10kV母排型带电旁路线夹的研制.docx

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10kV母排型带电旁路线夹的研制

国网安徽省电力有限公司霍山县供电公司

映山红职工创新工作室带电作业QC小组

二〇一九年三月

前言

国网霍山县供电公司映山红职工创新工作室带电作业QC小组成立于2018年1月，成员6人。

该小组目前主要负责霍山供电公司辖区内所有配网不停电工作。

小组成员在日常运维工作中发现部分柱上开关、变压器、电缆、跌落保险等配网设备连接部位及引流线经常出现发热、烧毁的情况。

一直以来仅能通过停电检修的方式予以解决，不仅直接影响了客户的正常生产生活用电，对供电可靠性、设备停运率等运行指标也产生不利影响。

带电作业QC小组针对上述缺陷进行攻关研究，在经历多轮的探讨和试验后，最终研制一种10kV母排型带电旁路线夹。

该种线夹采用铝合金材质，重量轻，易于批量生产、使用简便，整体接触面积大、通流能力好，可满足配网运检工作中不同类型和尺寸的母排型设备部件事故抢修和临时性检修需要，可实现与现有的带电工器具配套使用，有效解决了设备线夹紧固、旁路引流等工作需要，填补了国网市场上母排型带电作业线夹的技术空白，具有良好的安全效益、社会效益和经济效益。

通过这次QC小组的活动，提高了带电作业和运检人员的技能水平和创新能力，树立了应用科技创新、技术革新解决运检难题的理念和信心，强化了对反措执行、配网不停电作业的理解，增加了员工之间研讨问题、解决困难、集思广义的团队精神和氛围。

一、小组简介1

二、选择课题1

三、设定目标4

四、提出方案并确定最佳方案6

五、制定对策13

六、对策实施15

七、效果检查22

八、标准化23

九、总结回顾及下一步打算24

10kV母排型带电旁路线夹的研制

国网霍山县供电公司映山红职工创新工作室带电作业QC小组

一、小组简介

表1小组概况表

小组名称

国网霍山县供电公司映山红职工创新工作室带电作业QC小组

活动课题名称

10kV母排型带电旁路线夹的研制

注册时间

2018年01月

课题类型

创新型

活动次数

25次

出勤率

100%

小组成员情况

姓名

性别

学历

职务

组内分工

董亮

男

研究生

组长

组织协调

刘高

男

本科

副组长

组织协调

金正满

男

本科

督导

组织协调

吴舒玉

男

本科

组员

方案策划

王启彬

男

大专

组员

方案策划

赵后广

男

本科

组员

方案实施

苏华伟

男

本科

组员

方案实施

王帅

男

本科

组员

效果检查

刘震

男

本科

组员

效果检查

孙静

男

本科

组员

效果检查

小组获奖情况

2019年六安公司QC成果一等奖

二、选择课题

（一）提出需求

10kV配网是县级供电公司的主要供电网架，承担着城乡广大电力客户的供电，在配网日常运行中，配网设备如柱上开关、变压器、电缆、跌落保险等母排型设备的连接部位和引流线经常出现发热烧损情况，直接影响设备稳定运行及正常供电。

以国网霍山县供电公司为例，据不完全统计2015年、2016年、2017年发生在配网设备上发热缺陷多达15处、16处、21处。

图1：

近3年霍山公司配网设备发热缺陷处理情况

上述配网母排型设备发热的处理普遍采用停电检修方式，此类检修方式涉及停电范围一般较大，直接影响了客户的正常生产生活用电。

如果上述电网缺陷放任不管、长期得不到处理，设备发热情况将持续恶化，可能造成更大范围地停电事件或设备烧损事件。

因此，电网运检部门往往处于两难境地。

结论:

