【摘要】：為了提高10kV高壓開關柜快速接地刀閘彈簧更換的效率，本文對10kV高壓開關柜快速接地刀閘彈簧工具進行結構和力學分析，并實現對彈簧專用拆裝工具的針對性設計，優化傳統作業工藝，解決現場安全生產問題。

　　【關鍵詞】：10kV高壓開關柜;快速接地刀閘;彈簧更換;檢修

　　《電氣工程學報》是由機械工業信息研究院主辦的期刊。

　　電力行業中，快速接地刀閘也稱之為快速接地開關，被廣泛應用于10kV高壓開關柜中。快速接地刀閘常結合隔離開關配合使用，生產運行中10kV線路經操作斷路器停電之后，拉開隔離開關，合上快速接地刀閘，能夠使高壓開關柜由運行狀態轉換至接地檢修狀態。接地刀閘保證檢修設備停電部分的可靠接地，保護檢修人員人身安全。另外，隨著高壓開關柜投運年份與操作次數的遞增，快速接地刀閘逐漸出現彈簧頂膠損壞開裂、疲勞斷裂等缺陷[1]，彈簧一旦掉落隨即發生接地故障，威脅10kV電力系統的安全運行和用戶的供電質量。

　　同時，10kV高壓開關柜有著總量大、覆蓋面廣、故障率高、柜內空間狹小等特點，按照現行電網公司一次設備檢修維護要求，實行對高壓開關柜周期性檢修維護，運維壓力與日俱增。面對快速接地刀閘運維壓力，迫切需要研發一種便攜式的10kV快速地刀彈簧更換專用工具。

　　1開關柜快速接地刀閘的原理

　　接地刀閘主要功能就是對檢修設備停電部分進行可靠接地，保護檢修人員人身安全。結構上，快速接地刀閘由靜觸頭、動觸頭、支柱子、操作桿、彈簧、底座、軸銷等主要部件構成。3個靜觸頭與電流通路連接同時被固定在絕緣支柱子上，接地刀閘的分合閘操作是通過開關柜的操作機構驅動，操作機構基于機械力的作用帶動操作桿的旋轉運動，輸出至拐臂直接作用接地開關上，此運動作用利用拐臂和操作桿共同作用，然后動觸頭利用機械力作用接觸或分開靜觸頭。

　　本文以敞開式的快速接地刀閘為研究對象，如圖1所示快速接地刀閘結構，在接地開關合閘處于接地狀態的時候，電流通路通過動觸頭、靜觸頭與接地端子到接地排[2]。圖1為接地刀閘合閘狀態，彈簧處理壓縮狀態，合閘操作時提供合閘時的作用力，合閘操作后提供合閘后的自保持作用力，保證接地刀閘的快速、可靠合閘。由于機械結構的限制，彈簧更換作業僅能處在合閘狀態下進行。

　　快速接地刀閘彈簧更換的難點主要包括：

　　其一，傳統的作業方法拆裝彈簧時工序繁瑣，在不借助專用工具的情況下難以應付拆裝彈簧時的反作用力，傳統作業方法可靠性低、作業時間較長，間接影響用戶的停電時間。

　　其二，由于拆裝彈簧時彈簧受力不均勻，壓縮的彈簧會偏移，繼續壓縮摩擦力會成倍增加，本文提出結合軸承合理地設計彈簧卡口，能有效降低其運動過程中的摩擦系數。

　　其三，按安全生產規程等工作要求，需要對電纜接線端驗明確無電壓后裝設接地線，高壓柜內空間狹小，只能容納單人作業，另外增加接地線的情況下，作業難度陡增，容易造成人員夾傷，工作效率低下;另外，作業人員抱僥幸心理，存在擅自拆開接地線保護的風險，作業的安全性不足。

　　2高壓開關柜快速接地刀閘彈簧設計

　　2.1接地刀閘彈簧安裝的力學分析

　　基于上文對快速接地刀閘的結構分析，快速接地刀閘處于合閘狀態[3]時彈簧的壓縮量最小，此時的彈簧彈力最小且彈簧處于爆露狀態。因此，在拆裝彈簧時只需在彈簧的兩端施加一個足夠大壓力，即可將彈簧壓縮進行拆裝作業。

