10千伏移开式真空断路器检修平台的研制.docx

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10千伏移开式真空断路器检修平台的研制

XXXXXXX电力公司QC成果

申报材料

课题名称：

10kV移开式真空断路器检修平台的研制

单位、QC小组名称：

XXXXXXX公司变电检修QC小组

10kV移开式真空断路器检修平台的研制

变电检修QC小组

前言

10kV移开式真空断路器因其更换方便、适用于频繁操作、灭弧室不用检修等优点，已在变电站和开闭所内得到了广泛的应用。

国网重庆璧山供电公司拥有该类型断路器1303台，国网重庆市电力公司则拥有63079台。

该类型断路器的大修周期为十年，据统计，重庆范围内有8027台断路器已进入大修期限，将陆续进行大修。

因此，如何简化大修操作、提高检修质量、降低检修风险成为了一个值得研究的课题。

名词解释：

10kV移开式真空断路器：

主要用于开断、关合10kV电力系统中的负荷电流、过载电流和短路电流，因可从开关柜内拉出，故称为“移开式”。

一、小组概况

XXXXXXXX供电分公司变电检修QC小组成立于2016年2月，由变电检修班14名成员组成，其中党员7人，大学本科及以上学历13人（其中研究生2人）；高级技师1人，技师5人，工程师2人。

变电检修QC小组平均年龄35岁，是一支年龄结构合理、经验丰富、朝气蓬勃、干劲十足的坚强队伍。

小组名称

变电检修QC小组

活动课题名称

10kV移开式真空断路器检修平台的研制

课题类型

创新型

注册时间

2016年02月

注册编号

BS2016006

活动次数

17次

出勤率

100%

小组成员情况

姓名

性别

学历

职务

组内分工

余明春

男

本科

组长

统筹规划

陈亮

男

大专

副组长

攻关组长

邓前锋

男

硕士

督导（指导）

攻关组长

田显华

男

本科

组员

攻关组长

韩海燕

男

本科

组员

设计

秦斌

男

硕士

组员

设计

林巧

男

本科

组员

设计

李远刚

男

本科

组员

安装

戴永春

男

本科

组员

安装

周靖峰

男

本科

组员

安装

徐腾飞

男

本科

组员

安装

李红翰

男

本科

组员

安装

周楦颉

男

本科

组员

安装、发布

王柯涵

男

本科

组员

物资采购

小组获奖情况

2015年，“便携式安全带悬挂装置的研制”项目获得XXXXXXXXXXXXXX2015年QC成果发布一等奖。

2016年，“便携式安全带悬挂装置的研制”项目获得2016年度XXXXXXXXXX公司优秀群众性创新成果一等奖、XXXXXXXX电力公司2016年QC小组活动优秀成果三等奖、2016年度重庆市QC小组活动成果发布会二等奖。

2016年，“10kV移开式真空断路器检修平台的研制”项目获得XXXXXXXXX公司运检群众创新变电类第一名、XXXXXXXX供电公司2016年QC成果发布一等奖、XXXXXXXX供电公司2016年“五小”创新竞赛一等奖。

2017年，“10kV移开式真空断路器检修平台的研制”项目获得XXXXXXXXX2017年质量管理（QC）小组成果三等奖、XXXXXXXX电力公司QC成果发布一等奖。

