一種變電站屏柜清掃工具的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

摘要：變電站的端子箱、匯控柜、保護(hù)屏等屏柜里的保護(hù)裝置及其回路是保證輸變電設(shè)備正確動(dòng)作切除隔離故障的重要設(shè)備，需要定期開(kāi)展清掃運(yùn)維。文章旨在研發(fā)一種新型屏柜清掃工具，能夠進(jìn)入較狹窄的空間內(nèi)進(jìn)行清掃，且能將毛刷刷下來(lái)的灰塵馬上吸走，從而在提高安全性能的基礎(chǔ)上，達(dá)到維護(hù)周期所要求的清掃工藝標(biāo)準(zhǔn)。

關(guān)鍵詞：變電站；屏柜；清掃工具；變電運(yùn)維；保護(hù)裝置；變電設(shè)備 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TM411 文章編號(hào)：1009-2374（2016）35-0016-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.35.008

1 概述

1.1 變電站屏柜概述

電力系統(tǒng)中，繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置是保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行、提高電能質(zhì)量的重要二次設(shè)備，而交直流電源等其他二次設(shè)備則是變電站內(nèi)所有一二次設(shè)備正常工作的可靠保障。二次設(shè)備及其回路放置在端子箱、匯控柜、保護(hù)屏等屏柜里，因此對(duì)屏柜的清掃維護(hù)就顯得十分必要和重要。

南方氣候潮濕，二次屏柜特別是戶外端子箱經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)積露、生銹、絕緣不良等缺陷，一旦維護(hù)不到位，積聚的灰塵在受潮后將造成交、直流回路對(duì)地絕緣電阻降低，或接地或短路，使保護(hù)誤動(dòng)或拒動(dòng)等，存在著嚴(yán)重的事故隱患。

1.2 運(yùn)維現(xiàn)狀與不足

按南方電網(wǎng)最新的差異化運(yùn)維管理要求，變電站屏柜每半年清掃一次，但戶外端子箱工作環(huán)境相對(duì)惡劣，而戶內(nèi)保護(hù)屏又由于靜電作用容易吸附灰塵，半年下來(lái)很容易積聚大量灰塵。由于數(shù)量多，柜內(nèi)布置緊湊、二次電纜繁多而復(fù)雜，清掃難度比較大，目前普遍使用的清掃方法有兩種：

第一，最基本的人手使用絕緣毛刷進(jìn)行清掃，該方法有兩個(gè)缺點(diǎn)：（1）掃下來(lái)的灰塵還會(huì)散落到其他地方，需要再次清抹或吸走；（2）人手很難探入較狹窄的地方，如有操作不當(dāng)極容易造成低壓觸電或是端子開(kāi)路、短路。

第二，使用手持式吸塵器進(jìn)行清掃，雖能解決灰塵但手持式吸塵器的續(xù)航能力差，遠(yuǎn)遠(yuǎn)無(wú)法滿足全站屏柜清掃的作業(yè)要求。

2 屏柜清掃工具的設(shè)計(jì)

2.1 整體設(shè)計(jì)思路

為同時(shí)解決揚(yáng)塵、多樣性、續(xù)航性等問(wèn)題，本項(xiàng)目屏柜清掃工具的設(shè)計(jì)思路是在手持式吸塵器的基礎(chǔ)上改良，在吸管前端加裝便于裝拆的不同尺寸的絕緣毛刷頭，在工作時(shí)能高速旋轉(zhuǎn)，吸附得比較緊的灰塵被毛刷頭刷出來(lái)后馬上能被吸塵器吸走。配備細(xì)長(zhǎng)方便的絕緣管，使其能夠進(jìn)入較狹窄的空間內(nèi)進(jìn)行清掃，從而在提高安全性能的基礎(chǔ)上，達(dá)到維護(hù)周期所要求的清掃工藝標(biāo)準(zhǔn)。

清掃工具由毛刷頭及動(dòng)力裝置、吸塵器、電源及其他配件組成。

2.2 毛刷頭設(shè)計(jì)方案

2.2.1 動(dòng)力傳動(dòng)裝置。毛刷頭的動(dòng)力裝置有風(fēng)力渦輪驅(qū)動(dòng)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)兩種方案：

第一，風(fēng)力渦輪驅(qū)動(dòng)。在吸塵器管道內(nèi)裝設(shè)風(fēng)力渦輪作為動(dòng)力裝置，當(dāng)清掃工具工作時(shí)，管道的吸力將帶動(dòng)風(fēng)力渦輪高速自行旋轉(zhuǎn)，并帶動(dòng)與之同軸連接的毛刷頭高速旋轉(zhuǎn)。在這種情況下，毛刷頭清掃的反作用力（即風(fēng)力渦輪的受力）及濾網(wǎng)、管道等摩擦為風(fēng)路系統(tǒng)的阻力元件，如忽略后者的影響，當(dāng)渦輪的阻力與吸塵器的動(dòng)力匹配時(shí)，風(fēng)力渦輪獲得效率峰值。這種動(dòng)力全憑吸塵器驅(qū)動(dòng)，無(wú)需額外的能量來(lái)源。

