变电一次设备机构箱模块化改造方法

林志鹏，李海贤，冯锦文

（广东电网有限责任公司江门供电局，广东 江门 529000）

0 引 言

隔离开关、断路器等一次设备广泛应用于电力系统，其电气一次导流部分由相应的机构箱去控制动作，这就对机构箱内元器件的可靠性有极高的要求。当设备运行年限长、动作次数过于频繁、运行环境恶劣或操作不当时，就容易发生机构箱内机械元件或电气元件损坏。现阶段，变电站内各类型机构箱由机械元件与电气元件混合组成，箱内结构与二次接线极为复杂，不便于事故抢修与故障排除[1]。为了提高设备检修与事故抢修的效率，在对多批次、多型号的机构箱内部结构进行研究后，本文对变电站内各类型一次设备机构箱的模块化改造思路加以分析，并提出相应的解决方法。

1 设备维修现状

目前，变电站内断路器及隔离开关的机构箱种类众多，部分设备运行年限过久且难以找到相同规格型号的备品代替，相关图纸存在遗失的可能，无疑增加了维修的难度。在完成电器元件的更换后，需要检修人员、继保人员、运行人员多方配合来验证二次回路的准确性和设备的各项运行性能，任何一方缺席都会造成工作时间延长，存在延误送电的风险[2]。

机构箱大修的普遍方法是先由工作人员在变电站内根据图纸核对现场，出具二次措施单后对各电器元件逐个解线，解线后对裸露的导线进行包扎，方可拆除机构箱内各零部件。复装前，同样根据二次措施单对接线进行恢复。现有的各类断路器及隔离开关机构箱内部接线密集，为了内部走线美观，在机构箱内大量使用扎带等对电线进行绑扎处理，无论是检查维护还是二次回路工作均需花费较长时间进行解线拆线作业。受变电站内工作环境、办理工作票的进程等因素影响，更换时长不可控，工作量大幅增加，同时还影响到其他作业进度。

现阶段，隔离开关机构箱内常见故障有电机烧毁、接触器损坏、辅助开关损坏等，多表现为二次元器件老化故障，少部分体现为机械零部件出现金属疲劳、配合不当等。由于隔离开关长时间运行在高电压、强电场或日晒雨淋的开放环境中，无法避免箱体内部积热导致密封胶圈老化，当胶圈老化超过一定程度时，容易造成防潮措施失效，潮气在电气元器件内导线驳接部位凝结，造成线路不通、电线发热等隐患，大大降低电气元器件的运行寿命。这些隐患长时间累积，往往会导致隔离开关在电动运行时回路失效，具体表现为机构拒动或动作阻塞[3]。

在现有设备的运维条件下，无论是零部件更换还是机构箱整体大修，均需要检修人员和继保人员同时到场配合，完全无法避免作业中的干扰。对于紧急抢修来说，时效性根本无法得到保障。

2 机构箱模块化改造思路

对于隔离开关的检修，一种理想的方式是先将容易老化损坏的分合闸接触器、热继电器、行程开关、分合闸按钮以及转换开关等全部集成于一体式控制面板模块内，然后将旧机构箱内的二次线路改造集成为航空插头线缆，通过航空插头拔插的方式连接控制面板模块与输入电源、电机、辅助开关等，实现接线的集约化。当需要紧急抢修时，只需要拔下航空插头就可以断开相应模块之间的连接，直接就地更换疑似损坏模块，从而实现先换后修、优先保证供电的目标。理想的隔离开关机构箱维修流程如图1所示。

图1 隔离开关机构箱理想维修流程

对隔离开关的二次回路进行改造，尽可能将各类电路元器件集成为一个电机控制器单元，通过控制器单元来实现驱动隔离开关电机工作，并采集隔离开关的位置信号。在不同功能板块之间通过特制的航空插头实现电气连接，以达成各模块互不影响、拔插更换的效果。将与控制回路有关的大部分元器件尽可能集成在电机控制器单元中，其余元器件与控制器单元之间通过易于拔插的航空插头来实现二次回路之间的连接。在变电站现场，当隔离开关机构箱内出现故障导致隔离开关无法动作时，如果出现人员调配困难、无法快速定位并排除故障，可以先考虑整体更换控制器单元来进行故障快速处理，将损坏的功能模块直接拆下来并带到条件与人员充足的检修中心进行修理[4]。