二、选择课题

（一）问题现状

手车是10kV移开式断路器中的重要部件，位于断路器底部。

在断路器分断的情况下，铺上导轨后可用手将其从断路器柜内抽出，以便进行检修、更换。

因能用手拉出，且形状类似手推车，所以叫做手车。

断路器中的手车如图1所示。

图1手车示意图

在10kV移开式真空断路器的大修操作中，手车的检修是非常重要的一环。

一直以来，由于没有专用检修机具，在拆装手车时，只有使用人力的方式，将断路器侧翻在临时工作平台上进行拆装，该项工作的工作流程见图2，工作特点见表1。

图2拆装手车工作流程图

表1手车拆装工作特点

10kV移开式真空断路器特点

现有拆装方法存在的问题

●体积小。

近似正方体，长宽约60cm-80cm。

●设备重。

116kg-220kg。

●不能受碰撞

●设备表面光滑，无处着力

●人身易受伤

2013-2016年间，因拆装手车造成受伤22人次。

●设备易受损

2013-2016年间，因搬运断路器跌落，损毁设备1台次

●工作效率低

需5人配合工作，耗时30min

由上表可以看出，现有的手车拆装方法无法满足实际工作安全、高效的需求。

针对需求，小组将“10kV移开式真空断路器检修平台的研制”作为本次QC活动的课题。

（二）借鉴查新

小组于2016年3月9日完成了查新工作，证明目前尚无该种专用检修机具，查新报告见图3、图4。

图3查新报告封面

图4查新报告结论

在查新过程中小组发现，电力行业中已有针对10kV断路器的检修平台，但无法完全满足拆装手车这一工作的需求，相关情况见表2。

表2查新发现已有的方式

名称

组合型框架式手车

检修平台

一种真空断路器检修架

断路器的检修小车

单位

山东省电力公司

威海供电公司

辽宁省电力有限公司

营口供电公司

上海勇顺电气（集团）有限公司

公告日期

2015-9-16

2013-10-2

2015-5-27

简要内容

设计电永磁吸盘、电控箱和支腿，支腿上端设有吸块，利用电磁力固定断路器。

设计横梁，横梁下部带有吊挂孔，利用伸缩节控制升降，代替笨重的起重机

检修小车，顶部设有可调托盘，通过升降螺杆与车体连接，调节托盘高度

相关数据

●无法拆装手车

●适用性100%

●支撑力至少为2500N

●伸缩节调整范围小，空间小，不易拆装手车

●工作耗时约25min

●3人操作

●为特定型号断路器设计

●无法拆装手车

●支撑力至少为2500N

通过讨论，小组做出总结：

a.必须找到固定断路器的思路，例如电磁力固定、起吊固定等。

b.起吊方法值得借鉴，通过起吊，断路器手车朝下，但必须留有足够的拆装空间。

c.必须可以调节，才能适应各类型断路器。

（三）活动计划

小组制订了活动计划表，见表3。

表3活动计划表

三、设定目标及目标可行性分析

（一）设定目标

目标：

研制一个检修平台，使检修人员在检修10kV移开式真空断路器过程中可直接拆除手车。

目标值：

1.承重性目标：

能够承受440kg重物不变形。

（断路器最重为220kg，取2倍裕度）

2.适用性目标：

适用率达到100%。

3.效率性目标：

时间在10min以内，人数为2人。

（二）目标可行性分析

小组将借鉴查新的数据与设定的目标值进行了对比分析，见表4。

小组从拥有的资源、具备的能力、课题的难易程度三方面对目标可行性进行分析，见图5。

表4借鉴数据与目标值分析对比

目标值

借鉴数据

现有方式的数据

分析对比

承重440kg不变形

《国家电网公司电力安全工作规程（变电部分）》

-

规程中对起重设备要求以2倍允许荷重进行10min静力试验，不应有变形、裂纹及裂口。

10kV移开式真空断路器重量为116-220kg，因此取目标值为440kg，可行。

适用率100%

威海供电公司成果

适用性100%

-

不同类型的10kV移开式真空断路器结构类似，手车滑轨宽度400-700mm，长度450-700mm，高度300-450mm，均具备吊孔，在多个部件设计调节方式，能够满足适用率100%这一要求。