但如果動(dòng)力全部輸出到渦輪上，會(huì)導(dǎo)致風(fēng)的吸力功率較低。加上實(shí)際工作中，濾網(wǎng)會(huì)極大增加風(fēng)道系統(tǒng)的阻力，導(dǎo)致要么吸力不足，要么毛刷頭轉(zhuǎn)速不高；也可以增加吸塵器的功率以匹配足夠的清掃能量，但會(huì)導(dǎo)致更加耗能。

第二，電機(jī)驅(qū)動(dòng)。在吸塵器管道內(nèi)裝設(shè)電機(jī)，利用電機(jī)帶動(dòng)毛刷頭轉(zhuǎn)動(dòng)。電機(jī)在管道內(nèi)驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是穩(wěn)定，不需考慮散熱問(wèn)題，不過(guò)需要考慮電機(jī)防塵問(wèn)題，以及在管道內(nèi)額外敷設(shè)電線。

反復(fù)對(duì)比驗(yàn)證兩種方案后發(fā)現(xiàn)，渦輪同樣存在防塵的隱患，電機(jī)輸出功率比渦輪更穩(wěn)定，在同風(fēng)速、同毛刷出力的前提下，吸塵器+電機(jī)的總功率反而小于帶動(dòng)渦輪出力的單一吸塵器所消耗的功率。

一般電機(jī)的轉(zhuǎn)速可達(dá)到每分鐘數(shù)千轉(zhuǎn)，但實(shí)驗(yàn)證明過(guò)快的轉(zhuǎn)速不僅反作用力過(guò)大影響穩(wěn)定，而且毛刷容易散開(kāi)或損壞，甚至可能損壞端子排或二次線。因此本工具使用減速電機(jī)，轉(zhuǎn)速為每分鐘500～600轉(zhuǎn)，經(jīng)實(shí)踐應(yīng)用能夠滿足頑固灰塵的清除要求。

電機(jī)驅(qū)動(dòng)存在兩個(gè)問(wèn)題：一個(gè)是如果裝在風(fēng)道內(nèi)，會(huì)擠壓空氣通過(guò)面積，加大吸塵器的負(fù)荷；另一個(gè)是電機(jī)防塵的問(wèn)題。項(xiàng)目組從電吹風(fēng)的構(gòu)造中獲得靈感，最終確定電機(jī)、傳動(dòng)裝置與風(fēng)管的T型設(shè)計(jì)方案，如圖1所示：

毛刷頭與傳動(dòng)軸之間、傳動(dòng)軸與電機(jī)之間均采用軸連器匹配。因距離較長(zhǎng)，傳動(dòng)軸用小型軸承固定在殼體上保持穩(wěn)定。

毛刷頭、傳動(dòng)桿及手柄構(gòu)成清掃工具工作時(shí)的主風(fēng)道路徑；電機(jī)固定在另一端的底座上，底座設(shè)置小的透風(fēng)孔。當(dāng)工具工作時(shí)，灰塵在吸力作用下進(jìn)入管道而不會(huì)進(jìn)入電機(jī)部位，解決了電機(jī)的防塵問(wèn)題；而電機(jī)發(fā)出的熱量也會(huì)通過(guò)透風(fēng)孔進(jìn)入主管道降溫。

電機(jī)的電源從吸塵裝置引出并聯(lián)支路取得，經(jīng)適配器變壓后沿管道敷設(shè)單相電線到達(dá)底座。電機(jī)可通過(guò)后蓋上的按鈕來(lái)開(kāi)關(guān)，使電機(jī)既可以與吸塵器同時(shí)工作，也可以獨(dú)立停轉(zhuǎn)，滿足不同的維護(hù)需求。

2.2.2 毛刷頭材質(zhì)與配置。毛刷采用絕緣能力優(yōu)秀、剛性較強(qiáng)的豬鬃毛，通過(guò)壓接工藝與裙部連接形成毛刷頭。根據(jù)清掃位置的不同配置有碗狀、杯狀和筆狀三種。碗狀毛刷頭直徑最大（20mm），毛最短，適用于裝置面板、柜底、柜門(mén)的清掃；杯狀毛刷頭直徑12mm，適用于二次線、端子排的清掃；筆狀毛刷頭直徑最小，但毛最長(zhǎng)，適用于內(nèi)排端子、電纜縫隙等狹窄難深入的地方，可將頑固灰塵清除。

為了保證絕緣毛刷壓接的強(qiáng)度和粘度，裙部及連桿使用金屬材料，涂上防銹絕緣漆以避免在清掃過(guò)程中發(fā)生端子短路。

盡管在金屬部分涂上防銹漆，為避免工作過(guò)程中的摩擦導(dǎo)致絕緣受損，設(shè)計(jì)中嚴(yán)格控制裙部金屬部分不得突出殼體。毛刷頭與傳動(dòng)桿之間的軸連器為帶檔位的軸連器，可使用內(nèi)六角螺絲刀前后調(diào)節(jié)毛刷頭位置，每5mm為一檔，共分3檔。設(shè)計(jì)保證毛刷頭在最外一檔時(shí)，金屬部分也不突出殼體。

