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摘 要：阿尔斯通SPV型隔离开关是一种垂直断口式隔离开关，广泛应用于各变电站。本文通过对该类刀闸弹簧的作用力进行分析，结合检修工艺的要求，研制了一种阿尔斯通SPV型刀闸触指弹簧更换专用工具，能够实现快速、安全、高效地更换触指弹簧，达到有效节省人力、物力及时间成本的目的。
关键词：SPV型隔离开关;触指弹簧;夹紧力;专用工具
前 言
阿尔斯通SPV型隔离开关广泛应用于母线刀闸，根据长期运行经验，发现这种类型刀闸普遍存在触指弹簧腐蚀生锈的缺陷。检修时，需要更换损伤的触指弹簧，但由于弹簧弹力很大，人力徒手完成压缩弹簧并插拔固定轴销的过程十分困难。因此研制出一种快捷省力的触指弹簧更换专用工具是非常有必要的。目前已有的弹簧更换工具的研究主要是从省力的角度出发，如紧固螺母采用蝶形螺母结构[1]、压紧螺杆采用三个把手的旋转手柄结构[2]、螺杆螺帽正反丝匹配的结构[3]等，但仍存在一些紧固力不平衡、耗时长等缺点。本文研制一种触指弹簧更换专用工具，结合了快速夹钳结构，实现了快速施力并过死点防反弹的功能，且施力和承力部位均为一个板状结构，接触面均为硬度适中的选材，不存在紧固过程中受力不平衡的问题，具有较大的推广应用价值。
一、阿尔斯通SPV型隔离开关动触头结构简述
阿尔斯通SPV型隔离开关动触头每相共有两对触指，每对觸指有4条弹簧左右压紧，动触头是通过插销相互连接的，如图1所示。
动触头的主要功能部分包括导向板、触指刀臂、触指底座、触指弹簧、弹簧卡槽、固定轴销等，本文研究的主要是触指刀臂、触指弹簧、弹簧卡槽、固定轴销四者之间的受力以及如何克服更换弹簧时相互制约的巨大作用力。
二、动触头触指弹簧更换作业解析
2.1动触头触指弹簧的作用
隔离开关运行时要求动静触头之间充分夹紧，以保证导电面的充分接触，避免运行时出现发热缺陷。
阿尔斯通SPV型刀闸动触头的触指弹簧起着固定触指和保证静触头与触指接触面之间接触压力的作用，即动静触头之间的夹紧力取决于触指弹簧。若弹簧被酸雨腐蚀发生锈蚀老化，则会弹力不足，且极易发生不可逆形变，丧失夹紧和复位的功能。刀闸夹紧力不足时，触头导电面接触不充分，就存在发热的风险，威胁设备安全运行。
2.2触指弹簧更换情形下的受力分析
当触指弹簧功能丧失时，就需要更换新的触指弹簧。在更换过程中，拆卸弹簧需同时压住四根弹簧才能取下固定穿销，复装时又需再次固定住四根弹簧才能对齐13个孔位插回固定穿销。在这个过程中，对刀臂进行受力分析如图2所示。
刀臂受到触指弹簧F1、插销作用力F2和底座支持力F3以及自身重力F4的共同作用，保持受力平衡状态。在更换触指弹簧时，首先需要将插销取出，如图2所示，插销穿过了13个孔位，使刀臂保持在一个水平面。插销撤离后，F4消失，刀臂受到的合力方向向右，将导致刀臂1向另一侧刀臂2方向运动，在不施加外力的情况下，刀臂将会与另一侧刀臂发生碰撞，存在安全隐患。因此，需要提供一个外力代替原本插销提供的作用力，使插销不受力，从而轻松取出。
同理，插销回装时，也需要提供一个外力代替原本插销提供的作用力，使刀臂受力平衡从而轻松将插销对齐13个孔位完成回装。
三、触指弹簧更换专用工具的研制
3.1设计方案
结合受力分析，本文考虑需要解决的问题有两个：一个是如何卡住刀闸动触头的触指，提供一个外力代替原本插销提供的作用力，且受力过程中不发生滑脱;另一个是如何省力，使得可以实现单人操作，提高工作效率。
