电压互感器高压熔断器熔管更换辅助工具研制_马文成.pdf

2023年第41卷第2期电压互感器高压熔断器熔管更换辅助工具研制马文成（国网宁夏电力有限公司固原供电公司，固原756000）0引言变电站35 kV及以下母线电压互感器高压侧一般都装有高压熔断器，可在电网发生铁磁谐振、接地、电压互感器及其引出线故障等异常情况时保护电压互感器免受损坏1-2。变电站户外电压互感器高压熔断器熔断时，需将高压熔断器从设备构架上拆卸至地面人工更换，造成反复登高作业工作强度大、效率低等问题。目前已知文献解决上述问题的典型方法主要有两种：一是新产品替换3-6，即局部或整体更换熔管的高压熔断器，但是更换新产品需要将电压互感器停电改造，性价比不高；二是利用力学原理研制的辅助工具将熔断器后盖顶住（拉住）辅助更换熔管7-13，但是利用辅助工具更换时需要将熔断器后盖两侧引流线拆除更换，且螺杆手工螺旋速度较慢，整体更换效率不高。对此，本文研制了一种辅助工具，可以在构架上免拆熔断器快速更换熔管。1现用更换方法及不足户外电压互感器高压熔断器结构示意图如图1所示。由图1知，高压熔断器中部固定在室外设备构架支持绝缘子上，两侧后盖接有引流线，因熔断器内置弹簧的弹力作用，熔管两侧后盖受力压力较大，正常更换熔管时，需要拆除熔断器中部固定管卡及两侧引流线，将熔断器移至地面更换熔管，传摘要：针对变电站户外电压互感器高压熔断器熔管熔断时，将高压熔断器从设备构架上拆卸至地面由人工更换，造成反复登高作业工作强度大、效率低的问题，研制了一种电压互感器高压熔断器熔管更换辅助工具。利用棘轮工作原理，通过辅助工具拉紧熔断器后盖，克服熔断器内弹簧的弹性阻力，实现了在构架上免拆熔断器更换熔管，应用效果验证了该辅助工具便携性好，使用方便，省时省力。关键词：电压互感器；高压熔断器；熔管；棘轮；辅助工具；弹性压力文献标志码：B中图分类号：TM563文章编号：1008-6218（2023）02-0059-05doi:10.19929/ki.nmgdljs.2023.0026Development of Auxiliary Tool for Fuse Tube Replacement of High VoltageFuse of Voltage TransformerMA Wencheng（Guyuan Power Supply Company of State Grid Ningxia Electric Power Co.,Ltd.，Guyuan756000,China）Abstract：When the highvoltage fuse of the outdoor voltage transformer in the substation is fused,the current replacementmethod is mainly to remove the highvoltage fuse from the equipment frame to the ground for manual replacement,resultingin repeated high work intensity and low efficiency.Aiming at this problem,an auxiliary tool is developed.Using the ratchetworking principle,the rear cover of the fuse is tightened by the auxiliary tool to overcome the elastic resistance of thespring in the fuse,and the fuse is replaced without dismantling the fuse on the frame.It is verified that the auxiliary toolis portable,easy to use,timesaving and laborsaving.Key words：voltage transformer;high voltage fuse;fuse tube;ratchet;auxiliary tool;elastic pressure内 蒙 古 电 力 技 术INNER MONGOLIA ELECTRIC POWER592023年第41卷第2期内 蒙 古 电 力 技 术统作业更换流程如图2所示。某公司所辖变电站户外电压互感器高压熔断器更换情况如表1所示，作业方式均为人工更换。由表1可知，该公司变电站使用该工具更换高压熔断器熔管时间最短为45 min，最长为115 min，平均用时为60 min，各更换步骤平均用时说明如表2所示。表2中，因高压熔断器内弹簧弹性压力大，人工无法在构架上直接更换熔管，即传统更换熔管作业时，需将高压熔断器从构架上拆卸至地面更换，造成作业人员工作效率低、劳动强度大、更换时间长等问题。各类平均用时中，登构架、拆装底座、地面更换熔管用时共54.2 min，占总用时的90.3%，如能实现在构架上免拆熔断器直接更换熔管，可节省一次登构架时间（6.5 min）、拆装底座时间（10.2 min）及优化更换熔管时间（31 min），共计节省47.7 min，即通过优化技术方案可提高工作效率88%。2电压互感器高压熔断器辅助更换工具的研制2.1设计原理拆装高压熔断器熔管套管后盖时由于熔断器内装有弹簧压紧熔管，后盖拆装比较困难，主要技术难点是克服弹簧的弹性压力问题。对此，本次设计利用了棘轮拉紧器原理，借鉴棘轮拉紧器省力和锁止的功能14，利用棘轮拉紧并锁止后盖，即将辅助工具直接作用于熔断器后盖，将其压紧（拉紧）和锁止，克服了熔断器内弹簧的弹性压力15，实现了直接在构架上免拆熔断器轻松更换熔管的目的。