10 kV开关柜核相支架的研制

张宋彬，杨 光，董大磊，胡 伟，徐 鹏

（国网河南省电力公司郑州供电公司，河南 郑州 450000）

0 引言

随着我国经济的发展，无论是企业还是居民用户对电力需求加大的同时，对电能质量和供电可靠性提出了更为严格的要求，“手拉手”环网供电模式是提高供电可靠性最直接有效的办法。环网供电运行中，存在的突出问题就是两路电源相序相位不一致进行并列运行时，引起相间短路，造成人身伤亡、电网设备损坏。因此新建、改扩建后的变电站和输电线路，以及在线路检修完毕，向用户送电前，都必须进行核相试验，以确保输电线路相序与用户负载所需求的相序一致。

目前，国内高压电力线路核相均采用有线方式，核相时需要5人进行，一般由一人监督，四人操作，其中两个人用令克棒分别同时打开开关柜封闭隔离挡板，并保持住，再由两个人把无线核相棒伸入开关柜静触头进行核相[1]。在这样的操作过程中，令克棒存在滑脱的危险，操作人员在用令克棒打开封闭隔离挡板时，一旦一方滑脱，人就有可能进入柜内[2]，到时，封闭隔离挡板一头打开一头封闭，操作人员和带电设备的距离就会小于安全距离，造成人身伤害。如果用力不均，会使封闭隔离挡板突然封闭，卡住无线核相棒，引起核相棒断裂[3]，如果核相探头断在静触头里，将扩大停电范围，影响供电可靠性。

据此，进行了新型核相技术装置创新研究，通过研制开关柜核相支架，旨在解决问题，安全高效供电。

1 核相工作原理

当两路电源需要对接时，需要在某一对接点对两路电源进行核相，保证两路电源对接时相序相同，如图1所示，1—n1、2—n2、3—n3相序要相同。

图1 核相工作原理图Fig.1 Working principle diagram of phase-check

在开关柜内常规的核相流程如图2所示，其主要步骤是：1、两人用绝缘棒把上下绝缘挡板移开；2、两人用核相仪杆选择核相的相别；3、另一人控制核相仪控制器开始核相并记录核相结果[4]。

图2 常规核相流程图Fig.2 Flow chart of traditional phase-check

这种核相方法存在多种不便，首先核相工作需要至少5人，占用大量的人力成本；其次，在压紧卡销时很容易出现滑落现象，延长了核相时间；第三，空间狭小，工作时存在一定的安全隐患。据统计2016年4月份某公司进行核相工作各步骤所需时间如表1所示。

可见在开关柜内核相过程中，为了保证核相工作安全进行，移开挡板花费时间所占比例较大，大约占据了总时间的 74.4%，此外还需专门安排两人在核相过程中保持绝缘挡板不遮盖上、下静触头，耗费人力。

表1 常规核相耗时统计Tab.1 Traditional phase-check time-consuming

2 核相支架的实施方案

通过设计一种核相工具将绝缘挡板卡销压紧进而联动将绝缘挡板移开并固定，可以将核相工作所需人员减少至3人。并且移开绝缘挡板所需时间也会有所降低，提高核相工作效率。连续平滑调节型核相支架由固定装置、支架卡头、宽度调节装置这三个部分组成[5~6]，如图3所示。

图3 核相支架组成Fig.3 Composition of phase-check stent

2.1 固定装置设计

固定装置是连续平滑调节型核相支架的主要支撑部分。固定装置支架选用环氧树脂材料。尺寸应满足以下要求：

（1）便于携带、搬运及操作，固定装置尺寸质量轻、接触可靠、操作灵活；

（2）应与支架卡头、宽度调节装置紧密连接，固定良好；

（3）高度和宽度的设计应能满足开关柜需求，经统计10 kV开关柜滑轨宽度一般为80 mm，深度为660 mm。

通过正交试验设计确定固定装置尺寸规格，结果如表 2所示。最终确定固定装置最优组合为长630 mm，宽70 mm，厚15 mm。

表2 固定装置尺寸评价表Tab.2 The size of fixing device evaluation table

2.2 支架卡头设计

核相支架卡头装置的作用是支撑开关柜内连接挡板的突起圆柱，使挡板能够可靠移开，露出母线和线路三相静触头。支架卡头选用不锈钢材料，形状为喇叭口型[6]。开关柜内两卡销之间的距离为80 mm，卡销直径为20 mm，两卡销外侧之间的距离为110 mm，喇叭口型开口距离D2为118 mm（留8 mm裕度），如图4所示。

图4 喇叭口型支架卡头Fig.4 Trumpet-type bracket chunk

卡销与绝缘挡板之间为机械联动原理，如图 5所示，卡销从位置3到位置4，则绝缘挡板从位置1移动到位置 2，图中 L1为绝缘板移动距离，L2为卡销距离绝缘板上边缘的距离，L3为固定转轴距离卡销的距离[5]。经过统计L1、L2、L3的距离分别为220 mm、180 mm、20 mm。

根据三角形相似原理可得：L3/(L3+L2)=L4/L1，则L4=L1*L3/(L2+L3)=220*20/(180+20)=22 mm。

因此D1=118-22*2=74 mm。

2.3 宽度调节装置设计

宽度调节装置的尺寸应满足以下要求：

（1）为了方便携带与操作，宽度调节装置尺寸应更轻、更牢固、更灵活；

（2）调节杆与固定杆之间摩擦力适当，太大会不易调节，否则会固定不牢靠；

（3）尺寸应满足开关柜宽度的需求；

图5 卡销与绝缘挡板之间机械联动原理Fig.5 The principle of mechanical linkage between bayonet and insulation baffle

通过进一步应用正交试验设计确定固定装置尺寸规格，结果如下：

表3 正交因素水平表Tab.3 Orthogonal factor level table

图6 宽度调节装置截面图Fig.6 Width adjustment device section

采用正交试验设计确定宽度调节装置尺寸，结果如表4所示。确定最优组合为R1：25 mm，R2：26.5 mm，R3：30 mm。

3 效果对比

统计该公司使用核相支架后，核相工作各步骤所需时间，如表5所示。

表4 正交试验结果Tab.4 Orthogonal test result

表5 采用核相支架核相耗时统计Tab.5 The use of phase-check stent time-consuming statistic

由表中数据可以看出，采用核相支架后移开挡板时间极大程度上得到了降低，从而缩短了整个工作时间。此外，工作人数也由5人缩减至3人，很大程度上降低了工作成本，提高了经济效益。

4 结论

本文通过对10 kV开关柜常规核相工作中各步骤工作所需时间进行分析，确定影响核相工作时间的主要因素。针对不同宽度规格的开关柜，设计了可平滑调节宽度的核相支架，试验结果显示，在开关柜内核相工作平均耗时由19.9分钟缩短为6.8分钟，极大程度上减少了移开绝缘挡板的非必要耗时，同时核相过程能够节省两名工作人员，有效提高了工作效率，降低了人力成本，具有很好的推广使用价值。

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