常规的停电检修消缺方式，涉及的停电时户数较多，易引起客户不满和95598投诉事件，对供电可靠性、设备停运率等运行指标也产生不利影响，从而对公司效益造成负面影响。

（二）明确课题需求与目的

1、课题需求

（1）能够有效消除配网设备连接部位和引流线发热缺陷。

（2）能够在线路不停电的情况下消除发热缺陷，降低停电时户数，避免电量损失和供电可靠性降低。

2、课题目的

小组打算研制一种适用于配网母排型设备的装置，在线路不停电的情况下，快速消除配网设备连接部位、引流线发热缺陷，降低停电时户数的目的。

（三）课题查新

1、课题查新：

小组成员对此课题进行查新，如表2所示：

表2查新情况表

查新项目

母排型消除配网设备发热缺陷的装置

查新人员

王帅

查新单位

带电作业QC小组

查新时间

2018-2-22

查询目的：

项目立项

查询范围：

中国专利数据库中国企业.产品库XX搜索

中国电力科技成果数据库中国知网

查新点与查新要求：

查找一种适用于母排型设备的装置，能够线路带电情况下消除配网设备连接部位、引流线发热问题。

查新结论：

未查到类似专利及相关类似产品

2、寻找课题创新思路：

小组成员在查找资料过程中，发现导体发热的物理学知识“焦耳定律”和“导线型带电接火线夹”的相关原理和功能可以借鉴。

表3原理借鉴表

需求

借鉴点

焦耳定律

课题研发装置

能够有效消除配网设备连接部位和引流线发热缺陷

降低通过配网设备连接部位和引流线的电流或者减小其电阻就能有效的解决发热问题。

工作原理

技术参数

借鉴思路

导体发热遵循焦耳定律：

Q=I²*Rt，电流通过导体产生的热量与电流的二次方成正比，跟导体电阻成正比。

电气连接处及导线温度要求：

≤75℃

1、研制的母排型装置具有紧固功能和旁路引流功能。

2、通过紧固功能将连接部位紧密结合，降低接触电阻，从而解决发热问题。

3、通过旁路引流功能，减少流过连接部位和引流线的电流，从而解决发热问题。

表4功能借鉴表

需求

借鉴点

导线型带电接火线夹

课题研发装置

能够带电安装

1、利用绝缘操作杆控制旋转螺栓部件对目标进行固定锁紧。

2、通过螺栓和垫片固定引流线实现引流目的。

工作原理

技术参数

借鉴思路

主要应用于架空线路的接火作业。

通过绝缘操作杆控制旋转螺栓部件对带电的架空线路进行固定锁紧，右侧的作用为固定引流线，实现引流功能，通过线夹本体的连接实现接火的目的

1、适用范围：

10千伏带电接火使用。

2、旋转螺栓部件许用扭矩：

2000N·cm。

3、引流线范围≤70mm

1、研制的装置可为一种适用于带电作业的线夹。

2、线夹通过旋转螺栓对目标进行固定实现紧固功能。

3、线夹通过螺栓和接线端子（线鼻）固定引流线从而实现线夹的旁路引流功能

3、确定课题

因此，研制一种能带电安装的母排型旁路线夹，代替传统停电消除配网设备发热缺陷方法，是本次课题的目的。

综上，我们小组设定的课题为：

10kV母排型带电旁路线夹的研制

三、设定目标

（一）总目标设定

成功研制一种适用于母排型设备部件的10kV母排型带电旁路线夹，消除配网设备连接部位、引流线发热缺陷，降低停电时户数。

（二）目标值量化

在线路不停电的情况下将因配网设备连接部位、引流线发热缺陷造成停电时户数降低80%。

降低80%

图2目标图

（三）可行性分析

1、目标可行性分析：

小组成员选择霍山公司2017年配网设备连接部位和引流线发热的21处缺陷进行分析，将停电消缺和带电消缺（不带负荷）涉及的停电时户数进行统计分析，统计如下所示：

表52017年配网发热缺陷停电时户数统计表

序号

检修方式

停电时户数

停电消缺

945

带电消缺（不带负荷）

186

通过上述统计表中可以发现，配网设备因连接部位、引流线发热引起的缺陷，带电消缺相比于停电消缺能远远降低停电时户数。

假设2017年都采用带电消缺的话，就可以将停电时户数下降80.3%（（945-186）/945=0.803），从而达到停时户数降低80%的目标，因此目标值理论可行。