因此，本文设计更换触指弹簧的专用工具如图3所示，包含快速夹钳（1）、主顶杆（2）、触指托板（3）、触指橡胶底座（4）、支架（5）、触指弹簧顶杆（6）、触指弹簧托槽（7）、顶杆螺丝（8）等部分。
其中触指托板与支架相连，镶有触指橡胶底座，主顶杆的一端连接快速夹钳轮、另一端通过顶杆螺丝连接触指弹簧托槽，触指弹簧托槽可牢牢卡住触指弹簧保证其不走位，顶杆螺丝可调节，通过快速夹钳的杠杆作用，施加压力给主顶杆，从而推动顶杆螺丝，压缩触指弹簧并锁紧，达到快速更换触指弹簧的目的。
3.2专用工具的研制
1）材料选定
为了满足现场实际需求，综合机械强度、韧性、耐腐蚀性、防锈等方面性能，在不锈钢、铝板、铸铁等一众材料中选择了铝板及不锈钢作为专用工具的基材，该材料具有较高的强度和较好的切削加工性，经适当的热处理以后可获得一定的韧性、塑性、耐腐蚀、防锈和耐磨性，材料来源方便。
为防止作业过程中触指磕碰损伤，专用工具底部采用橡胶材料作为缓冲保护。综合耐磨性、抗自然老化性和抗氧化性等指标，选择了硅橡胶作为触指橡胶底座的材料。
2）加工工艺
在普通切割，弯折，冲压等加工工艺中，最终选择了线割的加工工艺，该加工工艺加工精度高，加工中不存在显著的机械切屑力，无论工件硬度和刚度如何，只要是导电或半导电的材料都能进行加工，可以加工小孔和复杂形状零件。
利用铝板及不锈钢作为底座基材，采用线割的精密加工工艺，制作了用于卡紧刀闸动触头的整体工具框架。
3D打印技术是利用光固化和纸层叠等技术的最新快速成型装置。因而利用3D打印技术，精确打印出刀闸触指弹簧底座的套模，用于牢牢卡住触指弹簧底座。
各零部件按要求制作完成后，装配出工具成品如图4所示。
3.3专用工具的应用
本工具已在两个220kV变电站刀闸大修工程中进行了应用，完成了共计15相220kV刀闸触指弹簧的更换，经过统计，每把隔离开关触指弹簧的更换时长缩短到了1h以内，如表1所示，与使用前采用手动更换相比，每相刀闸触指弹簧的更换时间减少了约1.5h。
本工具的应用不仅提高了刀闸大修的效率，减少了维护刀闸导致的停电时间，对供电可靠性有明显的改善，同时由于更换的整个过程在受力平衡状态下进行，从而也能保证现场检修维护人员的人身安全，避免人身伤害事故。
四、结语
本文根据对阿尔斯通SPV型刀闸触指弹簧的更换过程分析，设计并研制了专用更换工具，该专用工具能牢固的卡住刀闸动触头的触指不滑脱并保护触指，操作可靠，且机械机构合理，利用杠杆原理达到省力的目的，单人便可操作工具压紧触指，具有较大的推广应用价值。当然，本工具也存在一些改善提升的空间，比如重量、触指弹簧套模的调节方式、触指橡胶底座材料的优选等，这些都可开展更深层的研究，进一步增加推广应用的价值。
参考文献：
[1] 陈栩樾，卢沛全，詹坚群. 便携式GW22型隔离开关触指弹簧更换专用工具的研制[J]. 工程技术研究，2019（11）：102
[2] 倪惠浩，张小虎. 一种阿海珐SPV型隔离开关触指压紧弹簧拆装专用工具的研制与应用[J]. 机电信息，2017（36）：61
[3] 林明伟，梁增杰，叶家洪. 阿海珐SPV型隔离开关触指插销更换专用工具的研制与应用[J]. 机电信息，2017（33）：27-28
[4] 黄丽娇，李清东. SPV-256型隔离开关的常见故障与处理[J]. 电世界，2015（4）：20-21