这种模块化的改造方法带来了设备检修流程上的优化和安全性能上的提升，无须继保人员配合在站内开展二次回路排查工作，避免了复杂的工作流程与作业空间交叉。此外，设备缺陷得以快速解决，能够及时恢复送电，减少了负荷损失和经济损失。在故障模块更换后，检修人员可以立即开展下一步的隔离开关试分合操作与分合闸行程调整工作，无须担心二次回路走线美观、二次回路漏电等对操作带来的影响。

对于断路器机构箱维修，目前采用的是整体拆除机构箱并运回无尘车间进行检修的方式。该方法需要在现场先拆除机械连接部位，再对二次电缆进行解线方能将机构箱整体取下，其中解线这一步骤花费时间过长。如果能将通往后台的二次线缆改造为航插接线方式与机构箱进行连接，则无须考虑现场接线问题，高效快捷。理想的断路器机构箱维修流程如图2所示。

图2 断路器机构箱理想维修流程

将传统的断路器机构箱内二次回路至后台的连接方式由大量单芯电线直连改为通过航空插头桥接的形式，避免复杂的拆线工作。采用航空插头后，只需拆除机械连接部位的传动轴、拐臂等，拔出航插后即可取下整个断路器机构箱，基本避免了需要继保人员现场拆线作业，使得检修工作能够不间断进行。

3 改造技术创新点

采用模块化改造思路使得电气元件箱与机械元件箱实现功能区分，不但避免了检修、继保作业空间交叉的可能性，而且使设备小型化、轻量化的程度得到进一步提高，进一步节省安装时间与成本。在降低大型吊装机械使用频率的同时，提高了变电站内人身安全与设备安全系数。采用模块化改造方法后，大量散布式元件组合变成少量模块化功能组合，减少了故障定位的时间，从以往的逐条电线地毯式排查变成各项模块功能验证。在对故障部位大致判断后，采用模块试错的方法很容易更换故障模块[5-7]。

模块化改造后，机械元件箱、电气元件箱及后台信息主机等模块之间通过航空插头来连接，设备运维单位可对各模块进行备品备件小批量定制和储存。当需要开展设备维护、事故抢修时，对故障模块进行整体轮换即可快速投入运行，大大缩短停电时间，降低经济损失。故障模块可带出现场后再进行精细化维修，减少现场二次接线拆装工程量并降低调试难度。

模块化机构箱能够很好地保护电气元件，延长其使用寿命。在传统机构箱中，电气元件极容易受到机械部分的震动影响，从而出现线路松动、元件破裂等回路故障。在模块化改造后，由于减少了电气元件与机械振动部位的直接连接，电器元件很少受震动影响，有效解决接线不牢固的隐患，也同时减少了设备巡视的工作量。在对机构箱进行模块化改造后，对于有着不同防护需求的模块也可以进行客制化的防潮和防锈处理，降低设备维护的频率[8-10]。模块化的隔离开关机构箱结构如图3所示。

4 结 论

通过对变电设备机构箱现存问题的分析，提出了一种可以延长设备使用寿命、加快抢修速度、降低作业风险的机构箱模块化改造方案。根据现有设备机构箱存在的缺陷，结合日常维护、紧急抢修工作中常见的问题，制定了详细的对策。通过该方案，可以大大优化传统的检修环节，节省大量的人力和物力，降低设备运行成本。在未来的老旧设备改造与新设备设计建造环节，设备管理人员及单位可以对机构箱模块化改造方法进行优化完善，以达到最佳运维效果，提高变电设备的可靠性，保障电力供应稳定。