柱上變壓器低壓端快速連接器設(shè)計

蔣亞淼，甘雄濤，張慶生，金全仁

（國家電網(wǎng)許繼集團(tuán)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(qiáng)度大、安全性差[1]。由于變壓器重量大，現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境千差萬別，因而配電臺區(qū)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?，F(xiàn)場需要至少兩人站在橫擔(dān)上，用吊車吊裝，人力輔助確定精確位置，該方法勞動強(qiáng)度大并需承擔(dān)隨時跌落和觸電的危險。

為提高配線臺區(qū)的作業(yè)效率及安全性，降低勞動強(qiáng)度，有必要對柱上變壓器進(jìn)行改進(jìn)，優(yōu)化設(shè)計，解決現(xiàn)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(shù)，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(jìn)行改進(jìn)，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(jié)構(gòu)。通過對400kVA 及以下柱上變壓器低壓端子的改進(jìn)，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(qiáng)度，節(jié)約勞動成本。

圖1 套管及防護(hù)罩Fig.1 Casing and shield

1 提出問題及設(shè)計要求

1.1 柱上變壓器低壓端子現(xiàn)狀

現(xiàn)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(jìn)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(jié)束后加裝塑料材質(zhì)的防護(hù)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(dǎo)電部件進(jìn)行。因此，安全性差[3]，同時安裝和更換的效率低下。

據(jù)電力部門統(tǒng)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(xiàn)多起端子燒毀事故。

經(jīng)對事故原因進(jìn)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?yàn)槊芊獠粐?yán)而導(dǎo)致進(jìn)水，從而致使在使用過程中出現(xiàn)短路的現(xiàn)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(dǎo)致線纜與插頭連接處存在放電現(xiàn)象，長期的微放電導(dǎo)致絕緣失效，進(jìn)而出現(xiàn)燒毀的現(xiàn)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(fā)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(fā)生。

1.2 低壓端快速連接器設(shè)計要求

經(jīng)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(xiàn)對其進(jìn)行重新設(shè)計，提出了重新設(shè)計的400kVA 及以下柱上變壓器的低壓端快速連接器的設(shè)計要求，詳見表1。

2 低壓端快速連接器設(shè)計

目前，針對現(xiàn)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(shù)，減少安裝時長，降低勞動成本的目的，對現(xiàn)有的400kVA 及以下柱上變壓器低壓端連接器進(jìn)行改進(jìn)，改進(jìn)方案為采用肘型連接器取代套管式端子，設(shè)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(shè)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(shè)計

為提高低壓端連接器的安裝效率和消除事故，現(xiàn)將低壓端連接器的電纜、插針、有機(jī)硅橡膠件設(shè)計為一次性注塑成型，在成型過程中三者結(jié)合為一個整體，如圖2 所示。因改進(jìn)后的線纜與有機(jī)硅膠有足夠的結(jié)合長度并緊密結(jié)合，所以能夠保證改進(jìn)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(jìn)水的可能性。

表2 壓接端子接觸電阻實(shí)驗(yàn)記錄表Table 2 Crimp terminal contact resistance test record table

圖3 連接器鎖緊機(jī)構(gòu)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(dǎo)電部件，安全性顯著增加。

2.2 連接器快速鎖緊機(jī)構(gòu)設(shè)計

400kVA 及以下柱上變壓器的低壓端連接器因?yàn)樾枰惺芏搪芬鸬碾妱恿?，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(xiàn)增加一個快速鎖緊機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)采用快速螺紋固定，只需要旋轉(zhuǎn)半周即可實(shí)現(xiàn)插頭與插座的鎖緊與解鎖，如圖3 所示。

該設(shè)計所選用的材質(zhì)為金屬材質(zhì)，因此在使用過程中可以實(shí)現(xiàn)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(dǎo)致放電進(jìn)而導(dǎo)致的燒毀事故，同時可以實(shí)現(xiàn)低壓端連接器的快速鎖緊。

3 低壓端連接器實(shí)驗(yàn)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(xiàn)對不同的設(shè)計工藝下的壓接端子進(jìn)行耐候性實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)過程為：分3 組樣品進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，3 組端子分別通過未處理、灌膠、灌錫3 種工藝加工，然后經(jīng)過振動實(shí)驗(yàn)12h、濕熱實(shí)驗(yàn)48h、鹽霧實(shí)驗(yàn)48h，在每次實(shí)驗(yàn)后測量接觸電阻。實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)后，壓接處的接觸電阻平均達(dá)到原來的3.9 倍，濕熱實(shí)驗(yàn)后繼續(xù)增加到8.9 倍，鹽霧實(shí)驗(yàn)后達(dá)到1.92 倍。

經(jīng)過灌膠處理的端子，在振動實(shí)驗(yàn)后，壓接處的接觸電阻平均達(dá)到原來的5.1 倍，濕熱實(shí)驗(yàn)后繼續(xù)增加到7.8 倍，鹽霧實(shí)驗(yàn)后達(dá)到2.7 倍。

經(jīng)過灌錫處理的端子，壓接處的接觸電阻在經(jīng)過振動、濕熱、鹽霧實(shí)驗(yàn)后，接觸電阻幾乎看不出變化。

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

總結(jié)本文中所提到改進(jìn)設(shè)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(dǎo)線壓接處進(jìn)行灌錫處理工藝的一體式低壓端連接器和快速鎖緊機(jī)構(gòu)。

4 結(jié)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(xiàn)狀和針對低壓端出現(xiàn)的事故進(jìn)行了原因分析；然后分別設(shè)計了低壓端快速連接器和連接器快速鎖緊機(jī)構(gòu)；最后通過不同工藝下的耐候性實(shí)驗(yàn)，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(dǎo)致火災(zāi)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(shí)用價值。