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
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