新型高效高壓開關(guān)設(shè)備聯(lián)鎖裝置的研究與應(yīng)用

凌 斯

(浙江臨高電氣實(shí)業(yè)有限公司，浙江 臨海317004)

0 引言

改革開放以來的三十多年內(nèi)，我國的開關(guān)制造業(yè)通過獨(dú)立自主研發(fā)、引進(jìn)國外先進(jìn)技術(shù)和與世界知名電氣制造商合作合資等多種方式，無論產(chǎn)品的技術(shù)性能，還是生產(chǎn)規(guī)模等均得到了極大的提高，很大程度上推動(dòng)了我國電力工業(yè)的迅猛發(fā)展。 在中壓3.6～40.5kV 系統(tǒng)中，現(xiàn)在雖然已有種類繁多的各種開關(guān)和成套裝置基本滿足了不同電力設(shè)備的需求，但就運(yùn)行的可靠性與安全性而言， 仍存在一些不容忽視的問題。 認(rèn)真對(duì)待并解決這些問題，將對(duì)實(shí)現(xiàn)降低電能輸送成本，確保設(shè)備的安全運(yùn)行和打造堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)等都具有非?，F(xiàn)實(shí)的意義。

本文針對(duì)防止高壓開關(guān)設(shè)備誤動(dòng)操作，提高設(shè)備的安全性，并使聯(lián)鎖裝置簡單可靠的技術(shù)需求，依據(jù)GB3906-2006《3.6～40.5kV 交流金屬封閉開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備》聯(lián)鎖裝置[1]的有關(guān)要求，結(jié)合市場上現(xiàn)有的聯(lián)鎖方案，研究并應(yīng)用實(shí)施了一種新型高效安全可靠的高壓開關(guān)設(shè)備聯(lián)鎖裝置。

1 研究背景

高壓開關(guān)設(shè)備是電力系統(tǒng)中應(yīng)用范圍最廣、使用數(shù)量最大、結(jié)構(gòu)型式最多的輸配電設(shè)備。 其必須按照系統(tǒng)的運(yùn)行要求，既定的操作程序，準(zhǔn)確可靠地“接通”或“斷開”電路，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，是電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的忠誠“衛(wèi)士”。

“五防”裝置一般可分為機(jī)械、電氣和綜合三類[2]。 市場上高壓開關(guān)設(shè)備類型很多， 大多數(shù)都有較完善的聯(lián)鎖方式，但仍有不少高壓開關(guān)設(shè)備的聯(lián)鎖尤其是機(jī)械聯(lián)鎖不完善，而且安裝調(diào)試、維護(hù)檢修相當(dāng)不方便，尚不能完全達(dá)到“五防”要求。 歷年來，大量電氣事故的統(tǒng)計(jì)表明，人身觸電傷亡和電氣設(shè)備事故，往往與電氣工作人員的技術(shù)業(yè)務(wù)水平有著直接關(guān)系。 嚴(yán)格按電氣安全工作規(guī)程操作，能有效減少并避免誤操作事故的發(fā)生。 但在實(shí)際工作中，或多或少地因聯(lián)鎖失效而導(dǎo)致操作事故發(fā)生的情況。

目前電力系統(tǒng)中，固定式高壓開關(guān)設(shè)備配用斷路器（機(jī)構(gòu)與開關(guān)一體式） 與隔離開關(guān)之間的聯(lián)鎖大多采用兩種方式：一種，是用鋼絲繩將閉鎖操作面板上的撥叉和斷路器脫扣裝置連一起，即鋼絲繩聯(lián)鎖；另一種，利用斷路器上的主軸以及安裝在斷路器機(jī)構(gòu)箱頂部的傳動(dòng)連桿與閉鎖操作面板上的操作盤相連的方式，即主軸頂部聯(lián)鎖。 其中，鋼絲繩聯(lián)鎖為被動(dòng)聯(lián)鎖， 操作人員往往因操作力不當(dāng)或操作程序弄錯(cuò)，很容易使鋼絲繩斷裂，繼而使聯(lián)鎖功能失效。 主軸頂部聯(lián)鎖由于其安裝在斷路器機(jī)構(gòu)箱頂部，開關(guān)柜內(nèi)將斷路器、隔離開關(guān)與互感器等元器件安裝完畢后，裝配人員安裝此種聯(lián)鎖裝置時(shí)，空間十分有限，不利于安裝調(diào)試。 特別是開關(guān)柜并柜后，若聯(lián)鎖裝置變形或損壞，更換的難度極大。 例如，中國專利文獻(xiàn)CN201758086U 公開的一種固定式金屬封閉高壓開關(guān)設(shè)備用安全聯(lián)鎖機(jī)構(gòu)[3]即屬于主軸頂部聯(lián)鎖的方式，其包括隔離刀操作機(jī)構(gòu)和VD4 斷路器分合閘操作軸，兩者之間設(shè)有安全聯(lián)鎖裝置。 VD4 斷路器分合閘時(shí)通過其操作軸、圓連桿、杠桿連桿、連接彎板帶動(dòng)隔離刀操作機(jī)構(gòu)限制板自由上下滑動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了各操縱機(jī)構(gòu)聯(lián)鎖[3]。 但是該裝置的傳動(dòng)連桿安裝在斷路器機(jī)構(gòu)箱頂部，其安裝空間有限，不利于安裝和維護(hù)。

