220kV隔离开关触头触指清理打磨器的研制董德勇陈宇航秦超何壮曹凯王龙

引言

近年来,随着社会经济迅猛发展,人们对电力的需求日益增长,促使对变电设备供电可靠性的要求也越来越高。高压隔离开关是变电站中应用最广泛的一次设备,长期运行于户外恶劣的大气环境中,触头触指的接触通流部位易氧化积灰,导致接触电阻变大,产生局部过热缺陷,威胁电网的安全稳定运行。据统计,隔离开关触头触指部位过热缺陷占隔离开关过热缺陷的70%。针对该问题,目前主要通过采取定期检修隔离开关,及时处理积灰氧化层的措施,防止接触电阻过大。目前变电站内500kV及以上电压等级的户外敞开式隔离开关相与相之间预留距离通道较大,可以方便地借助斗臂车开展动静触头的检修工作。110kV及以下电压等级隔离开关的触头触指距离地面距离较近,检修人员可以佩戴安全带爬至支架底座上方便地开展触头触指部位的检修工作。但220kV电压等级的隔离开关因触头部位高度较高,且同间隔内一次设备之间的距离较短,导致较难把控斗臂车的检修安全风险。因此,目前220kV隔离开关的检修多由检修人员登高操作,高空坠落风险极大,且检修质量难以保证,检修质量不佳将直接导致产生局部过热缺陷。

针对上述220kV隔离开关触头触指部位检修工作存在的难题,本文研制了一款专门针对220kV隔离开关触头触指部位检修的辅助工器具,即220kV隔离开关触头触指清理打磨器。该打磨器使用了电机驱动技术,由电机传动绝缘杆,绝缘杆驱动专用打磨刷头在隔离开关需要检修的触头触指接触部位旋转运动,通过辅助摄像技术观察设备需要打磨的程度,从而调节合适的电机转速和输出功率,实现对隔离开关触头触指的表面积灰和氧化层的有效清理。该工器具有效防止了隔离开关触头触指部位接触电阻变大,提高了隔离开关的检修质量,对维护电网的安全稳定运行具有重要意义。

1隔离开关触头触指部位过热原因分析

隔离开关电接触处存在过热缺陷的原因在于导体在接触区域的接触电阻升高。由霍尔姆(Ho1m）接触电阻理论可知,接触电阻主要由收缩电阻和膜层电阻两部分组成。

1.1收缩电阻

当触头触指接触时,接触表面因灼、伤积灰等因素造成表面高低不平,在接触时高的部分优先接触,形成接触对,当施加载荷到一定值时,会击穿接触面的氧化膜形成电流导通点,电流汇聚到接触点时受到约束后形成收缩电阻,如图1所示。因此,在触头触指检修过程中,若打磨工艺不良,会使其接触面粗糙,收缩电阻增大。

图1金属接触处示意图

1.2膜层电阻

在大气环境中,触头触指接触面很容易形成氧化膜层,当膜层足够厚时,则可能会造成接触面之间的绝缘;当膜层较薄时,高压电流能击穿膜层而使金属膜层呈现出一定的电阻,即膜层电阻。若检修工艺质量差,将无法破坏触头触指表面氧化层,膜层电阻依然较大。

综上所述,隔离开关触头触指部位的检修关键是要清理打磨掉接触表面的收缩电阻与膜层电阻。若检修工艺质量不佳,将无法有效消除接触表面的收缩电阻、膜层电阻,其接触电阻仍旧较大,长期积累将会造成过热缺陷[10],严重时将危害电网的安全运行。

2220kv隔离开关触头触指清理打磨器的研制

2.1清洁溶剂的选取

通过查找资料,深入分析了解隔离开关触头触指部位易积灰氧化的原因,同时对目前市场上各种可溶解油灰的清洁溶液在隔离开关已积灰的触头上进行溶解试验,要求清洁溶液的溶积灰效果好,且对隔离开关触头触指金属部分无腐蚀,不产生影响导电性能的保护膜层。由于酒精目前在工程上被广泛采用且使用效果良好,便于获取,经济性好,本设计最终决定选择酒精作为清洁溶液。

2.2清理打磨刷的设计

刷头分清理刷与打磨刷两种。清理刷为普通清洁刷头,配合使用溶剂刷掉表面积灰层;打磨刷外表面使用高质量的百洁布制作而成,通过旋转打磨掉触头表面的氧化层。清理刷与打磨刷的固定支撑装置通用,检修时先使用清洁刷对触头触指部位清除积灰,然后将清洁刷头更换为打磨刷头后,对氧化层进行打磨。依据220kV隔离开关触头触指的形状、尺寸、结构,设计出220kV隔离开关触头触指专用清理打磨刷。又因不同型号的220kV隔离开关触头触指的形状、尺寸、结构各不相同,故分别设计出220kV水平开启式与水平伸缩式隔离开关触头触指专用检修打磨刷。

2.3传动绝缘杆的设计

绝缘杆作为连接驱动电机和刷头的连杆,一方面可以支撑顶部清洁打磨装置,另一方面可以传动电机的输出功率,从而驱动清洁打磨装置旋转工作。

根据清洁打磨装置的重量、尺寸,选择合适强度的绝缘杆,绝缘杆的硬度、强度应能可靠支撑清洁打磨装置灵活旋转。绝缘杆的高度应保证检修人员手持驱动电机,绝缘杆顶部清洁打磨装置的清洁刷与打磨刷正好可以方便伸进触头触指内部位置。绝缘杆顶部与清洁打磨装置底部采用卡槽方式进行连接,将绝缘杆顶部与清洁打磨装置底部设计改造成能相互可靠连接的方形卡槽。

2.4驱动电机的改造

驱动电机转轴与传动绝缘杆设计成卡槽连接方式。转轴顶部改造成一个可插入方形卡槽的凸出方形卡块:同理,传动绝缘杆底部改造成相应尺寸的方形卡槽。

驱动电机驱动清洁刷和打磨刷的力度与转速只需保证能够有效清理掉隔离开关触头触指的表面积灰和氧化层即可。输出功率和转速依据辅助摄像装置观察到的设备表面情况进行选择,避免因打磨强度过大而打磨掉镀银层。

2.5辅助摄像技术

为了有效观察触头触指的积灰氧化程度以及打磨检修过程中的打磨强度,在打磨装置顶部加装了观察摄像头,该摄像头可将触头触指的实时状况传递给观察屏,可以有效观察到触头触指的检修进展情况,避免打磨过度或者不足,保证检修工艺的质量。

2.6220kV隔离开关触头触指清理打磨器成品

因不同型号的220kV隔离开关触头触指的形状、尺寸、结构各不相同,故应将绝缘杆与清理打磨刷之间的过渡连接设计成不同角度,使清理打磨装置能有效伸进各型号隔离开关的触头触指部位。将改造后的打磨清洁装置、传动绝缘杆、驱动电机和辅助摄像头等各部件进行连接组装,分别制造出220kV水平开启式与水平伸缩式隔离开关触头触指专用清理打磨器成品,如图2、图3所示。

3结语

本文设计研制了一款针对220kV隔离开关触头触指部位检修的专用工器具,该工器具利用电机驱动旋转打磨技术,使其能够在触头触指部位开展高质量检修工作,克服了传统220kV隔离开关触头触指部位检修时斗臂车伸缩升降困难,攀爬瓷瓶检修时检修质量不佳、高空坠落风险大等缺点。经过在各类型220kV隔离开关上进行试验,验证了其有效性和可靠性。