2、能力可行性分析：

小组成员均具备大专以上学历，理论基础知识扎实，并且均从事过电力一线岗位，具备电气专业知识；多名队员具有带电作业证，属于带电作业班成员，可以在实训基地进行现场试验和测试；霍山公司的“映山红”职工创新工作室拥有先进的金属加工设备、测试仪器和试验装置，并且随时可以使用，这些为活动提供了必要的保障。

表6所有设备、仪器一览表

序号

名称

制造厂

数量

数控加工车床

金洋机床

铣床

青岛永立

台钳

虎力

计算机

联想

直流电源

深圳兆信

投影仪

宏基

打印机

西通

游标卡尺

刃具

切割机

博世

万用表

伏力德

经过以上分析，小组成员认为目标具有可行性！

四、提出方案并确定最佳方案

（一）提出总体方案

1、功能目标：

小组根据需求，初步设定10kV母排型带电旁路线夹具备以下功能目标：

图310kV母排型带电旁路线夹功能图

2、结构特点：

根据以上设定的目标，小组成员借鉴导线型带电接火线夹结构特点，提出10kV母排型带电旁路线夹整体结构方案。

表710kV母排型带电旁路线夹整体结构表

序号

结构要求

实现效果

“ﬤ”型主体部件

满足母排设备“－”的平面接触

调节部件

使目标设备在操作过程中不发生受力旋转，同时适用于用于不同型号、大小的配网设备

旋转螺栓部件

与普通不停电作业工具配套，对目标设备进行固定和锁紧

顶片部件

增大受力面积，配合旋转螺铨进行目标设备固定和锁紧

铜铝过渡部件

在不同材质状况下的互换使用，避免铜铝过渡氧化问题

旁路部件

实现旁路引流作用

3、方案提出：

根据以上结构方案，对总体研制方案分解：

图410kV母排型带电旁路线夹总体方案

（二）方案分解和优化

1、“ﬤ”型主体部件的选择

方案需求

满足母排设备“－”的平面接触，不易滑脱，具有良好的机械强度和导电性能。

可选方案

选择依据

1、形状能满足母排“－”的平面接触，不易滑脱；

2、具有良好的机械强度和导电性能

备选方案

开口部位为平面：

开口部位为斜面：

铝合金材质

铜合金材质

铝合金材质

铜合金材质

方案解释

将铝合金材料切割成“ﬤ”型,开口处为平面

将铜合金材料切割成“ﬤ”型,开口处为平面

将铝合金材料切割成“ﬤ”型，开口部位设计为斜面

将铜合金材料切割成“ﬤ”型，开口部位设计为斜面

形状特点

能满足母排“－”的平面接触要求，开口为平面，目标易滑脱

能满足母排“－”的平面接触要求，开口为斜面设计，能预防目标滑脱

机械强度

211MPa

392MPa

211MPa

392MPa

导电性能

电阻率约为27nΩm

电阻率约为17nΩm

电阻率约为27nΩm

电阻率约为17nΩm

经济性

20元

50元

22元

55元

加工难度

加工改造难度较低

加工难度大，不利于大规模生产

加工改造难度较低

加工难度大，不利于大规模生产

综合评估

机械强度和导电性能满足要求，但是形状不满足要求

机械强度和导电性能满足要求，但是形状、经济性、加工难度高

形状、经济性、加工难度较低、机械强度和导电性能满足要求

形状、机械强度和导电性能满足要求，但经济性、加工难度高

结论

不采用

采用

不采用

2、调节部件的选择

方案需求

使目标设备在操作过程中不发生受力旋转，同时适用于不同型号、大小的配网设备

可选方案

选择依据

1、能固定目标设备；

2、具有调节功能，适用于不同型号、大小的配网设备

备选方案

通过滑标调节：

通过螺栓调节：

铝合金材质

铜合金材质

铝合金材质

铜合金材质

方案解释

