何世存 陈兴祥 赵文军 范一格
广汽本田汽车有限公司 广东省广州市510000
摘要：随着社会经济的快速发展，各行业对能源供应的可靠性与稳定性有着较高的要求。尤其是对于作为工业生产流程的前端岗位，电气从业人员必须不断提高业务能力，从设备硬件、管理措施等多方面着手确保供能系统的正常运行，而这也是设备运维部门的重要职责和价值体现。广汽本田汽车有限公司是国内知名合资汽车制造厂，该司能源设施运维部门为应对低压配电柜一次插接件隐患风险，联合电气设备厂家开展多项对比及试验，并基于数据实绩开展工程改造，有效解决了设备老旧化问题，全力保障低压配电网的安全稳定运行。
关键词：低压一次插接件；工艺解析；运行试验：工程应用；标准化管理
一、设备概况
增城工厂厂区内低压配电系统均采用GCK型配电柜，该型设备以抽屉式开关为主要控制形式，具有结构简单、组合灵活、性能可靠、维护方便等优点，因此在多个行业中得到广泛应用。其中，一次插接件作为抽屉开关连接主回路上下级的关键元器件，其性能及工况对供电系统的安全稳定有直接影响，应予以重视。
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图1抽屉式开关柜后插接件安装样式 图2一次插接件套件
由于配电设备自建厂至今平均使用年限已超过十年，其一次插接件出现了不同程度的老化迹象，主要表现为运行温升异常、卡钳咬合力不足、绝缘保护失效等，曾诱发短路故障并造成生产影响。
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图3 异常温升隐患热成像 图4 卡钳咬合力异常 图5 绝缘防护失效
针对一次插接件隐患问题，设备运维部门统计过往检修案例并对厂区内500个抽屉式开关进行咬合力测量。数据显示，器件老旧化程度快速加剧，插接件卡钳咬合力平均仅29.7N，器件不良率达90%，亟待整体更换。
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图6 近年插接件故障隐患统计柱状图 图7 插接件卡钳咬合力统计饼图
二、改造策划
厂区内在用的抽屉式开关按容量分为400A及以下、500至630A、700至800A三个等级，分别配置1*630A、2*400A、2*630A的插接件组合，通过预留载流容量以抵消设备长期运行过程中温升导致的载流能力下降的影响。因此，本次改造策划是针对400A、630A的插接件型号实施推进，其余同类型设备可参考实施。
1、插接件选型
本次参与选型的动/静插接件为Z品牌CJZ/CJT及X品牌CZC/CZT两种系列，上述品牌型号均为符合机械行业标准的主流产品。技术人员通过对元器件进行拆解，对比其机械结构、散热设计、材料工艺等方面，从静态分析产品优劣。
1.1动插接件对比分析：
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从结构上分析，X品牌动插接件结构稳定可靠，充分考虑材料性能及耐候耐冲击能力。其次，夹钳水平活动范围增大，导电件工艺处理优良，有利于延长器件的机械使用寿命，提高可靠性。此外，导电连接位置往往是插接件发热源及薄弱环节，通过在卡钳位置增设散热孔，避免长期运行导致的热量积聚，改善器件热设计，从而提高设备的稳定性。
1.2静插接件对比分析：
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而静插接件方面，X品牌具有防护和机构牢固、工艺处理优良的特点，且在导电连接位置设置散热孔。
X品牌动静插接件优化机械结构，设计上考虑配合公差、散热、工艺、材料等影响元器件稳定性、可靠性的因素，其冗余设计较大幅度地提升了元器件性能。预测上述两个品牌系列的器件运行工况会存在明显差异。
2、温升试验
为进一步了解两款系列器件的工作性能，技术人员对插接件进行了现场运行试验。试验采取单一变量法，按品牌系列、额定容量作为变量分别进行，控制量包括设备环境、工作电流、运行时间等均相同。通过分析对比器件运行温升数据，从而反映插接件性能的差异。
2.1 额定电流400A插接件的温升试验
分别将全新的Z品牌和X品牌插接件安装在容量为630A的抽屉式开关上，插接件配置为2*400A组合，对抽屉式开关加载500A的试验电流，相同试验环境下运行8小时，分别记录两款系列插接件的温升情况。整理试验数据得出的温升曲线图8所示。
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图8 400A插接件温升试验数据折线图 图9 630A插接件温升试验数据折线图
从运行数据上可以得到，开关负载率约62.5%，Z品牌CJZ/CJT系列配套插接件运行平均温升19K，X品牌CZC/CZT系列配套插接件运行平均温升13K。同测试条件下，X品牌产品温升较Z品牌产品温升下降约6K，降幅约32%。
2.2 额定电流630A插接件的温升试验
同理，在630A插接件温升试验上，分别将全新的Z品牌和X品牌插接件安装在容量为400A的抽屉式开关上，插接件配置为1*630A组合，对抽屉式开关加载300A的试验电流，相同试验环境下运行8小时，分别记录两款系列插接件的温升情况。整理试验数据得出的温升曲线图9所示。