毛刷頭端的殼體較為瘦長(zhǎng)，方便伸入到較為狹窄的空間進(jìn)行清掃。頭部殼體可以拆卸以便調(diào)節(jié)毛刷頭長(zhǎng)度或更換毛刷頭。

2.3 吸塵裝置方案

2.3.1 吸塵器選擇。真空吸塵器是利用高速風(fēng)扇在強(qiáng)力抽吸時(shí)所造成的負(fù)壓，把塵埃及臟物清除掉的一種家用電器，是現(xiàn)代生活中人們進(jìn)行清掃工作的理想器具。吸塵器分為手持式、臥式和肩背式。為了保證清掃功率和續(xù)航時(shí)間，本項(xiàng)目采用臥式大功率吸塵器，功率1kW或以上。

2.3.2 濾網(wǎng)。濾網(wǎng)是吸塵裝置的主要阻力元件，其阻力與濾網(wǎng)的面積及孔徑呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。從節(jié)能及清掃效果的角度出發(fā)，應(yīng)盡量減少濾網(wǎng)對(duì)吸力功率的損耗，濾網(wǎng)面積應(yīng)盡可能大，孔徑在合理范圍內(nèi)盡可能大。因本項(xiàng)目采用臥式吸塵器，可以配置大容積濾網(wǎng)，從而減低功率損失；在戶外端子箱工作時(shí)，還能摘掉濾網(wǎng)，進(jìn)一步增強(qiáng)管道的真空度，強(qiáng)化清掃工具的清掃能力。

2.4 電源方案

電源的選取上有兩種方案：一種是純交流電源；另一種是交流電源與直流蓄電池結(jié)合的方案。前者的特點(diǎn)是裝置整體質(zhì)量輕便，造價(jià)便宜但靈活性低；后者的特點(diǎn)是由于有蓄電池的電能，在某些交流電源不易獲得的屏柜內(nèi)也能正常工作，但是整體質(zhì)量重，造價(jià)高。

根據(jù)變電站一般設(shè)計(jì)規(guī)范及現(xiàn)場(chǎng)勘察結(jié)果，變電站絕大多數(shù)端子箱旁都有開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)箱，可以方便地取得交流電源；而功能室內(nèi)基本上配有交流電源插座，本著經(jīng)濟(jì)便利的原則，采用純交流電源的方案。

3 屏柜清掃工具的應(yīng)用

屏柜清掃工具在廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司江門(mén)供電局220kV新會(huì)巡維中心開(kāi)展應(yīng)用以來(lái)，在實(shí)際應(yīng)用中不斷吸收意見(jiàn)，幾經(jīng)改進(jìn)，取得了不錯(cuò)的清掃效率和除塵效果。

以220kV銀湖變電站為例，原來(lái)對(duì)全站端子箱、二次屏柜的清掃使用傳統(tǒng)的毛刷結(jié)合手持式吸塵器進(jìn)行，需要3個(gè)人、1天半才能完成，而且清掃效果差，飄揚(yáng)的灰塵不僅影響二次設(shè)備安全，也危害職業(yè)健康。使用本工具后，只需要2名作業(yè)人員，不到一天就完成了，滿足清掃工藝要求，提高工作效率，保證維護(hù)人員和設(shè)備運(yùn)行安全，受到運(yùn)行人員的歡迎。

4 結(jié)語(yǔ)

本項(xiàng)目研發(fā)的屏柜清掃工具屬于便攜式設(shè)備，可廣泛應(yīng)用于變電站日常維護(hù)。運(yùn)行人員使用機(jī)構(gòu)箱的交流電源，開(kāi)啟后絕緣毛刷轉(zhuǎn)動(dòng)；清掃出來(lái)的灰塵馬上吸走，無(wú)需擔(dān)心反復(fù)清掃，也保障了職工健康。維護(hù)人員利用該工具，一個(gè)人可完成原來(lái)需要兩三人配合的工作，維護(hù)快捷便利，可以確保清除頑固污跡。在降低作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)的同時(shí)，大大提高工作效率，產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益。

當(dāng)然屏柜清掃工具還存在一些不足，主要體現(xiàn)在電源的短板上。在戶外GIS設(shè)備等不易取得電源的區(qū)域，純交流電源的局限性顯得尤為突出。相信在不遠(yuǎn)的將來(lái)，當(dāng)電池技術(shù)得到快速發(fā)展時(shí)，將純交流電源改造成交直流混合電源提供動(dòng)力，將大大提升清掃工具的實(shí)用性。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：吳卓文（1986-），男，廣東新會(huì)人，廣東電網(wǎng)公司江門(mén)供電局中級(jí)工程師，工程碩士，研究方向：電力管理。

（責(zé)任編輯：黃銀芳）