主体上部开孔，安装铝合金材质滑标，通过移动滑标来调节

主体上部开孔，安装铜合金材质滑标，通过移动滑标来调节

主体固定柱上开孔，通过铝合金材质螺栓旋转进行调节

主体固定柱上开孔，通过铜合金材质螺栓旋转进行调节

固定作用

滑标无法起到固定作用，目标设备易发生受力旋转

螺栓能够起到固定作用，目标设备不易发生受力旋转

调节作用

能够通过进行调节，可适用于不同型号、大小的配网设备

共存性

与铝合金材质“ﬤ”型主体不存在氧化反应

与铝合金材质“ﬤ”型主体存在氧化反应

与铝合金材质“ﬤ”型主体不存在氧化反应

与铝合金材质“ﬤ”型主体存在氧化反应

经济性

20元

30元

5元

10元

加工难度

开孔面积大，滑标形状特殊，整体加工难度高

开孔面积大，滑标形状特殊、材料不易加工，整体加工难度高

开孔面积小，螺栓易加工，整体加工难度低

综合评估

滑标无法起到固定作用，整体加工难度高，经济性较差

滑标无法起到固定作用，整体加工难度高，与主体存在氧化反应

能够起到固定作用，经济性较好，整体加工难度低

能够起到固定作用，经济性较好，整体加工难度低，但与主体存在氧化反应

结论

不采用

采用

不采用

3、旋转螺栓部件的选择

方案需求

与普通不停电作业工具配套，对目标设备进行固定和锁紧

可选方案

选择依据

1、与本单位现有带电作业工器具配套；

2、能够对目标设备进行固定和锁紧

备选方案

圆环型：

┼字型：

铝合金材质

铜合金材质

铝合金材质

铜合金材质

方案解释

主体下部开孔，匹配相应大小铝合金材质旋转螺栓，其螺栓操作部位为圆环型，通过固定螺栓圆环部位，进行旋转紧固。

主体下部开孔，匹配相应大小铜合金材质旋转螺栓，其螺栓操作部位为圆环型，通过固定螺栓圆环部位，进行旋转紧固。

主体下部开孔，匹配相应大小铝合金材质旋转螺栓，其螺栓操作部位为圆环型，通过固定螺栓圆环部位，进行旋转紧固。

主体下部开孔，匹配相应大小铜合金材质旋转螺栓，其螺栓操作部位为圆环型，通过固定螺栓圆环部位，进行旋转紧固。

融合配套

无法与现有的绝缘旋转操作杆配套，需要研发专用固定螺栓圆环的绝缘操作杆

与现有的绝缘旋转操作杆配套

固定锁紧

通过旋转螺栓转动，能够固定并锁紧目标设备

共存性

与主体不存在氧化反应

与主体存在氧化反应

与主体不存在氧化反应

与主体存在氧化反应

经济性

15元

25元

10元

30元

加工难度

铝合金材质加工难度较低

铜合金材质加工难度较高

铝合金材质加工难度较低

铜合金材质加工难度较高

综合评估

需要研发专业操作杆，费时费力

需要研发专业操作杆，材质与主体存在氧化反应

与现有工器具配套，能够起到固定并锁紧作用

材质与主体存在氧化反应

结论

不采用

采用

不采用

4、顶片部件的选择

方案需求

增大目标设备的受力面积，配合旋转螺铨进行目标设备进行固定和锁紧

可选方案

选择依据

1、能够增大目标设备的受力面积；

2、能够有效配合旋转螺铨进行目标设备进行固定和锁紧

备选方案

凹槽型：

平面型：

镀锌铜片材质

镀锌铝片材质

镀锌铜片材质

镀锌铝片材质

方案解释

由顶片和螺钉组成，凹槽型设计，本体为圆型镀锡铜垫片，通过螺钉固定在旋转螺栓顶部

由顶片和螺钉组成，凹槽型设计，本体为圆型镀锡铝垫片，通过螺钉固定在旋转螺栓顶部

由顶片和螺钉组成，凹平面设计，本体为圆型镀锡铜垫片，通过螺钉固定在旋转螺栓顶部

由顶片和螺钉组成，平面型设计，本体为圆型镀锡铝垫片，通过螺钉固定在旋转螺栓顶部

受力面积

通过螺钉固定在旋转螺栓顶部，能够有效增加旋转螺栓对目标设备的受力面积，避免了受力集中在一个点的现象。