从运行数据上可以得到，开关负载率约47.6%，Z品牌CJZ/CJT系列配套插接件运行平均温升22K，X品牌CZC/CZT系列配套插接件运行平均温升14K。同测试条件下，X品牌产品温升较Z品牌产品温升下降约8K，降幅约36%。
试验后将抽屉式开关调配至电房现场进行为期半年的稳定性测试，定期跟踪插接件温升情况，数据反映与初始的温升试验差异不大。通过上述动态试验，两款系列的插接件均符合国标要求的运行指标，而X品牌CZC/CZT系列配套插接件在运行温升降幅达30%以上，热稳定性有较大提升，实际测试结果符合前期静态拆件分析的预测。
三、工程应用
1、项目实施
基于前期的器件选型分析及试验数据结论，广汽本田增城工厂设备管理部门设立专项工程对老旧化插接件实施批量更换，以确保低压配电系统的运行质量。
工程涉及对500个抽屉式开关实施改造，共计约1800组插接件套件。项目采用总价包干的承包形式，依照合法流程进行器件采购及施工招投标，项目总价约80万，折算为插接件套件更换的综合单价约400元/套。
插接件更换施工步骤按顺序包括停电、拆除原有动插接件并更换新件、拆除原有柜后静插接件并更换新件、检测及送电运行。该类型工程施工步骤较为简单，重点在于施工工艺的严格把关，须要特别注意以下事项：
1）检查插接件与导电件的连接质量，包括搭接面积、清洁度、铜排或电缆受应力情况；
2）检查动、静插接件之间配合公差，为减少抽屉开关推进阻力及避免长期使用带来的磨损，应尽量使动、静插接件正对齐，并在咬口接触位置涂抹电力复合脂；
3）检查静插接件与出线电缆的连接，应注意电缆相序并做好标识，另外还应避免线缆接头材质不匹配而发生电化学腐蚀。
由于项目施工过程需要停电进行，为减少停电对用户及生产的影响，应合理编排施工计划并控制施工时间。为实现上述目标，技术人员提前制定器件更换的作业标准书，并采取现场流水作业形式进行施工，能有效把控实施质量及进度。经实践，完成单个回路器件更换的时间定额控制在3个小时或以内。
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图10 现场流水作业示意图 图11 质检员终检确认
2、实施效果跟踪
项目完工后，技术人员对器件更换后的运行效果进行了为期三个月的跟踪，定期使用热成像仪采集插接件运行温升数值，记录频率为每周两次。将收集整理后的数据与去年同期运行记录作对比，抽取40个回路的数据作为样本，以器件负载、温升分别为自变量与应变量制定散点图进行分析。
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从上述散点图以及趋势线了解到，更换后插接件运行温升大幅下降，平均降幅达41%。在同等工况条件下，设备载流能力与稳定性得到了有效改善。
四、运维管理
设备运维管理除策划与导入阶段外，更多的工作在于后期的管理，这是一项覆盖设备全生命周期的标准化管理。
目前，广汽本田增城工厂运维部门主要采取以下措施：
1）日常巡检：结合电房日常巡检，由专业电气人员使用热成像仪检查设备运行温升，频率为两次/周，全面覆盖厂区内所有电房的低压配电柜，及时判断和发现风险隐患并快速应对，避免诱发故障。
2）定期检查保养：利用电房设备停电保养时间，使用咬合力测力计普查所有插接件动触头卡钳，单个卡钳咬合力要求不低于40N，记录所有咬合力检测数据以便进行趋势分析及管理。另外，针对负载率较高的回路还须注意检查卡钳表面金属色泽，及时发现插接件温升异常导致的金属氧化痕迹。
3）风险预知培训与恶意检证：定期组织运维人员进行理论学习和开展事故培训，提高人员电气专业技能及安全防范意识。通过现场规范学习及思考，持续鼓励运维人员的工作责任心，并采用恶意检证的方式有效检验培训效果，不断改善。
4）器件检测：委托原设备厂家或具备相关资质的第三方检测单位对采购的插接件备件按比例抽检测试，并出具检测报告和质量证明文件。抽检项目应包括但不限于：电气间隙和爬电距离、耐热性能试验、机械寿命试验、温升试验、接触压力、绝缘件耐老化性能试验等。
正如前文所述，一次插接件是抽屉开关连接主回路上下级的关键元器件，其定常检查更是不容忽视，应当采取预防保全和改良保全的原则，严格落实各项点检措施，从而实现保障设备运行安全稳定的目标。
五、总结
随着社会经济的快速发展，各行业对能源供应的安全稳定都有着较高的要求。尤其是对于作为工业生产流程的前端岗位，电气从业人员必须不断提高业务能力，从设备硬件、管理措施等多方面着手确保供能系统的正常运行，而这也是设备运维部门的重要职责和价值体现。
此次对低压配电柜一次插接件的更新改造，使设备老旧化的问题得到解决并取得良好的经济效益，为今后产品设计、制造及导入提供数据基础与经验。另外，通过运维管理的优化，不仅能够保障设备运维体系满足现代生产需要，更多的是提高运维人员对于预防保全、改良保全等优良工作方法的认知，从而为企业乃至行业发展提供实现良性循环的基础与目标。
现阶段已完成对GCK型低压配电柜一次插接件的优化，下一步将继续探索改善低压配电柜热设计优化的课题，提供给运维人员更加科学的依据和运维方法。
仅以此文献给电气从业人员参考，如有疏漏之处敬请读者批评指教。
参考文献：
[1]科迪班（Kordyban.T）著 . 李波译 . 笑谈热设计[M] . 机械工业出版社 . 2014/11
[2]中国机械工业联合会提出 . 低压抽出式成套开关设备和控制设备辅助电路用插接件[Z] . 机械工业出版社 . 2017\04