工作时间10min

以内

营口供电公司成果

工作耗时约25min

工作耗时约30min

研究历史数据，近五次拆装断路器手车耗时分别为27min、29min、33min、27min、28min，平均耗时28.8min。

主要时间消耗在转运断路器和侧翻断路器环节，而该环节时间可大幅缩短，缩短至10min以内可行。

工作人数2人

营口供电公司成果

3人操作

4人操作

借助设备，将不再需要多的人力，能够做到1人监护1人操作，可行。

图5目标可行性分析论证

综上所述，本次课题目标完全能够实现。

四、提出方案并确定最佳方案

（一）提出方案

小组召开会议，对工作需求进行了分析，见表5。

表5工作需求分析表

序号

要求

实现效果

1

具备小车功能

直接从开关柜内接送断路器，接送时间不超过10s

2

适用于各类断路器

针对不同型号、尺寸的断路器，适用率100%

3

承重性能好

能够承受总路断路器（220kg）的2倍而不变形、无裂纹

反复使用100次不变形、无裂纹

4

保障人身安全

完全避免使用人力，将压伤手指的概率降至0%

5

提升工作效率

工作时间10min以内，工作人数2人

6

制作难度小

在满足以上需求的前提下制作难度尽可能小

7

成本低

在满足以上需求的前提下成本尽可能低

根据工作需求，小组运用“头脑风暴法”，借鉴了查新所得的技术、经验，提出了多种方案：

●方案a：

起吊型。

利用断路器的吊孔，将断路器吊至空中，并吊起足够的空间（至少40cm），直接完成底部手车的拆装。

●方案b：

侧翻型。

用钢板侧翻取代人力侧翻，侧翻完毕后取下抵住断路器底部的钢板，即可进行手车拆装。

●方案c：

底面拆卸型。

找准手车的固定螺栓位置，在小车托盘的对应位置打孔，通过该孔拧下螺栓，使用人力抬起断路器完成拆卸。

方案的分析选择见表6。

表6方案分析选择表

序号

项目

a：

起吊型

b：

侧翻型

c：

底面拆卸型

1

简易

结构

直接在小车的托盘上改装

2

功能特点

能直接从开关柜内接送断路器

不能从开关柜内接送断路器，需要转运

能直接从开关柜内接送断路器

3

适用性

100%

100%

仅适用当前型号

4

承重性能

经借鉴查新，该方式能够吊起440kg重物

经讨论，该方式能够侧翻440kg重物

在托盘上打孔降低了受力强度，使用10次后，托盘将发生变形

5

安全性

无需使用人力，手指压伤概率为0%

无需使用人力，手指压伤概率为0%

需使用人力抬断路器，手指压伤概率约为17%

6

效率性

预计2人操作

10min内完成

预计2人操作

15min内完成

预计2-3人操作

10min内完成

7

难度

简单，1个月

稍难，2个月

非常简单，1星期

8

估算

成本

10000元

10000元

500元

分析

满足需求

不满足需求

不满足需求

是否采用

是

否

否

小组确定选择起吊型设计方案。

（二）方案设计

小组采用起吊型思路，设计检修平台初始结构图如图6。

图6检修平台初始结构图

小组设计了检修平台使用流程如下，具体操作流程见图7。

a.将检修平台固定在开关柜外，从柜内拉出断路器。

b.将检修平台移至宽敞的位置，调整升降平台高度，调整吊臂宽度和吊钩位置，将吊钩固定在断路器的吊孔上。

c.将升降平台降至最低，吊起断路器，检修人员可直接拆除手车。

a.从柜内接出断路器b.调整高度固定断路器c.吊起断路器拆除手车

图7检修平台使用流程

小组对检修平台结构进行拆分，指出该方案若要适用于各类尺寸的断路器，应根据各系统具体分工进行设计，并考虑手车滑轨宽度、吊臂位置、吊钩位置的调整功能。

小组提出可选方案，并绘制亲和图，如图8所示。

图8方案分解亲和图

（三）方案分解和优化

1.尺寸设计

小组对检修平台的尺寸进行了讨论，并就各系统的调整范围进行了确定。

检修平台小车需要在开关柜内接送断路器，因此需切合实际运行的开关柜尺寸，经小组讨论后，确定小车的高度为1300mm，为适应总路柜的宽度，设定最大宽度为700mm。

具体尺寸见图9（单位为mm）。

升降平台的升降范围为0mm-900mm，两个吊臂的距离调整范围为0mm-700mm，吊钩的位置调整范围为20mm-120mm（相对于吊臂顶端）。

图9检修平台尺寸

2.接送平台

接送平台的方案主要为手车滑轨宽度调整，其待选方案论证如表7所示。

表7手车滑轨宽度调整方案论证表

方案

连续调整

断续调整

方案描述

使用位置调整槽的方式改变手车滑轨宽度

在升降平台上均匀打孔，使用螺栓固定不同宽度的滑轨

安全性

经试验，由于力气不够，易造成固定不稳，滑轨宽度改变的概率为75%，导致手车滑落。

滑轨宽度改变概率为0%

实用性

与断路器尺寸的配合度不高，一般具有1mm的况位

根据现有各类尺寸的断路器预设了宽度，配合度高，无况位

适用性

100%

100%

设计制作难度

需设置位置调整槽，较简单

需打孔，简单

成本

约200元

约180元

