè)端頭

3.1.1 結(jié)構(gòu)類型

圍繞制作的操作棒需滿足在兩種規(guī)格的低壓開關(guān)上進(jìn)行“分”“合”動作這一要求（兩種SACE S6開關(guān)在外觀上尺寸相同，僅在操作柄上的尺寸有所不同），將2種作業(yè)端頭設(shè)計(jì)在操作棒兩端，固定式樣，類似于兩頭的活動扳手，設(shè)計(jì)簡單，無需現(xiàn)場調(diào)換，方便攜帶，只需將操作棒材料選用絕緣材料，同時不影響兩端作業(yè)端頭的調(diào)換使用。

3.1.2 端頭式樣

考慮到工作中兩種不同尺寸的ABB低壓開關(guān)，即低壓總開關(guān)及分路出線開關(guān)，開關(guān)操作手柄大小不同。將操作棒兩端設(shè)計(jì)成一大一小兩種頭子。一棒多用，方便操作兩種規(guī)格的低壓開關(guān)。

根據(jù)ABB低壓開關(guān)合閘開關(guān)大小，設(shè)計(jì)操作棒端頭為套口式樣，套口插入開關(guān)操作柄，向上扳動，實(shí)現(xiàn)合閘效果。該式樣結(jié)構(gòu)簡單，套住操作柄上下扳動過程中，牢固性均較好。

3.1.3 材料選擇

根據(jù)操作棒對作業(yè)端頭的要求，初選金屬鋁、銅、鐵進(jìn)行材料對比，端頭材料需要有一定的硬度、塑性方便、不易變形，在此前提下，端頭材料要滿足質(zhì)輕容易攜帶，價格低廉。金屬鐵滿足制作作業(yè)端頭的要求，硬度高、塑性方便、不易變形、質(zhì)輕，且價格在三者中最具經(jīng)濟(jì)性，如表2所示。

表2 材料對比表

3.2 操作棒桿部

3.2.1 材料選擇

初選要求材料絕緣性能良好、不易變形、性價比較高，并有較好短時耐溫性。選擇桿部選用玻璃鋼作為制作材料，其輕質(zhì)高強(qiáng)；耐腐蝕性能好；絕緣性能佳、熱性能良好；在瞬時超高溫情況下，是理想的熱防護(hù)和耐燒蝕材料；工藝性優(yōu)良，可以根據(jù)需要，靈活地設(shè)計(jì)出各種結(jié)構(gòu)產(chǎn)品，工藝簡單，一次成型，經(jīng)濟(jì)效果突出。

雖然玻璃鋼長期耐溫性差，但操作棒在使用過程中，通常僅耐受瞬時高溫，極少情況存在長期高溫環(huán)境，故這一缺點(diǎn)并不影響操作棒的正常使用。

3.2.2 桿部形狀

為使操作棒更適合操作人員使用，特將玻璃鋼制作了兩根不同形狀（圓柱形、長方體形）的操作棒柄部樣品，并從手持舒適度、牢固性等方面在一線員工中征詢意見。長方體形棱角多，手持舒適度較差。圓柱體表面光滑，握持舒適、牢固，方便操作，機(jī)械強(qiáng)度好。桿部形狀確定采用圓柱體。

3.3 端頭方案及與絕緣桿連接方式

對比常用的連接結(jié)構(gòu)螺紋及螺栓結(jié)構(gòu)。具體做法：螺紋結(jié)構(gòu)，分別在作業(yè)端頭底部和絕緣桿兩端攻絲，兩部分以螺紋結(jié)構(gòu)連接。該連接牢固穩(wěn)定，局部（端部、桿部）有損壞時可逐個調(diào)換，徒手即可完成作業(yè)端頭安裝操作，且無其他部件，節(jié)省成本。螺栓結(jié)構(gòu)，分別在作業(yè)端頭底部和絕緣桿兩端穿孔，并以螺栓連接。連接牢固穩(wěn)定，局部（端部、桿部）有損壞時可逐個調(diào)換，但螺栓結(jié)構(gòu)多了兩個部件：螺栓、螺母，需借助工具才可使兩端安裝牢固，比較螺紋結(jié)構(gòu)，螺栓結(jié)構(gòu)連接復(fù)雜。最終確定使用螺紋結(jié)構(gòu)。

3.4 技術(shù)參數(shù)的確定

關(guān)于操作棒的長度。低壓開關(guān)滅弧間隙較小，當(dāng)開關(guān)發(fā)生故障噴弧時，最大距離一般0.2m左右，手持部分就將占0.1m左右，在既要滿足操作時的安全性，又保證操作開關(guān)的便捷性、可行性的前提下，最后確定操作棒長度為0.5m。

一般低壓工具只對工器具外表進(jìn)行檢查，無開裂、缺損、變形即可，無其他試驗(yàn)要求。為確保操作棒的絕緣水平，對該操作棒的耐壓性能參照了低壓絕緣手套的標(biāo)準(zhǔn)，工頻耐壓30kV/3s，操作棒不擊穿、不閃絡(luò)［2］。

