柱上變壓器低壓端快速連接器設計

蔣亞淼，甘雄濤，張慶生，金全仁

（國家電網許繼集團有限公司，河南 許昌 461000）

0 引言

目前的柱上變壓器安裝、更換效率低、勞動強度大、安全性差[1]。由于變壓器重量大，現場作業環境千差萬別，因而配電臺區變壓器在安裝、更換過程中，一般需要1 臺吊車、4 ～5 人同時耗時2h 以上。現場需要至少兩人站在橫擔上，用吊車吊裝，人力輔助確定精確位置，該方法勞動強度大并需承擔隨時跌落和觸電的危險。

為提高配線臺區的作業效率及安全性，降低勞動強度，有必要對柱上變壓器進行改進，優化設計，解決現有變壓器安裝過程中的不足。本文以400kVA 及以下柱上變壓器為研究對象，以降低柱上變壓器安裝效率，減少安裝過程中操作人數，減少安裝時長，降低勞動成本為目的，對400kVA 及以下柱上變壓器的低壓端子進行改進，具體為將目前400kVA 及以下柱上變壓器的低壓端子的緊固方式由螺釘緊固改為插拔式連接器結構。通過對400kVA 及以下柱上變壓器低壓端子的改進，將很大地提升400kVA 及以下柱上變壓器的安裝、更換效率，并降低勞動強度，節約勞動成本。

圖1 套管及防護罩Fig.1 Casing and shield

1 提出問題及設計要求

1.1 柱上變壓器低壓端子現狀

現有400kVA 及以下柱上變壓器的低壓端連接器的連接方式一般采用套管式端子進行連接[2]，如圖1 所示。該端子的緊固方式采用螺釘緊固的方式，固定結束后加裝塑料材質的防護罩，安裝和更換過程中需要操作人員使用操作工具直接接觸導電部件進行。因此，安全性差[3]，同時安裝和更換的效率低下。

據電力部門統計，400kVA 及以下柱上變壓器低壓端所采用套管式端子，使用過程中存在諸多安全隱患，且曾出現多起端子燒毀事故。

經對事故原因進行分析，具體原因如下：

1）存在操作人員在操作過程中，將低壓端端子插接不到位的情況。

2）與端子連接的線纜與插頭連接處，因為密封不嚴而導致進水，從而致使在使用過程中出現短路的現象。

3）高壓且大電流的電纜上部與變壓器沒有共地，因此存在電壓差，導致線纜與插頭連接處存在放電現象，長期的微放電導致絕緣失效，進而出現燒毀的現象[4]。

由于400kVA 及以下柱上變壓器的低壓端存在的諸多安全隱患，因而需要開發一種適用于400kVA 及以下柱上變壓器低壓端輸出的高壓且大電流的快速連接器，以提高400kVA 及以下柱上變壓器安裝效率，減少燒毀事故的發生。

1.2 低壓端快速連接器設計要求

經對400kVA 及以下柱上變壓器的低壓端快速連接器事故的分析，現對其進行重新設計，提出了重新設計的400kVA 及以下柱上變壓器的低壓端快速連接器的設計要求，詳見表1。

2 低壓端快速連接器設計

目前，針對現有的400kVA 及以下柱上變壓器低壓端的事故原因與降低柱上變壓器安裝效率，減少安裝過程中操作人數，減少安裝時長，降低勞動成本的目的，對現有的400kVA 及以下柱上變壓器低壓端連接器進行改進，改進方案為采用肘型連接器取代套管式端子，設計圖如圖2所示。

表1 400kVA及以下柱上變壓器低壓端連接器設計要求Table 1 Design requirements for low-voltage connector of transformers on 400kVA and below

圖2 連接器插頭Fig.2 Connector plug

2.1 低壓端連接器設計

為提高低壓端連接器的安裝效率和消除事故，現將低壓端連接器的電纜、插針、有機硅橡膠件設計為一次性注塑成型，在成型過程中三者結合為一個整體，如圖2 所示。因改進后的線纜與有機硅膠有足夠的結合長度并緊密結合，所以能夠保證改進后的低壓端連接器的密封性，能夠徹底消除低壓端連接器進水的可能性。

表2 壓接端子接觸電阻實驗記錄表Table 2 Crimp terminal contact resistance test record table

圖3 連接器鎖緊機構Fig.3 Connector locking mechanism

由于該連接器的外殼為絕緣橡膠，因而操作過程中，手與工具不需直接接觸導電部件，安全性顯著增加。

2.2 連接器快速鎖緊機構設計

400kVA 及以下柱上變壓器的低壓端連接器因為需要承受短路引起的電動力，需要有一定的壓緊力。針對低壓連接器短路電流1.5kA 的情況，現增加一個快速鎖緊機構，該機構采用快速螺紋固定，只需要旋轉半周即可實現插頭與插座的鎖緊與解鎖，如圖3 所示。

該設計所選用的材質為金屬材質，因此在使用過程中可以實現高壓且大電流的電纜上部與變壓器共地，消除因電纜與變壓器沒有共地而導致放電進而導致的燒毀事故，同時可以實現低壓端連接器的快速鎖緊。

3 低壓端連接器實驗及分析

針對本文中所提到的400kVA 及以下柱上變壓器低壓端快速連接器，現對不同的設計工藝下的壓接端子進行耐候性實驗，實驗過程中所采用的測量儀器為FS-100/200 接觸電阻測試儀，精度為1Ω。

實驗原理為在振動、濕熱、鹽霧條件下測量壓接端子壓接電阻的變化，比較未處理、灌膠、灌錫3 種工藝下壓接端子的耐候性。實驗過程為：分3 組樣品進行實驗，3 組端子分別通過未處理、灌膠、灌錫3 種工藝加工，然后經過振動實驗12h、濕熱實驗48h、鹽霧實驗48h，在每次實驗后測量接觸電阻。實驗中所測得的接觸電阻信息見表2。

由表2 可知，未處理的壓接端子在振動實驗后，壓接處的接觸電阻平均達到原來的3.9 倍，濕熱實驗后繼續增加到8.9 倍，鹽霧實驗后達到1.92 倍。

經過灌膠處理的端子，在振動實驗后，壓接處的接觸電阻平均達到原來的5.1 倍，濕熱實驗后繼續增加到7.8 倍，鹽霧實驗后達到2.7 倍。

經過灌錫處理的端子，壓接處的接觸電阻在經過振動、濕熱、鹽霧實驗后，接觸電阻幾乎看不出變化。

通過以上實驗，可以確定壓接工藝在長期的振動、濕熱、鹽霧環境下工作是不可靠的。在連接器插頭與導線的壓接處，增加一個灌錫工藝，可確保產品的長期可靠性。

總結本文中所提到改進設計的400kVA 及以下柱上變壓器低壓端連接器，最終得到通過對連接器接頭與導線壓接處進行灌錫處理工藝的一體式低壓端連接器和快速鎖緊機構。

4 結束語

本文針對400kVA 及以下柱上變壓器低壓端連接器，首先描述低壓端連接器的現狀和針對低壓端出現的事故進行了原因分析；然后分別設計了低壓端快速連接器和連接器快速鎖緊機構；最后通過不同工藝下的耐候性實驗，得到了一種能夠快速安裝且安全，同時能夠消除因放電而導致火災事故的400kVA 及以下柱上變壓器低壓端快速連接器，該連接器在變壓器低壓電流輸出端具有很高的推廣價值和實用價值。