作者简介：曾晓辉（1989.07-）男，广东人，学士，工程师，主要从事变电检修专业相关工作。2012年毕业于广东工业大学电气工程专业，2012年7月就业于广东电网有限责任公司惠州供电局。
关键词：SPV型隔离开关;触指弹簧;夹紧力;专用工具
前 言
阿尔斯通SPV型隔离开关广泛应用于母线刀闸，根据长期运行经验，发现这种类型刀闸普遍存在触指弹簧腐蚀生锈的缺陷。检修时，需要更换损伤的触指弹簧，但由于弹簧弹力很大，人力徒手完成压缩弹簧并插拔固定轴销的过程十分困难。因此研制出一种快捷省力的触指弹簧更换专用工具是非常有必要的。目前已有的弹簧更换工具的研究主要是从省力的角度出发，如紧固螺母采用蝶形螺母结构[1]、压紧螺杆采用三个把手的旋转手柄结构[2]、螺杆螺帽正反丝匹配的结构[3]等，但仍存在一些紧固力不平衡、耗时长等缺点。本文研制一种触指弹簧更换专用工具，结合了快速夹钳结构，实现了快速施力并过死点防反弹的功能，且施力和承力部位均为一个板状结构，接触面均为硬度适中的选材，不存在紧固过程中受力不平衡的问题，具有较大的推广应用价值。
一、阿尔斯通SPV型隔离开关动触头结构简述
阿尔斯通SPV型隔离开关动触头每相共有两对触指，每对觸指有4条弹簧左右压紧，动触头是通过插销相互连接的，如图1所示。
动触头的主要功能部分包括导向板、触指刀臂、触指底座、触指弹簧、弹簧卡槽、固定轴销等，本文研究的主要是触指刀臂、触指弹簧、弹簧卡槽、固定轴销四者之间的受力以及如何克服更换弹簧时相互制约的巨大作用力。
二、动触头触指弹簧更换作业解析
2.1动触头触指弹簧的作用
隔离开关运行时要求动静触头之间充分夹紧，以保证导电面的充分接触，避免运行时出现发热缺陷。
阿尔斯通SPV型刀闸动触头的触指弹簧起着固定触指和保证静触头与触指接触面之间接触压力的作用，即动静触头之间的夹紧力取决于触指弹簧。若弹簧被酸雨腐蚀发生锈蚀老化，则会弹力不足，且极易发生不可逆形变，丧失夹紧和复位的功能。刀闸夹紧力不足时，触头导电面接触不充分，就存在发热的风险，威胁设备安全运行。
2.2触指弹簧更换情形下的受力分析
当触指弹簧功能丧失时，就需要更换新的触指弹簧。在更换过程中，拆卸弹簧需同时压住四根弹簧才能取下固定穿销，复装时又需再次固定住四根弹簧才能对齐13个孔位插回固定穿销。在这个过程中，对刀臂进行受力分析如图2所示。
刀臂受到触指弹簧F1、插销作用力F2和底座支持力F3以及自身重力F4的共同作用，保持受力平衡状态。在更换触指弹簧时，首先需要将插销取出，如图2所示，插销穿过了13个孔位，使刀臂保持在一个水平面。插销撤离后，F4消失，刀臂受到的合力方向向右，将导致刀臂1向另一侧刀臂2方向运动，在不施加外力的情况下，刀臂将会与另一侧刀臂发生碰撞，存在安全隐患。因此，需要提供一个外力代替原本插销提供的作用力，使插销不受力，从而轻松取出。
同理，插销回装时，也需要提供一个外力代替原本插销提供的作用力，使刀臂受力平衡从而轻松将插销对齐13个孔位完成回装。
三、触指弹簧更换专用工具的研制
3.1设计方案
结合受力分析，本文考虑需要解决的问题有两个：一个是如何卡住刀闸动触头的触指，提供一个外力代替原本插销提供的作用力，且受力过程中不发生滑脱;另一个是如何省力，使得可以实现单人操作，提高工作效率。
因此，本文设计更换触指弹簧的专用工具如图3所示，包含快速夹钳（1）、主顶杆（2）、触指托板（3）、触指橡胶底座（4）、支架（5）、触指弹簧顶杆（6）、触指弹簧托槽（7）、顶杆螺丝（8）等部分。