關(guān)于兩個作業(yè)端頭的尺寸。針對ABB SACE S6低壓開關(guān)兩種大小的操作柄進(jìn)行了實(shí)物測量，操作柄呈梯形狀。操作端頭按開關(guān)操作柄梯形大端的尺寸，設(shè)計(jì)成長方體套口，使操作柄插入作業(yè)端頭進(jìn)行上下扳動，實(shí)現(xiàn)分合閘。操作棒主要設(shè)計(jì)尺寸見表3。

4 現(xiàn)場試驗(yàn)及改進(jìn)情況

4.1 現(xiàn)場試驗(yàn)

確認(rèn)尺寸、式樣及技術(shù)參數(shù)與原始設(shè)計(jì)相符后，選擇試驗(yàn)開關(guān)，將操作棒投入試用。選定市區(qū)公司某箱變，低壓開關(guān)型號為ABB公司生產(chǎn)的SACE S6空氣開關(guān)，箱變位于綠化中，雖然箱變門可完全打開，但由于周圍綠化茂密，人的站立位置徒手無法夠到開關(guān)，且站立位置后部有其他建筑物，操作空間較小。根據(jù)開關(guān)型號、附近環(huán)境該箱變具有代表性。

借助新的操作棒操作人員對該ABB低壓開關(guān)進(jìn)行分合閘操作。該操作棒基本能安全地實(shí)現(xiàn)對開關(guān)的分合閘動作。但操作人員發(fā)現(xiàn)當(dāng)套口套住開關(guān)操作柄操作時，操作棒頂端套口與開關(guān)操作柄很難完全匹配，特別在上下扳動操作過程中會發(fā)生松動，作業(yè)人員需使用較大的力才能完成操作。影響開關(guān)的分合，仍需對操作棒進(jìn)行進(jìn)一步的改進(jìn)。

4.2 改進(jìn)情況

根據(jù)操作棒在使用過程中的困難后，列出了以下兩種改進(jìn)意見。

1）裝填充物。不改變操作棒作業(yè)端子原來的大小，為避免在上下扳動時發(fā)生松動，在套口內(nèi)部兩邊裝兩塊木制填充物，使作業(yè)端子內(nèi)部呈梯形狀。制作樣品試用后發(fā)現(xiàn)，裝填充物可以暫時滿足操作開關(guān)的要求，但木制填充物時間久了，容易損壞、脫落。

2）契形結(jié)構(gòu)。改變操作棒作業(yè)端子的形狀，根據(jù)開關(guān)操作柄梯形尺寸，將套口做成契形結(jié)構(gòu)，使之與開關(guān)操作柄相完全匹配。樣品試用效果良好，套口可完全滿足操作開關(guān)的要求，契型結(jié)構(gòu)，使之能充分與開關(guān)操作柄相吻合，利于操作棒長期使用。兩種套口改進(jìn)方案示意圖見圖1。根據(jù)最后修改底稿，繪制低壓操作棒圖紙見圖2，并制作實(shí)物圖3。

表3 操作棒主要設(shè)計(jì)尺寸

圖1 套口改進(jìn)方案示意圖

圖2 低壓開關(guān)操作棒圖紙

圖3 操作棒實(shí)物圖

作業(yè)人員手握操作棒可輕松實(shí)現(xiàn)對ABB低壓開關(guān)的合閘動作，操作中遇到開關(guān)冒煙、爆炸情況，操作棒安全距離符合要求，根據(jù)試用情況填寫低壓開關(guān)操作棒試用報告見表4。試用操作棒后，作業(yè)人員在關(guān)合、拉開低壓開關(guān)時，人身安全得到保障，且操作過程較原先更為方便、順利，達(dá)到了預(yù)期的效果。

表4 低壓開關(guān)操作棒試用報告

5 結(jié)語

簡便型低壓開關(guān)操作棒在試用成功后，一線人員將其使用范圍擴(kuò)展到平時的工作中，并且遇到開關(guān)試送電再次跳閘，發(fā)生冒煙、爆炸現(xiàn)象，由于作業(yè)人員試用的操作棒，操作過程中始終與開關(guān)保持一定安全距離，未發(fā)生人員受傷現(xiàn)象。操作棒操作簡單，經(jīng)過培訓(xùn)，作業(yè)人員均能熟練使用，適合多種復(fù)雜工作環(huán)境，并且操作棒本身成本低廉，方便攜帶。

經(jīng)過試用，使用新型低壓開關(guān)操作棒后的不安全系數(shù)由70%降低到0%，未發(fā)生危及人身安全的事故，保證了操作過程中的人身安全。同時，制定《簡便型SACE S6低壓開關(guān)操作棒作業(yè)指導(dǎo)書》納入公司標(biāo)準(zhǔn)化管理體系，進(jìn)一步提升一線人員操作安全水平。

［1］國網(wǎng)上海市電力公司市區(qū)供電公司.低壓開關(guān)跳閘處理原則［S］.2010.

［2］《國家電網(wǎng)公司電力安全工作規(guī)程（線路部分）》［S］.2009.

［3］國網(wǎng)上海市電力公司市區(qū)供電公司.《危險源辨識和風(fēng)險評價程序》［S］.2010.