开关柜梅花触头弹簧拆装工具的研制及应用

薛 赛， 曹飞翔， 姚新年， 张卫义

(国网宿州供电公司， 安徽 宿州 234000)

0 引言

开关柜是电力系统关键设备之一，开关柜小车的梅花触头若长期运行在高负荷、大湿度的工况下，容易导致触指氧化、烧伤、压紧弹簧生锈变形甚至断裂等现象，严重影响梅花触头通流能力，造成动静触头接触不好发热，甚至造成弧光短路和爆炸等事故。常规的触头弹簧检修方式需要作业人员通过螺丝刀或手等直接进行拆装，触指弹簧在拆装过程中容易受力不均发生变形。为了解决上述问题，本文结合现场工作经验，提出研制一种“梅花触头弹簧拆装工具”，该工具结构简单、携带轻便，不仅可以实现不同规格的梅花触头弹簧快速拆装工作，而且不会对触头产生损伤，提高劳动效率，保障人身设备安全。

1 问题背景调查

采用常规的触头弹簧检修方式，需要2人共同配合，用螺丝刀撬开触头弹簧以拆卸或复装触头，整个过程特别费力，而且容易使梅花触指变形或刮擦，甚至可能造成弹簧崩弹伤及工作人员，严重影响设备和人身安全，不仅有一定的安全隐患，还给工作人员心理上造成恐慌。

文献[1]中提出利用杠杆原理，通过压缩操作杆带动顶芯运动，实现弹簧的拆装，但该装置只能拆装10 kV开关柜的梅花触头，不具备通用性。文献[2]中提出通过旋转套筒来推动伸缩爪沿固定圆盘的径向滑动对弹簧产生径向扩张以拆卸弹簧，但无法拆除梅花触头的内侧弹簧。文献[3]中提出利用变带圆弧的弧钳进行触头弹簧的更换，但只能用于单一规格梅花触头外侧弹簧安装，不能拆除内侧弹簧。

对某供电公司检修班组在35 kV开关柜现场更换梅花触头弹簧的各环节的用时进行统计，结果如表1所示。更换过程需2人共同配合，由统计数据可知，使用传统方法拆、装单个梅花触头平均用时15 min，并且在检修过程中还存在损伤触指的现象。

表1 拆装触头弹簧用时统计表

2 研发思路

根据上述分析，研制开关柜梅花触头弹簧拆装工具，用于梅花触头检修作业中，该装置应满足两个条件：一是具有安全、通用性，携带安装便捷；二是降低作业时间。

通过该装置的研制，最终能实现以下几方面功能：

(1)保障装置的安全性，检修过程中不会对检修人员和设备产生损伤；

(2)保证装置的通用性，针对不同型号的梅花触头，该装置应均可用于其内、外侧弹簧拆装工作；

(3)保证装置的便捷性，装置结构要简单，方便携带。

3 检修专用工具的研制

3.1 装置结构图

装置的结构如图1所示，操作人员利用杠杆原理，通过旋转操作手柄经传动连杆控制支撑臂爪的开合角度，从而实现梅花触头弹簧的拆卸和安装。

1-前臂爪；2-后臂爪；3-支撑连杆；4-操作手柄；5-传动连杆。图1 弹簧拆装工具设计原理图

3.2 装置各部分研制

装置分为三个部分：支撑臂爪、动力基座、传动连杆。通过旋转操作手柄，使得传动连杆内的螺杆带动支撑连杆撑开或收缩支撑臂爪，从而实现弹簧的拆装。

支撑臂爪部分：装置采用内弯角式的臂爪结构以实现梅花触头内侧弹簧的拆装。另外，考虑到触头弹簧在拆装过程中的形变量和形变角，装置设计6个支撑臂爪使得弹簧在拆装时受力均匀，以保护弹簧和工具不被损坏。在前臂爪处设计卡槽，在使用时，通过卡槽卡住弹簧，既防止在弹簧拆装过程中滑动，又避免了梅花触头在拆装过程中受到损伤。

动力基座部分：采用环氧树脂材料制成操作手柄，以降低装置重量，提高基座的强度。通过调查作业人员的平均手掌长度，设计手柄的直径，以满足检修人员操作时的稳定性和舒适性。

传动连杆部分：采用螺杆和支撑连杆将支撑臂爪和动力基座连接起来，为适用于不同规格的梅花触头弹簧，综合考虑螺杆顶帽的可动行程和臂爪长度，使得顶帽在螺杆上行进同样的距离时，臂爪撑开的角度尽可能的大，在满足通用性的同时，还可减小装置的尺寸。

该装置研制完成后，对其进行组装，组装完成后的装置全图如图2。组装完成后检验其在拆装梅花触头弹簧时的使用情况，统计情况如表2所示。

图2 装配完成后的装置全图

表2 拆装不同规格的梅花触头弹簧检测情况

4 现场应用情况

结合基建工程，在110 kV褚庄变电站10 kV及35 kV开关柜安装调试过程的现场应用中，对该装置的现场适用性、安全可靠性和使用效率进行监督试验。结果验证该装置性能良好，符合现场应用要求，现场照片如图3所示。

随后，梅花触头弹簧拆装工具先后在多个开关柜梅花触头停电检修工作中使用，在工作过程中，装置性能良好，使用方便省力，不仅缩短了作业时间，同时保障了现场安全。在进行梅花触头检修试验时，不用再用螺丝刀等工具，也不会发生弹簧崩弹、触指摩擦等现象，从而避免人身和设备的安全事故。

采用梅花触头弹簧拆装工具后，检修人员由2人变为1人，拆装弹簧的平均时间由15.1 min降低到5.2 min，显著提高了检修效率。以每年需更换90次触头弹簧计算，单个梅花触头平均拆装时间减少15.1-5.2=9.9 min，单台110 kV主变侧开关柜(6个梅花触头，额定电流3 150 A)可减少时间9.9×6=59.4 min，假设主变容量都为150 MVA，可多供电(没有转供电的情况)：W=P·t=S·cosΦ·t=150×1 000×0.95×59.4/60=141 075 kW·h，按照第一阶梯电价保守计算实现经济效益：E=W·Price=141 075×0.69=97 341.75元≈9.7万元。

5 结束语

开关柜梅花触头弹簧拆装具的成功研制，有效地改善了梅花触头试验的方法，梅花触头拆装专用工具可以高效可靠地拆装不同规格的开关柜梅花触头内外侧弹簧，装置的应用为保证开关柜运行的安全性、稳定性，有效降低了因拆装过程中弹簧变形导致的设备损伤和人身伤害，确保开关柜运行的可靠性和安全性，缩短了设备停电检修时间，为企业和社会创造可观的无形效益。