一種插拔式快速更換低壓空氣開關(guān)的研發(fā)與應(yīng)用

摘要：現(xiàn)時(shí)使用的低壓空氣開關(guān)安裝在配電表箱內(nèi)，直接用硬質(zhì)銅排安裝，當(dāng)?shù)蛪嚎諝忾_關(guān)發(fā)生故障時(shí)，需要拆除空氣開關(guān)上下端的連接螺絲才能更換。由于相間距離較小不能帶電進(jìn)行更換，停電更換過程又會(huì)對(duì)用戶用電造成影響，基于此，提出一種新型低壓空氣開關(guān)，可在原有基礎(chǔ)上改裝，無(wú)須停電拆除連接螺絲，使用時(shí)直接拔下壞的低壓空氣開關(guān)，插上新的低壓空氣開關(guān)即可快速完成更換。由于更換過程無(wú)須使用工具，且不與帶電部位接觸，操作過程安全快捷。

關(guān)鍵詞：低壓空氣開關(guān);配電線路;開關(guān)設(shè)計(jì)

0? ? 引言

供電企業(yè)在配電線路中使用的低壓空氣開關(guān)安裝在變壓器配電表箱內(nèi)，低壓空氣開關(guān)的安裝一般用硬質(zhì)的銅排進(jìn)行上下連接，開關(guān)的本體采用螺絲固定的安裝方式[1-2]。這種安裝方式存在缺點(diǎn)，即如果低壓空氣開關(guān)發(fā)生故障，需要拆除空氣開關(guān)的上下端連接銅排和開關(guān)本體的螺絲才能更換。在電力行業(yè)里更換此類開關(guān)的流程較為復(fù)雜，因?yàn)橄嚅g距離較小，采取帶電作業(yè)的方式進(jìn)行更換非常冒險(xiǎn)，容易發(fā)生相間短路事故，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起人身觸電事故，所以一般較少采用這種更換方式。

為防止發(fā)生人身安全事故，電力行業(yè)規(guī)定低壓空氣開關(guān)應(yīng)停電更換，并在更換前安裝接地線。但這種工作方式所需時(shí)間非常長(zhǎng)，按規(guī)程規(guī)定，更換一個(gè)低壓空氣開關(guān)大概需要2 h，這樣長(zhǎng)時(shí)間停電對(duì)用戶非常不友好，往往會(huì)導(dǎo)致大量投訴，同時(shí)也不利于社會(huì)生產(chǎn)，所造成的影響也會(huì)很大。

1? ? 插拔式開關(guān)設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)思路如下：（1）不需要拆裝螺絲，因?yàn)楣ぷ鲿r(shí)接觸導(dǎo)電部分有可能造成觸電事故;（2）減少更換時(shí)間，過長(zhǎng)的更換時(shí)間必然造成停電時(shí)間過長(zhǎng)，從而不利于生產(chǎn);（3）避免傳統(tǒng)的安全無(wú)保障工作方式，甚至應(yīng)考慮能否在更換過程中不動(dòng)用工具、不與帶電部位接觸，保證操作過程安全快捷。

在設(shè)計(jì)時(shí)思考了多種方案，最終經(jīng)過對(duì)比，發(fā)現(xiàn)對(duì)開關(guān)的連接方式進(jìn)行設(shè)計(jì)的方案最優(yōu)，能夠減少大范圍改動(dòng)。

新型低壓空氣開關(guān)采用全新設(shè)計(jì)，分上下底座，下方底座為帶電插點(diǎn)，上方為低壓空氣開關(guān)本體，設(shè)計(jì)原理參照高壓小車式空氣開關(guān)的工作原理，斷路插入口采用特殊設(shè)計(jì)，加大了接觸面積和接觸壓力，采用本體彈簧加外置彈簧的方式提供壓力，防止接觸點(diǎn)接觸不良，底座帶電部位采用絕緣防護(hù)裝置，拔下空氣開關(guān)后無(wú)外露帶電部分，操作安全可靠。

插拔式快速更換低壓空氣開關(guān)，分為開關(guān)底座和開關(guān)本體兩大部分，在出廠新安裝時(shí)需先將開關(guān)底座裝在配電箱內(nèi)，固定底座螺絲和導(dǎo)電銅排的連接螺絲，送電投運(yùn)時(shí)將插拔式開關(guān)插入開關(guān)底座，再合上開關(guān)即可使用（圖1）。