配合性

可实现与旋转螺铨的非同期转动连接，有效配合旋转螺铨进行目标设备进行固定和锁紧

与旋转螺铨同期转动连接，旋转螺铨转动锁紧时，造成线夹倾斜，不能有效安装

共存性

镀锌材质能有效避免顶片与铝合金材质旋转螺栓之间的氧化反应

机械强度

铜材质强度大，受力不易变形

铝材质强度小，受力易变形

铜材质强度大，受力不易变形

铝材质强度小，受力易变形

综合评估

强度大，不易变形，能与旋转螺铨的非同期转动连接，有效配合旋转螺铨进行目标设备进行固定和锁紧

强度小，受力易变形

无法实现与旋转螺铨的非同期转动连接

无法实现与旋转螺铨的非同期转动连，材质强度小

结论

采用

不采用

5、铜铝过渡部件的选择

方案需求

在不同目标材质状况下的互换使用，避免铜铝过渡氧化问题

可选方案

选择依据

在不同目标材质状况下的互换使用，避免铜铝过渡氧化问题，对线夹整体无影响；

备选方案

双孔型：

单孔型：

方案解释

由铜铝过渡板、螺丝、螺孔组成。

在“ﬤ”型主体上部、铜铝过渡板各开两个孔，通过螺丝将铜铝过渡板固定在“ﬤ”型主体内壁，从而实现在不同材质状况下的互换使用，避免铜铝过渡氧化问题

由铜铝过渡板、螺丝、螺孔组成。

在“ﬤ”型主体上部、铜铝过渡板各开一个孔，通过螺丝将铜铝过渡板固定在“ﬤ”型主体内壁，从而实现在不同材质状况下的互换使用，避免铜铝过渡氧化问题

整体强度

“ﬤ”型主体上部为受力点，开两个孔对主体强度影响较大

单孔设计，对主体强度影响较小

加工耗时

两个孔设计，增加加工步骤，消耗工时

单孔设计，简单，易加工

综合评估

对线夹整体强度较大，加工步骤增加

对线夹整体强度影响较小

结论

不采用

采用

6、旁路部件的选择

方案需求

实现旁路引流作用

可选方案

选择依据

1、不影响线夹整体强度；

2、实现旁路引流作用

备选方案

正面型：

侧面型：

方案解释

由螺铨、铜铝过渡板组成，位于主体支柱部位正面侧，可配套普通（单）双孔铜（铝）接线端子（线鼻）使用连接

由螺铨、铜铝过渡板组成，位于主体支柱部位侧面侧，可配套普通（单）双孔铜（铝）接线端子（线鼻）使用连接

整体强度

受连接部位空间限制，此线夹的厚度不能过大，如果主体支柱部位正面侧制作旁路部分，开孔会导致支柱部位强度不足

旁路部分在侧面能够美观，而且支柱部分宽度可以适当宽一点，开孔对其强度影响较小

引流作用

均能通过与普通（单）双孔铜（铝）接线端子（线鼻）连接，实现旁路引流作用

综合评估

对线夹整体强度影响较大

对线夹整体强度影响较小

结论

不采用

采用

（三）最佳方案确定

经过小组逐一分析和评估，最终确定最佳方案及设计草图：

图510kV母排型带电旁路线夹最佳方案

图6设计草图

五、制定对策

带电作业QC小组确定方案后，群策群力，绘制了10kV母排型带电旁路线夹（以下简称母排线夹）攻关研制的对策表：

序号

对策

目标

措施

地点

负责人

时间

研制“ﬤ”型主体部件

1、形状能满足母排“－”的平面接触，不易滑脱；

2、具有良好的机械强度和导电性能

1、确定设备尺寸参数。

2、进行3D设计绘制

3、制作部件，进行功能目标试验

加工厂、

试验室

吴舒玉

2018-3-9

研制调节部件

1、能固定目标设备；

2、具有调节功能，适用于不同型号、大小的配网设备

1、确定设备尺寸参数。

2、进行3D设计绘制

3、制作部件，进行试验

加工厂、

试验室

王启彬

2018-3-13

研制旋转螺栓部件

1、与本单位现有带电作业工器具配套；

2、能够对目标设备进行固定和锁紧；