表1变电站户外电压互感器高压熔断器熔管更换情况Tab.1 High voltage fuse replacement of outdoor voltagetransformer in the substation变电站123451516171819平均用时/min熔断相35 kV母U相35 kV母W相35 kV母U相10 kV母V相35 kV母V相10 kV母U相35 kV母V相35 kV母V相10 kV母W相10 kV母U相作业人数2322223223登构架用时/min12131089121113121713拆装引流线用时/min34554455764.8拆装底座用时/min5681168910141010.2地面更换熔管用时/min2390203019221426403731测量阻值用时/min11111111111总用时/min45115425640484156757260图2传统作业更换电压互感器高压熔断器熔管流程图Fig.2 Flow chart of replacing fuse pipe of high voltagefuse of voltage transformer in traditional operation表2电压互感器高压熔断器熔管更换平均用时说明Tab.2 Description of the average time for replacing fusepipe of high voltage fuse of voltage transformer步骤登构架拆装引流线拆装底座地面更换熔管测量阻值用时/min13.04.810.231.01.0用时说明登构架两次用时，即首次拆卸熔断器时登构架用时及地面更换熔管后上构架安装熔断器时登构架用时拆装熔断器两侧引流线用时拆装熔断器中部固定底座用时熔断器上下构架悬吊用时、地面拆装熔断器后盖及更换熔管用时更换前后测量检查熔断器阻值用时图1户外电压互感器高压熔断器结构示意图Fig.1 High voltage fuse structural diagram of outdoorvoltage transformer固定螺栓挡板内装弹簧 内装熔管套管后盖开始登构架测量熔断器阻值拆卸熔断器固定底座登构架安装熔断器后盖更换熔管地面拆卸熔断器后盖将熔断器移至地面将熔断器移至构架固定熔断器中部底座安装熔断器两侧引流线测量熔断器阻值结束602023年第41卷第2期马文成：电压互感器高压熔断器熔管更换辅助工具研制2.2工具设计与研制2.2.1结构设计棘轮式拉紧器结构示意图如图3所示。设计棘轮式拉紧器时，利用棘轮作为动力装置，U形固定槽1和U形固定槽2固定在棘轮底座上，U形拉紧槽固定在齿条上，摇把通过机架与棘轮连接，摇把可通过调解螺母调解摇把宽度，棘轮底座档板由档板固定螺母固定在齿条上，防止棘轮底座脱出。工作时，将工具U形固定槽1和U形固定槽2套在熔断器套管上，U形拉紧槽置于熔断器后盖上，摇动摇把带动棘轮转动，棘轮带动齿条向右移动，齿条带动U形拉紧槽向右移动并拉紧和固定熔断器后盖，即可以拆装后盖螺栓，方便工作人员更换熔断器熔管。2.2.1.1拉紧结构设计拉紧结构由固定槽和拉紧槽构成，固定槽用于将工具固定在熔断器套管（波纹管）上，拉紧槽通过齿条带动位移拉紧并固定熔断器套管后盖，在拆卸和安装熔断器后盖时，起到克服套管内弹簧弹性压力及固定后盖作用。变电站户外电压互感器高压熔断器主要有RN2、RN4、RN6型熔断器，固定槽和拉紧槽的设计考虑了电压互感器高压熔断器波纹管的波距、内径、波纹数、壁厚、端部外配合直径等参数，以及固定槽和拉紧槽与各型熔断器波纹管的通用性适配情况。2.2.1.2传动结构设计传动结构由摇把结构和棘轮结构组成，工作时摇把结构通过左右摇动带动棘轮系统工作，棘轮结构工作时带动齿条位移，促使拉紧槽位移从而拉紧熔断器后盖。（1）摇把结构设计。摇把结构由摇把和机架组成，摇把通过调解螺母调节摇把宽度；机架与摇把及棘轮底座相连，通过机架带动棘轮转动，机架是工具的动力传动部分。（2）棘轮结构设计。棘轮结构由齿条、齿轮、棘爪、止动棘爪、棘轮底座等部件组成，摇把带动齿轮转动时，齿轮啮合齿条，带动齿条位移，棘爪是拨动棘轮做间歇运动的部件，用于拨动和卡住棘轮；止动棘爪用于阻止棘轮反转，起锁止功能16-18。棘轮底座是棘爪、棘轮的支撑和固定部件，棘轮底座下部安放齿条，齿条与棘轮配合工作，完成力的传递。2.2.2辅助工具制作2.2.2.1操作扭矩选择工具部件材料时，工具各部件应力必须满足熔断器内弹簧弹性阻力 F 的要求，即操作扭矩TF19。利用公式（1）、（2）对弹簧弹性阻力F进行计算：k=Gd48nD3，（1）式中：k弹簧系数；G弹性模量，取8000 kg/mm2；d线径，取0.9 mm；n有效圈数，取4圈；D中心直径，取2.8 mm。经计算，k为9.2。弹簧的压缩量L计算公式见式（2）：L=（L1+L2）-L3，（2）式中：L1为熔管长度，取605 mm；L2为弹簧长度，取25 mm；L3为熔断器总长，取640 mm。因此可得L为25 mm。则弹簧弹性阻力F=kL=9.225=230 N。因此，操作扭矩T230 N。通过实验进一步验证操作扭矩的正确性，结果如表3所示，可见，计算操作扭矩与表3实测扭矩基本相符，因此，在工具制作时涉及操作扭矩及相关应力的计算选择中，均按T230 N进行。2.2.2.2齿轮、齿条规格齿轮的分度圆20直径越大，棘轮尺寸越大，考虑工具的便携性，齿轮分度圆直径应在2535 mm，本次取30 mm。棘轮主要依赖齿轮和棘爪的接触面积闭锁，克服弹簧弹性阻力需操作扭矩T230 N，因此闭锁面积需能承受230 N以上的力。经计算，齿轮参数如表4所示。2.3辅助工具应用效果验证2.3.1模拟实验通过实验室模拟验证辅助工具的功能性，即制作一组电压互感器，利用辅助工具模拟更换熔断器图3棘轮式拉紧器结构示意图Fig.3 Structural diagram of ratchet tensionerU形拉紧槽U形固定槽1U形固定槽2摇把调解螺母机架棘轮止动棘爪底座档板档板固定螺母齿条棘轮底座6