絕緣底座與配電箱通過第一連接件固定連接，絕緣底座設(shè)有多個(gè)螺紋孔，第一連接件與螺紋孔相配合，第一連接件為螺釘，絕緣底座焊接在配電箱中。夾頭由軟質(zhì)絕緣材料遮蔽，夾頭包括兩個(gè)相對(duì)設(shè)置的夾片，兩個(gè)相對(duì)設(shè)置的夾片之間的距離不大于接觸刀片的厚度，兩個(gè)相對(duì)設(shè)置的夾片夾緊接觸刀片，使用時(shí)，兩個(gè)相對(duì)設(shè)置的夾片具有彈性，將本體插入絕緣底座，接觸刀片從絕緣材料遮蔽中插入夾頭，兩個(gè)相對(duì)設(shè)置的夾片將接觸刀片夾緊，形成可靠的連接點(diǎn)。

快速更換低壓空氣開關(guān)分為絕緣底座和本體，絕緣底座固定安裝于設(shè)有若干導(dǎo)電銅排的配電箱，絕緣底座兩端均固定安裝有夾頭，本體安裝于絕緣底座，本體設(shè)有開關(guān)，絕緣底座設(shè)有卡緊組件，卡緊組件卡緊本體與絕緣底座，本體兩端固定安裝有接觸刀片，夾頭夾緊接觸刀片，可快速更換插拔式低壓空氣開關(guān)。當(dāng)需要更換低壓空氣開關(guān)時(shí)，先將開關(guān)斷開，移動(dòng)卡緊組件，即可拔出原本體，再將新本體安裝于絕緣底座，接觸刀片卡入夾頭，夾頭夾緊接觸刀片，卡緊組件卡緊本體與絕緣底座，實(shí)現(xiàn)低壓空氣開關(guān)的快速更換。

底座使用環(huán)氧樹脂絕緣材料制成，底座上下各安裝3個(gè)銅制夾頭，夾頭使用軟質(zhì)絕緣材料遮蔽，空氣開關(guān)上下端各安裝3個(gè)接觸刀片，使用時(shí)開關(guān)的上下接觸刀片從絕緣材料遮蔽中插入與底座連接，底座中的夾頭將開關(guān)的刀片夾緊，形成可靠的連接點(diǎn);在底座兩邊設(shè)有兩個(gè)絕緣夾口，開關(guān)插入后夾口能將開關(guān)牢固夾住，形成雙重固定。更換開關(guān)時(shí)，先將開關(guān)斷開，將開關(guān)兩邊的夾口松開，然后將開關(guān)拔出即可。通過加大接觸面和接觸壓力，插拔式低壓空氣開關(guān)接觸電阻比原設(shè)計(jì)更小。獨(dú)特的內(nèi)外壓力彈簧設(shè)計(jì)為接觸面提供了安全可靠的壓力，能防止接觸不良而導(dǎo)致故障;首創(chuàng)插拔式設(shè)計(jì)，使更換過程用時(shí)不到10 s，安全可靠，無(wú)任何操作風(fēng)險(xiǎn)。

2? ? 安全檢測(cè)

為印證插拔式快速更換低壓空氣開關(guān)的安全性，對(duì)生產(chǎn)的開關(guān)進(jìn)行了安全檢測(cè)，檢測(cè)項(xiàng)目包含安全性、技術(shù)指標(biāo)和實(shí)用性。

（1）安全性試驗(yàn)檢測(cè)：對(duì)生產(chǎn)的開關(guān)通電施加交流耐壓，檢測(cè)其開關(guān)本體和底座絕緣情況，經(jīng)試驗(yàn)開關(guān)底座絕緣大于5 000 MΩ，遠(yuǎn)大于規(guī)程規(guī)定的數(shù)值，有優(yōu)秀的絕緣性能。

（2）回路電阻試驗(yàn)：通過對(duì)比試驗(yàn)，在相同型號(hào)的低壓斷路器上使用不同的接線方式進(jìn)行測(cè)試，對(duì)使用傳統(tǒng)接線的低壓斷路器進(jìn)行回路電阻試驗(yàn)，測(cè)量出電阻值為11 mΩ，而使用插拔式安裝接線的低壓斷路器測(cè)量出的電阻值為0.02 mΩ，完全符合規(guī)定要求。

（3）牢固性試驗(yàn)：試驗(yàn)分為0.7 m、1.2 m、2.5 m高處跌落試驗(yàn)，經(jīng)過不同高度試驗(yàn)，開關(guān)在底座卡扣的保護(hù)下未發(fā)生松脫現(xiàn)象，開關(guān)在試驗(yàn)后可實(shí)現(xiàn)開合和插拔的功能，符合試驗(yàn)要求。

（4）實(shí)用性對(duì)比試驗(yàn)：使用2組人員各安裝1組低壓斷路器進(jìn)行試驗(yàn)，對(duì)比其安裝效率，安裝傳統(tǒng)開關(guān)用時(shí)12 min 47 s（不含停送電安裝接地時(shí)間），使用插拔式安裝方式用時(shí)2 min 12 s（不含停送電安裝接地時(shí)間），插拔式安裝方式顯著優(yōu)于傳統(tǒng)安裝方式。