3、旋转螺栓许用扭矩＞2000N·cm

1、确定设备尺寸参数。

2、进行3D设计绘制

3、制作部件，进行试验

加工厂、

试验室

王帅

2018-3-15

研制顶片部件

1、能够增大目标设备的受力面积；

2、能够有效配合旋转螺铨进行目标设备进行固定和锁紧

1、确定设备尺寸参数。

2、进行3D设计绘制

3、制作部件，进行试验

加工厂、

试验室

吴舒玉

2018-3-19

研制铜铝过渡部件

在不同目标材质状况下的互换使用，避免铜铝过渡氧化问题，对线夹整体无影响

1、确定设备尺寸参数。

2、进行3D设计绘制

3、制作部件，进行试验

加工厂、

试验室

王启彬

2018-3-25

研制旁路部件

1、不影响线夹整体强度；

2、实现旁路引流作用

1、通过调查统计确定设备尺寸参数

2、进行3D设计绘制

3、制作部件，进行试验

加工厂、

试验室

王帅

2018-4-1

整体组装校验

组装完成，对发热缺陷进行处理，使电气连接处及导线温度要求：

≤75℃

1、部件组装

2、进行模拟试验

试验室

吴舒玉

2018-4-10

六、对策实施

（一）研制“ﬤ”型主体部件

目标

1、满足母排“－”的平面接触，不易滑脱

2、机械强度＞211MPa、导电性能：

最大通过电流＞500A

实施过程

1、小组经市场调研和实际测量，统计各种配网设备母排和连接处的大小，具体参数如下：

名称

规格（mm）

目标设备尺寸要求

配网设备母排

宽度为：

30-60

厚度为：

4-7

目标设备“ﬤ”型主体内壁长度﹥60；开口﹥8

母排连接部位处

厚度为：

5-16

目标设备“ﬤ”型主体内壁长度﹥60、宽度﹥20；开口﹥16

连接部位母排顶端距连接螺丝的距离

长度为：

10-40

目标设备“ﬤ”型主体厚度≦20

配网设备连接部位距离另一相之间距离

距离>200

目标设备“ﬤ”型主体主体整体最大长度﹤150

根据上述调查统计，小组确定“ﬤ”型主体整体长度100mm、宽度62mm、厚20mm，内壁长度为63mm、宽度32mm，可以满足多种型号、尺寸的母排。

2、根据上述尺寸，使用solidworks画图软件，设计以下3D图：

3、根据设计图，通过车床加工制作出“ﬤ”型主体，实物如下：

测试结果

1、在柱上开关母排桩头处进行安装试验，测试良好，可方便在带电操作中将目标设备的导入母排线夹内部，同时固定柱能预防目标设备脱离母排线夹，满足要求。

2、主体部件机械强度及导电性能试验，强度和导电性能均满足要求。

机械强度测试

机械强度

80MPa

150MPa

200MPa

210MPa

220MPa

230MPa

线夹状态

无变形

轻微变形

变形

结果

线夹整体机械强度为210-220MPa，大于200MPa，满足要求

导电性能测试

通过电流

200A

300A

400A

500A

600A

700A

线夹温度

10℃

43℃

结果

通流在600A以下，线夹温度与室温接近，满足要求

实施效果检查

线夹能满足母排“－”的平面接触，不易滑脱，具有良好的机械强度＞211MPa，导电性能＞500A，目标达到。

（二）研制调节螺栓部件

目标

1、能固定目标设备

2、具有调节功能，适用于SLG1-SLG4型设备线夹宽度需求

实施过程

1、小组成员收集市面上内六角螺栓的规格型号，统计各型号大小参数、具体如下：

型号

公称直径（mm）

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