柱上变压器低压端快速连接器设计

蒋亚淼，甘雄涛，张庆生，金全仁

（国家电网许继集团有限公司，河南 许昌 461000）

0 引言

目前的柱上变压器安装、更换效率低、劳动强度大、安全性差[1]。由于变压器重量大，现场作业环境千差万别，因而配电台区变压器在安装、更换过程中，一般需要1 台吊车、4 ～5 人同时耗时2h 以上。现场需要至少两人站在横担上，用吊车吊装，人力辅助确定精确位置，该方法劳动强度大并需承担随时跌落和触电的危险。

为提高配线台区的作业效率及安全性，降低劳动强度，有必要对柱上变压器进行改进，优化设计，解决现有变压器安装过程中的不足。本文以400kVA 及以下柱上变压器为研究对象，以降低柱上变压器安装效率，减少安装过程中操作人数，减少安装时长，降低劳动成本为目的，对400kVA 及以下柱上变压器的低压端子进行改进，具体为将目前400kVA 及以下柱上变压器的低压端子的紧固方式由螺钉紧固改为插拔式连接器结构。通过对400kVA 及以下柱上变压器低压端子的改进，将很大地提升400kVA 及以下柱上变压器的安装、更换效率，并降低劳动强度，节约劳动成本。

图1 套管及防护罩Fig.1 Casing and shield

1 提出问题及设计要求

1.1 柱上变压器低压端子现状

现有400kVA 及以下柱上变压器的低压端连接器的连接方式一般采用套管式端子进行连接[2]，如图1 所示。该端子的紧固方式采用螺钉紧固的方式，固定结束后加装塑料材质的防护罩，安装和更换过程中需要操作人员使用操作工具直接接触导电部件进行。因此，安全性差[3]，同时安装和更换的效率低下。

据电力部门统计，400kVA 及以下柱上变压器低压端所采用套管式端子，使用过程中存在诸多安全隐患，且曾出现多起端子烧毁事故。

经对事故原因进行分析，具体原因如下：

1）存在操作人员在操作过程中，将低压端端子插接不到位的情况。

2）与端子连接的线缆与插头连接处，因为密封不严而导致进水，从而致使在使用过程中出现短路的现象。

3）高压且大电流的电缆上部与变压器没有共地，因此存在电压差，导致线缆与插头连接处存在放电现象，长期的微放电导致绝缘失效，进而出现烧毁的现象[4]。

由于400kVA 及以下柱上变压器的低压端存在的诸多安全隐患，因而需要开发一种适用于400kVA 及以下柱上变压器低压端输出的高压且大电流的快速连接器，以提高400kVA 及以下柱上变压器安装效率，减少烧毁事故的发生。

1.2 低压端快速连接器设计要求

经对400kVA 及以下柱上变压器的低压端快速连接器事故的分析，现对其进行重新设计，提出了重新设计的400kVA 及以下柱上变压器的低压端快速连接器的设计要求，详见表1。

2 低压端快速连接器设计

目前，针对现有的400kVA 及以下柱上变压器低压端的事故原因与降低柱上变压器安装效率，减少安装过程中操作人数，减少安装时长，降低劳动成本的目的，对现有的400kVA 及以下柱上变压器低压端连接器进行改进，改进方案为采用肘型连接器取代套管式端子，设计图如图2所示。

表1 400kVA及以下柱上变压器低压端连接器设计要求Table 1 Design requirements for low-voltage connector of transformers on 400kVA and below

图2 连接器插头Fig.2 Connector plug

2.1 低压端连接器设计

为提高低压端连接器的安装效率和消除事故，现将低压端连接器的电缆、插针、有机硅橡胶件设计为一次性注塑成型，在成型过程中三者结合为一个整体，如图2 所示。因改进后的线缆与有机硅胶有足够的结合长度并紧密结合，所以能够保证改进后的低压端连接器的密封性，能够彻底消除低压端连接器进水的可能性。

表2 压接端子接触电阻实验记录表Table 2 Crimp terminal contact resistance test record table

图3 连接器锁紧机构Fig.3 Connector locking mechanism

由于该连接器的外壳为绝缘橡胶，因而操作过程中，手与工具不需直接接触导电部件，安全性显著增加。

2.2 连接器快速锁紧机构设计

400kVA 及以下柱上变压器的低压端连接器因为需要承受短路引起的电动力，需要有一定的压紧力。针对低压连接器短路电流1.5kA 的情况，现增加一个快速锁紧机构，该机构采用快速螺纹固定，只需要旋转半周即可实现插头与插座的锁紧与解锁，如图3 所示。

该设计所选用的材质为金属材质，因此在使用过程中可以实现高压且大电流的电缆上部与变压器共地，消除因电缆与变压器没有共地而导致放电进而导致的烧毁事故，同时可以实现低压端连接器的快速锁紧。

3 低压端连接器实验及分析

针对本文中所提到的400kVA 及以下柱上变压器低压端快速连接器，现对不同的设计工艺下的压接端子进行耐候性实验，实验过程中所采用的测量仪器为FS-100/200 接触电阻测试仪，精度为1Ω。

实验原理为在振动、湿热、盐雾条件下测量压接端子压接电阻的变化，比较未处理、灌胶、灌锡3 种工艺下压接端子的耐候性。实验过程为：分3 组样品进行实验，3 组端子分别通过未处理、灌胶、灌锡3 种工艺加工，然后经过振动实验12h、湿热实验48h、盐雾实验48h，在每次实验后测量接触电阻。实验中所测得的接触电阻信息见表2。

由表2 可知，未处理的压接端子在振动实验后，压接处的接触电阻平均达到原来的3.9 倍，湿热实验后继续增加到8.9 倍，盐雾实验后达到1.92 倍。

经过灌胶处理的端子，在振动实验后，压接处的接触电阻平均达到原来的5.1 倍，湿热实验后继续增加到7.8 倍，盐雾实验后达到2.7 倍。

经过灌锡处理的端子，压接处的接触电阻在经过振动、湿热、盐雾实验后，接触电阻几乎看不出变化。

通过以上实验，可以确定压接工艺在长期的振动、湿热、盐雾环境下工作是不可靠的。在连接器插头与导线的压接处，增加一个灌锡工艺，可确保产品的长期可靠性。

总结本文中所提到改进设计的400kVA 及以下柱上变压器低压端连接器，最终得到通过对连接器接头与导线压接处进行灌锡处理工艺的一体式低压端连接器和快速锁紧机构。

4 结束语

本文针对400kVA 及以下柱上变压器低压端连接器，首先描述低压端连接器的现状和针对低压端出现的事故进行了原因分析；然后分别设计了低压端快速连接器和连接器快速锁紧机构；最后通过不同工艺下的耐候性实验，得到了一种能够快速安装且安全，同时能够消除因放电而导致火灾事故的400kVA 及以下柱上变压器低压端快速连接器，该连接器在变压器低压电流输出端具有很高的推广价值和实用价值。