3? ? 實(shí)踐應(yīng)用效果

插拔式快速更換低壓空氣開關(guān)底座使用絕緣材料制成，上下端6個(gè)卡口使用加厚彈簧和銅夾片制作，保持了足夠的夾持力度，也保證了接觸電阻符合要求。經(jīng)測(cè)試對(duì)比，使用插拔式安裝方式的低壓空氣開關(guān)接觸電阻為0.02 mΩ，對(duì)安全使用無(wú)任何不良影響，甚至優(yōu)于傳統(tǒng)的安裝方式。

本裝置已在3個(gè)低壓臺(tái)區(qū)驗(yàn)證使用。據(jù)統(tǒng)計(jì)，使用傳統(tǒng)的更換方式，需要3人進(jìn)行工作，包含停電、驗(yàn)電、安裝接地線等一系列程序，平均需時(shí)3.2 h;使用插拔式快速更換低壓空氣開關(guān)后，所需人力為2人，停電后將舊開關(guān)拔下插上新開關(guān)，平均需時(shí)10 min（含停送電時(shí)間），極大地提高了工作效率，得到了驗(yàn)證人員的一致好評(píng)。

根據(jù)設(shè)計(jì)思路，本裝置的使用范圍以供電企業(yè)管轄的臺(tái)架式配電變壓器綜合箱為主?，F(xiàn)時(shí)供電企業(yè)使用的低壓配網(wǎng)綜合箱以3～4個(gè)低壓總開關(guān)居多，在更換時(shí)由于供電企業(yè)的安全管理限制，往往需要擴(kuò)大停電范圍才能更換，推廣使用此裝置后可在綜合配電箱到貨后更換，將原來的開關(guān)拆下安裝上新的底座即可使用，達(dá)到快速更換的目的。2020年7月對(duì)某供電企業(yè)到貨的27臺(tái)綜合配電箱的低壓開關(guān)進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)改裝，改裝后試驗(yàn)合格投運(yùn)，經(jīng)過2個(gè)月的高負(fù)荷運(yùn)行，開關(guān)正常，并在運(yùn)行期間進(jìn)行了3次更換操作，均達(dá)到快速更換的目標(biāo)。

以目前更換一個(gè)低壓空氣開關(guān)平均用時(shí)2 h，每個(gè)停電的低壓臺(tái)區(qū)平均300戶用戶，平均每戶用電容量3 kW，照明電價(jià)0.62元估算，每次更換低壓空氣開關(guān)所產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)損失約為300×3×2×0.62=1 116元?？h級(jí)市供電局每年需更換的低壓空氣開關(guān)以20次計(jì)算，則產(chǎn)生20×1 116=22 320元的經(jīng)濟(jì)損失。

更換為插拔式快速更換低壓空氣開關(guān)后，每次拆裝開關(guān)所需時(shí)間約為20 s，則每次產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)損失約為300×3×0.006×0.62=3.348元，1 116-3.348=1 112.652元;每年節(jié)省22 320-3.348×20=22 253.04元。

4? ? 結(jié)語(yǔ)

社會(huì)的發(fā)展對(duì)供電可靠性提出了更高的要求，供電企業(yè)的停電檢修時(shí)間也相對(duì)減少，但一些設(shè)備的損壞卻無(wú)法避免，需要進(jìn)行停電處理。在南方電網(wǎng)公司的典型設(shè)計(jì)中，臺(tái)架式配電變壓器占了大多數(shù)，這些臺(tái)架式配電變壓器絕大多數(shù)使用了綜合配電箱的安裝模式，里面存在著大量的低壓空氣開關(guān)，這些安裝在配電箱中的空氣開關(guān)在高溫高濕的環(huán)境中極易損壞，需要進(jìn)行停電更換，而長(zhǎng)時(shí)間停電會(huì)造成用戶投訴，同時(shí)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，不利于社會(huì)安定和發(fā)展。推廣這種插拔式快速更換低壓空氣開關(guān)后，供電所員工到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)后即可輕松操作，大幅減少了流程手續(xù)，節(jié)約了更多工作時(shí)間，因操作過程無(wú)須接觸帶電體，也就不需要做額外的安全措施，既提高了操作效率，又增加了企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，具有較大的推廣應(yīng)用價(jià)值。

[參考文獻(xiàn)]

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[2] 謝錕，蘇玨，廖衛(wèi)平，等.一種帶故障定位功能的低壓空氣開關(guān)的設(shè)計(jì)研究[J].機(jī)電信息，2019（33）：147.

收稿日期：2021-01-21

作者簡(jiǎn)介：何南生（1980—），男，廣東開平人，工程師，從事電力管理工作。