　　針對彈簧的拆裝工藝，本文提出應用杠桿原理，對快速接地刀閘彈簧拆裝工具進行創新研發。杠桿的平衡條件是作用在杠桿上的兩個力(動力點、支點和阻力點)的大小跟它們的力臂成反比，如式(1)所示。

　　結合螺栓組的受力分析[4-5]，在擰緊力矩T的作用能夠對彈簧進行壓縮，擰緊力矩T等于螺旋副間的摩擦阻力矩Tf，并且螺栓組的預緊力Qp與彈簧彈力FT相等。因此，理論上預緊力和擰緊力矩之間的關系如式(2)所示。

　　通常情況下，可使L數倍于d，結合上述分析推導出公式(3)。因此，能夠使用幾分之一的彈簧彈力FT就能夠對彈簧進行壓縮，受力分析如示意圖2。

　　(1小車導向槽 2上壓板 3下壓板 4操作螺桿軸承壓板 5操作桿 6內六角螺絲 7操作螺桿六角頭 8螺桿 9小車 10螺桿軸承 11小車軸承 12小車螺桿絲套 13銷套)

　　2.2專用工具結構設計

　　筆者研發設計的專用安裝工具主要由小車導向槽、上壓板、下壓板、操作螺桿軸承壓板、操作桿、內六角螺絲、操作螺桿六角頭、螺桿、小車、螺桿軸承、小車軸承、小車螺桿絲套等零部件組成。利用螺栓組的緊固原理使上下壓板能夠相互的靠攏，對彈簧進行壓縮。另外，為小車加裝軸承能有效地減少彈簧壓縮過程中產生的摩擦力，并且將小車導向槽設計成品字形結構能夠固定彈簧的壓縮方向(如圖3)，作業人員通過單手轉動操作桿即可實現彈簧壓縮。如圖2為專用工具的結構側視圖。

　　2.3快速接地刀閘彈簧更換工具的組裝

　　其一，使小車與下壓板通過小車導向槽的下端套入，小車軸承主要目的就是使摩擦力降低;

　　其二，使螺桿套入軸承壓板、上壓板、軸承，使小車螺桿絲套旋入;

　　其三，使螺桿、軸承、軸承壓板和小車向下移動到上壓板中，使螺絲加緊，完成組裝。

　　2.4快速接地刀閘彈簧更換的操作

　　通過專用工具對10kV快速接地刀閘彈簧更換的操作：

　　首先，使10kV快速接地刀閘彈簧實現上下彈簧座的套入，銷套放入到壓板和上下彈簧座的半弧槽中，在上彈簧座槽中插入上壓板。

　　其次，根據順時針對專用工具操作桿旋轉，使小車根據導向槽向上直線移動，在導向槽中，小車軸承左右限位，并且降低摩擦力，壓縮彈簧并且安裝。

　　然后，通過專用工具壓縮彈簧，將其放入到10kV快速接地刀閘彈簧的安裝位置，插入上下插銷，并且將介指套入，利用卡簧將插銷鎖好，對專用工具操作桿逆時針的旋轉，將專用工具松出。

　　3結束語

　　本文對10kV快速接地刀閘彈簧工具的更換實現了改進優化，和傳統人工操作對比，利用專用工具操作能夠簡化安裝工作，并且解放檢修人員的雙手，使作業風險點降低。另外，在研發專用工具之后，能夠提高作業的安全水平，降低作業的難度和設備檢修維護壓力，提高設備檢修維護的效率，減少用戶的停電時間。同時，供電企業廣泛應用10kV快速地刀閘，應用前景和需求十分廣泛。

　　參考文獻

　　[1]李至清， 李彥超， 雍玉萍，等. KYN28A-12型高壓開關柜接地刀閘緊急解鎖閉鎖裝置改造[J]. 通信電源技術， 2016， 33(2)：174-175.

　　[2]尚建東. 分析KYN28A型10kV開關柜接地刀閘常見故障[J]. 通訊世界， 2016，11(21)：149-150.

　　[3]朱德亮， 李傳江， 倪匯川. 開關柜接地刀閘電氣聯鎖缺陷分析及改進方案[J]. 電工技術， 2016，21(5)：49-50.

　　[4]趙祥. 機械原理及機械零件[M]. 中國鐵道出版社， 1998.

　　[5]肖福佳， 顧裕林. 螺栓組聯接受力情況分析[J]. 日用電器， 2014(11)：67-69.