其中触指托板与支架相连，镶有触指橡胶底座，主顶杆的一端连接快速夹钳轮、另一端通过顶杆螺丝连接触指弹簧托槽，触指弹簧托槽可牢牢卡住触指弹簧保证其不走位，顶杆螺丝可调节，通过快速夹钳的杠杆作用，施加压力给主顶杆，从而推动顶杆螺丝，压缩触指弹簧并锁紧，达到快速更换触指弹簧的目的。
3.2专用工具的研制
1）材料选定
为了满足现场实际需求，综合机械强度、韧性、耐腐蚀性、防锈等方面性能，在不锈钢、铝板、铸铁等一众材料中选择了铝板及不锈钢作为专用工具的基材，该材料具有较高的强度和较好的切削加工性，经适当的热处理以后可获得一定的韧性、塑性、耐腐蚀、防锈和耐磨性，材料来源方便。
为防止作业过程中触指磕碰损伤，专用工具底部采用橡胶材料作为缓冲保护。综合耐磨性、抗自然老化性和抗氧化性等指标，选择了硅橡胶作为触指橡胶底座的材料。
2）加工工艺
在普通切割，弯折，冲压等加工工艺中，最终选择了线割的加工工艺，该加工工艺加工精度高，加工中不存在显著的机械切屑力，无论工件硬度和刚度如何，只要是导电或半导电的材料都能进行加工，可以加工小孔和复杂形状零件。
利用铝板及不锈钢作为底座基材，采用线割的精密加工工艺，制作了用于卡紧刀闸动触头的整体工具框架。
3D打印技术是利用光固化和纸层叠等技术的最新快速成型装置。因而利用3D打印技术，精确打印出刀闸触指弹簧底座的套模，用于牢牢卡住触指弹簧底座。
各零部件按要求制作完成后，装配出工具成品如图4所示。
3.3专用工具的应用
本工具已在两个220kV变电站刀闸大修工程中进行了应用，完成了共计15相220kV刀闸触指弹簧的更换，经过统计，每把隔离开关触指弹簧的更换时长缩短到了1h以内，如表1所示，与使用前采用手动更换相比，每相刀闸触指弹簧的更换时间减少了约1.5h。
本工具的应用不仅提高了刀闸大修的效率，减少了维护刀闸导致的停电时间，对供电可靠性有明显的改善，同时由于更换的整个过程在受力平衡状态下进行，从而也能保证现场检修维护人员的人身安全，避免人身伤害事故。
四、结语
本文根据对阿尔斯通SPV型刀闸触指弹簧的更换过程分析，设计并研制了专用更换工具，该专用工具能牢固的卡住刀闸动触头的触指不滑脱并保护触指，操作可靠，且机械机构合理，利用杠杆原理达到省力的目的，单人便可操作工具压紧触指，具有较大的推广应用价值。当然，本工具也存在一些改善提升的空间，比如重量、触指弹簧套模的调节方式、触指橡胶底座材料的优选等，这些都可开展更深层的研究，进一步增加推广应用的价值。
参考文献：
[1] 陈栩樾，卢沛全，詹坚群. 便携式GW22型隔离开关触指弹簧更换专用工具的研制[J]. 工程技术研究，2019（11）：102
[2] 倪惠浩，张小虎. 一种阿海珐SPV型隔离开关触指压紧弹簧拆装专用工具的研制与应用[J]. 机电信息，2017（36）：61
[3] 林明伟，梁增杰，叶家洪. 阿海珐SPV型隔离开关触指插销更换专用工具的研制与应用[J]. 机电信息，2017（33）：27-28
[4] 黄丽娇，李清东. SPV-256型隔离开关的常见故障与处理[J]. 电世界，2015（4）：20-21
作者简介：曾晓辉（1989.07-）男，广东人，学士，工程师，主要从事变电检修专业相关工作。2012年毕业于广东工业大学电气工程专业，2012年7月就业于广东电网有限责任公司惠州供电局。