综合分析

优点：

适用性高

缺点：

实用性和安全性欠缺

优点：

实用性高，安全性高

缺点：

适用性有所欠缺

结论

不采用

采用

经分析评估，检修平台的使用对象为已经投运即将大修的断路器，对于这类断路器来说，连续调整方式由于配合度不高，相比于断续调整劣势明显，因此采用断续调整设计。

3.升降系统

小组对升降系统进行了方案的分解，如图10所示。

图10接送与升降系统方案分解图

（1）升降控制方式

升降控制方式的选择待选方案论证如表8所示。

表8升降控制方式方案论证表

方案

电动

液压

手动

方案描述

使用直流电机与蓄电池进行升降

使用液压机构进行升降

使用手动摇杆进行升降

安全性

100%

100%

100%

实用性

省力，一个升降循环耗时约30s

需用脚踩，一个升降循环耗时约40s

一个升降循环耗时约50s

适用性

100%

100%

100%

设计制作难度

涉及电路连接，较难，预计耗时10天

仅涉及机械传动，较简单，预计耗时7天

仅涉及机械传动，较简单，预计耗时5天

成本

约1000元

约1000元

约500元

综合分析

优点：

省力、升降平稳

缺点：

电机及控制回路易损坏

优点：

省力、升降平稳

缺点：

较费力，重量重

优点：

可靠性高，不易损坏

缺点：

费力

结论

采用

不采用

采用

经小组分析评估，电动和手动升降方式各为互补，同时采用两种方式并不冲突，能够共用同一套传动系统，因此采用电动和手动双重方式来控制升降。

由于市面上直流电机型号繁多，小组先对电机提出了以下要求：

a.为保证人生安全避免触电风险，电机工作电压应小于36V。

b.为保证正常升降，电机应具备正反转功能。

c.由于断路器重量重，应考虑使用大功率电机。

小组对市面常见的直流电机与蓄电池型号进行了调查，如表9。

表9直流电机选型表

电机型号

额定电压（V）

额定功率（W）

转速（RPM）

力矩（kg.cm）

重量（kg）

价格（元）

F-5D120GU-24

DC24

120

2800

4.8

2.5

600

DM09RB

DC36

200

1200

36

3

700

57BLDC

DC24

210

3000

7

2

650

HDZ-70-30*2

DC24

200

1000

45

1

550

HDZ-70-30*2型直流电机电压低、功率高、力矩大、重量轻，同时价格便宜，因此选择使用该型号的直流电机。

完成电机选型的同时，小组也对蓄电池组进行了选型，见表10。

表10蓄电池选型表

型号

充电原理

电压（V）

容量（AH）

尺寸（cm）

重量（kg）

价格（元）

24V6AH/20HR

铅酸

24

6

15*10*10

3.9

145

充电电池组

镍镉电池组

24

1

可定制

0.55

128

锂电池组

24

1.5

0.494

115

检修平台使用过程中不会长时间运转电机，因此容量不必太高，同时由于充电电池尺寸可自由定制，重量轻，价格合适，所以选用充电锂电池组作为检修平台的蓄电池。

（2）升降传动方式

升降传动方式的选择待选方案论证如表11所示。

表11升降传动方式方案论证表

方案

齿轮传动

皮带传动

方案描述

使用电机带动齿轮进行传动

使用电机带动皮带进行传动

安全性

100%

100%

实用性

不易老化，使用4万分钟后打滑率为90%

易老化，使用4万分钟后打滑率为40%

适用性

100%

100%

设计制作难度

制作耗时约3天

制作耗时约2天

成本

约300元

约300元

综合分析

优点：

实用性高

缺点：

可能抖动

优点：

制作难度较低

缺点：

实用性低

结论

采用

不采用

经小组分析评估，齿轮和皮带相比，实用性更高，使用寿命更长，因此采用齿轮传动方式来进行升降。

4.起吊系统

小组对起吊系统的设计进行了方案的分解，如图11所示。

图11起吊系统方案分解图

（1）支架

支架的选择待选方案论证如表12所示。

表12支架固定方案论证表

方案

螺栓连接

焊接

方案描述

使用螺栓将支架与小车车体相连接固定

直接将支架焊接在小车车体上

安全性

100%

100%

实用性

支架若出现裂纹需要更换，更换时间30min

支架若出现裂纹需要更换，更换时间120min

适用性

100%

100%

设计制作难度

需打孔，制作耗时约120min

直接制作，耗时约60min

成本

约300元

约300元

综合分析

优点：

可对支架进行更换

缺点：

稳固性相对较差

优点：

制作方便

缺点：

无法对支架进行更换

结论

不采用

采用

经分析评估，采用Q345结构钢，支架的强度达到要求，并不需要对其进行更换，因此采用焊接方式。

（2）吊臂

吊臂的设计需要就工艺和位置调整方式两个方面进行论证。

工艺待选方案论证如表13所示。

表13吊臂工艺方案论证表

方案

