220kV隔離開關觸頭觸指清理打磨器的研制董德勇陳宇航秦超何壯曹凱王龍

引言

近年來,隨著社會經(jīng)濟迅猛發(fā)展,人們對電力的需求日益增長,促使對變電設備供電可靠性的要求也越來越高。高壓隔離開關是變電站中應用最廣泛的一次設備,長期運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,導致接觸電阻變大,產(chǎn)生局部過熱缺陷,威脅電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。據(jù)統(tǒng)計,隔離開關觸頭觸指部位過熱缺陷占隔離開關過熱缺陷的70%。針對該問題,目前主要通過采取定期檢修隔離開關,及時處理積灰氧化層的措施,防止接觸電阻過大。目前變電站內(nèi)500kV及以上電壓等級的戶外敞開式隔離開關相與相之間預留距離通道較大,可以方便地借助斗臂車開展動靜觸頭的檢修工作。110kV及以下電壓等級隔離開關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展觸頭觸指部位的檢修工作。但220kV電壓等級的隔離開關因觸頭部位高度較高,且同間隔內(nèi)一次設備之間的距離較短,導致較難把控斗臂車的檢修安全風險。因此,目前220kV隔離開關的檢修多由檢修人員登高操作,高空墜落風險極大,且檢修質(zhì)量難以保證,檢修質(zhì)量不佳將直接導致產(chǎn)生局部過熱缺陷。

針對上述220kV隔離開關觸頭觸指部位檢修工作存在的難題,本文研制了一款專門針對220kV隔離開關觸頭觸指部位檢修的輔助工器具,即220kV隔離開關觸頭觸指清理打磨器。該打磨器使用了電機驅(qū)動技術,由電機傳動絕緣桿,絕緣桿驅(qū)動專用打磨刷頭在隔離開關需要檢修的觸頭觸指接觸部位旋轉(zhuǎn)運動,通過輔助攝像技術觀察設備需要打磨的程度,從而調(diào)節(jié)合適的電機轉(zhuǎn)速和輸出功率,實現(xiàn)對隔離開關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關觸頭觸指部位接觸電阻變大,提高了隔離開關的檢修質(zhì)量,對維護電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行具有重要意義。

1隔離開關觸頭觸指部位過熱原因分析

隔離開關電接觸處存在過熱缺陷的原因在于導體在接觸區(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

當觸頭觸指接觸時,接觸表面因灼、傷積灰等因素造成表面高低不平,在接觸時高的部分優(yōu)先接觸,形成接觸對,當施加載荷到一定值時,會擊穿接觸面的氧化膜形成電流導通點,電流匯聚到接觸點時受到約束后形成收縮電阻,如圖1所示。因此,在觸頭觸指檢修過程中,若打磨工藝不良,會使其接觸面粗糙,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,當膜層足夠厚時,則可能會造成接觸面之間的絕緣;當膜層較薄時,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,隔離開關觸頭觸指部位的檢修關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,長期積累將會造成過熱缺陷[10],嚴重時將危害電網(wǎng)的安全運行。

2220kv隔離開關觸頭觸指清理打磨器的研制

2.1清潔溶劑的選取

通過查找資料,深入分析了解隔離開關觸頭觸指部位易積灰氧化的原因,同時對目前市場上各種可溶解油灰的清潔溶液在隔離開關已積灰的觸頭上進行溶解試驗,要求清潔溶液的溶積灰效果好,且對隔離開關觸頭觸指金屬部分無腐蝕,不產(chǎn)生影響導電性能的保護膜層。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)濟性好,本設計最終決定選擇酒精作為清潔溶液。

2.2清理打磨刷的設計

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,檢修時先使用清潔刷對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,對氧化層進行打磨。依據(jù)220kV隔離開關觸頭觸指的形狀、尺寸、結(jié)構,設計出220kV隔離開關觸頭觸指專用清理打磨刷。又因不同型號的220kV隔離開關觸頭觸指的形狀、尺寸、結(jié)構各不相同,故分別設計出220kV水平開啟式與水平伸縮式隔離開關觸頭觸指專用檢修打磨刷。

2.3傳動絕緣桿的設計

絕緣桿作為連接驅(qū)動電機和刷頭的連桿,一方面可以支撐頂部清潔打磨裝置,另一方面可以傳動電機的輸出功率,從而驅(qū)動清潔打磨裝置旋轉(zhuǎn)工作。

根據(jù)清潔打磨裝置的重量、尺寸,選擇合適強度的絕緣桿,絕緣桿的硬度、強度應能可靠支撐清潔打磨裝置靈活旋轉(zhuǎn)。絕緣桿的高度應保證檢修人員手持驅(qū)動電機,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行連接,將絕緣桿頂部與清潔打磨裝置底部設計改造成能相互可靠連接的方形卡槽。

2.4驅(qū)動電機的改造

驅(qū)動電機轉(zhuǎn)軸與傳動絕緣桿設計成卡槽連接方式。轉(zhuǎn)軸頂部改造成一個可插入方形卡槽的凸出方形卡塊:同理,傳動絕緣桿底部改造成相應尺寸的方形卡槽。

驅(qū)動電機驅(qū)動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關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備表面情況進行選擇,避免因打磨強度過大而打磨掉鍍銀層。

2.5輔助攝像技術

為了有效觀察觸頭觸指的積灰氧化程度以及打磨檢修過程中的打磨強度,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時狀況傳遞給觀察屏,可以有效觀察到觸頭觸指的檢修進展情況,避免打磨過度或者不足,保證檢修工藝的質(zhì)量。

2.6220kV隔離開關觸頭觸指清理打磨器成品

因不同型號的220kV隔離開關觸頭觸指的形狀、尺寸、結(jié)構各不相同,故應將絕緣桿與清理打磨刷之間的過渡連接設計成不同角度,使清理打磨裝置能有效伸進各型號隔離開關的觸頭觸指部位。將改造后的打磨清潔裝置、傳動絕緣桿、驅(qū)動電機和輔助攝像頭等各部件進行連接組裝,分別制造出220kV水平開啟式與水平伸縮式隔離開關觸頭觸指專用清理打磨器成品,如圖2、圖3所示。

3結(jié)語

本文設計研制了一款針對220kV隔離開關觸頭觸指部位檢修的專用工器具,該工器具利用電機驅(qū)動旋轉(zhuǎn)打磨技術,使其能夠在觸頭觸指部位開展高質(zhì)量檢修工作,克服了傳統(tǒng)220kV隔離開關觸頭觸指部位檢修時斗臂車伸縮升降困難,攀爬瓷瓶檢修時檢修質(zhì)量不佳、高空墜落風險大等缺點。經(jīng)過在各類型220kV隔離開關上進行試驗,驗證了其有效性和可靠性。