钢板弯折

块钢

方案描述

钢板弯折成空心的长方体作为吊臂

直接使用整块钢材作为吊臂

安全性

100%

100%

实用性

需要的钢材较少，轻，1kg

使用钢材多，重，10kg

适用性

100%

100%

设计制作难度

简单，加工时间约120min

简单，加工时间约90min

成本

约200元一支

约400元一支

综合分析

优点：

所需要的钢材较少

缺点：

工艺要求相对较高

优点：

稳固性较高

缺点：

使用钢材多，重量重

结论

采用

不采用

经分析评估，使用钢板弯折的吊臂已经能够达到要求，不再需要浪费成本制作笨重的块钢吊臂，因此采用钢板弯折设计。

位置调整方案论证如表14所示。

表14吊臂位置调整方案论证表

方案

正反牙丝杆

装设滚珠手动滑动

方案描述

使用正反牙丝杆联系两个吊臂，使用棘轮扳手扳动丝杆，调整吊臂位置

在吊臂与支架的结合处装设滚珠，使吊臂能够在支架上平滑移动

安全性

100%

100%

实用性

两只吊臂互相联系，同时调整，利于对中。

在吊臂有轻微变形时，也能轻易调整，平均调整时间30s

在吊臂轻微变形时，调整需较大的力，平均调整时间60s

适用性

100%

100%

设计制作难度

加工时间约120min

加工时间约120min

成本

约100元

约150元

综合分析

优点：

安全性高，调整方便

缺点：

调整速度较慢

优点：

调整速度快

缺点：

安全性低，易导致断路器滑落

结论

采用

不采用

经分析评估，使用正反牙丝杆能够更稳定地对位置进行调整，且不易左右摆动造成断路器坠落，因此采用正反牙丝杆设计。

（3）吊钩

吊钩的设计需要就形状和位置调整方式两个方面进行论证。

形状待选方案论证如表15所示。

表15吊钩形状方案论证表

方案

钩状设计

柱状设计

方案描述

使用传统的钩状外形

使用柱状状外形

安全性

左右两个吊钩将断路器吊起，稳定性较差，没有防脱设计，断路器存在滑落风险，经试验，滑落概率为6%

设计防脱卡槽，防止断路器跌落损坏，滑落概率0%

实用性

100%

100%

适用性

100%

100%

设计制作难度

可直接在市场上购买，无需加工

需要自己进行简单加工，加工时间约30min

成本

约100元

约150元

综合分析

优点：

无需加工，直接购买

缺点：

无防脱机制

优点：

有防脱机制

缺点：

需要进行加工

结论

不采用

采用

经分析评估，使用柱状设计的吊钩具有更好的安全性，虽要进行加工，但也是一个比较简单的钢件，加工并不复杂，因此采用柱状吊钩的设计。

吊钩位置调整的待选方案论证如表16所示。

表16吊钩位置调整方案论证表

方案

调整槽

调整孔

方案描述

设计位置调整槽，能够平滑调整位置

设置固定螺孔，使用螺栓连接固定吊钩

安全性

100%

100%

实用性

连续调整，对不同型号的断路器均实用，调整固定时间约30s

不同断路器的吊孔位置差别不大，固定孔的位置将会部分重合。

调整固定时间约1min

适用性

100%

无法适应新型号断路器

设计制作难度

需要对吊臂进行线切割，加工难度相对较高，加工时间4h

对吊臂钻孔，加工难度相对较低，加工时间1h

成本

约100元

约150元

综合分析

优点：

连续调整，适用性高

缺点：

需要对吊臂进行线切割，加工难度相对较高

优点：

对吊臂钻孔，加工难度相对较低

缺点：

实用性和适用性较低

结论

采用

不采用

经分析评估，使用位置调整槽进行连续调整的适用性高，且迎合了不同断路器吊孔位置基本一致的现状，因此采用位置调整槽的设计。

（4）平衡件

平衡件的作用在于在断路器起吊时控制其前后平衡不晃动。

其待选方案论证如表17所示。

表17平衡件方案论证表

方案

拉力链条平衡

焊接槽型折钢平衡

方案描述

使用拉链连接断路器面板与检修平台车体，保证断路器本体水平

在吊臂上焊接一块槽型折钢抵住断路器前面板，保证断路器本体水平

安全性

采用四根10mm304不锈钢长环拉力起重链条，在试验10次之后断裂

采用满焊工艺，槽型折钢四面焊死，安全性100%

实用性

断路器面板的受力为点受力，在试验7次后面板出现变形

断路器前面板的受力为面受力，在试验20次之后面板未变形

适用性

链条长短可调整，可改变断路器的倾斜角度，但是链条与断路器本体固定的难度较大

由于槽型折钢焊死，无法调整断路器倾斜角度

设计制作难度

直接购买，无需加工

需进行焊接，加工时间约20min

成本

约100元

约150元

综合分析

优点：

链条长短可调整，可改变断路器的倾斜角度

缺点：

断路器面板的受力为点受力，易造成断路器面板变形

优点：

断路器前面板的受力为面受力，不易变形，加工难度低

缺点：

由于槽型折钢焊死，无法调整断路器倾斜角度

结论

不采用

采用

经分析评估，在起吊断路器拆装手车时，对断路器倾斜角度调整这一功能并不适用，且焊接槽型折钢加工简单，可靠系数高，因此采用焊接槽型折钢