2 工作原理、技術(shù)方案與技術(shù)路線

為解決現(xiàn)有固定式高壓開關(guān)柜的聯(lián)鎖裝置傳動(dòng)不夠靈活、且在柜體運(yùn)輸、安裝、使用過程中，易發(fā)生形變及維護(hù)不方便等問題，創(chuàng)新設(shè)計(jì)了一種新型高效的高壓開關(guān)設(shè)備聯(lián)鎖裝置。 其技術(shù)方案是包括隔離開關(guān)操作機(jī)構(gòu)、斷路器分合機(jī)構(gòu)以及設(shè)置于隔離開關(guān)操作機(jī)構(gòu)和斷路器分合機(jī)構(gòu)之間的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，如圖1 所示。

隔離開關(guān)操作機(jī)構(gòu)包括：設(shè)置于閉鎖操作面板外端用于控制隔離開關(guān)分合的操作手柄18 及設(shè)置于閉鎖操作面板內(nèi)側(cè)的撥叉， 操作手柄18 與撥叉通過穿設(shè)于閉鎖操作面板的轉(zhuǎn)軸固定連接。 手柄18 轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)帶動(dòng)撥叉一起旋轉(zhuǎn)。

斷路器分合機(jī)構(gòu)包括控制斷路器合閘的合閘軸10 和合閘彎板11 及控制斷路器分閘的脫扣半軸12 和脫扣彎板13。當(dāng)合閘彎板11 向上移動(dòng)卡設(shè)于合閘軸10 上時(shí)，該斷路器不能合閘；當(dāng)合閘彎板11 向下移動(dòng)時(shí)，斷路器可以合閘。 當(dāng)脫扣彎板13 向下移動(dòng)卡設(shè)于脫扣軸13 上時(shí)，該斷路器保持分閘狀態(tài)，當(dāng)脫扣彎板13 向上移動(dòng)時(shí)，該斷路器可以分閘。

傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括設(shè)置于斷路器外部下方的連桿機(jī)構(gòu)和設(shè)置于斷路器內(nèi)并位于斷路器底部的杠桿機(jī)構(gòu)。 其中，杠桿機(jī)構(gòu)包括分別設(shè)置于杠桿支點(diǎn)兩側(cè)杠桿上的控制合閘彎板11動(dòng)作的閉鎖合閘桿14 和控制脫扣彎板13 動(dòng)作的脫扣活動(dòng)頂桿15。

連桿機(jī)構(gòu)，如圖2 所示，包括：固定于斷路器側(cè)壁上的導(dǎo)向板1，導(dǎo)向板1 上穿設(shè)有轉(zhuǎn)動(dòng)軸5，在轉(zhuǎn)動(dòng)軸5 的兩側(cè)分別固定連接有驅(qū)動(dòng)拐臂2 和聯(lián)動(dòng)拐臂3。 驅(qū)動(dòng)拐臂2 另一端通過與其鉸接的驅(qū)動(dòng)桿4 與撥叉固定連接，聯(lián)動(dòng)拐臂3 通過與其鉸接的聯(lián)動(dòng)桿6 帶動(dòng)一個(gè)鉸接于支架8 上的扇形板7 轉(zhuǎn)動(dòng)，支架8 固定于斷路器的底壁上，在斷路器的底壁上對(duì)應(yīng)扇形板7 的頂端部位還穿設(shè)有活動(dòng)頂桿9， 扇形板7 的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)活動(dòng)頂桿9 上下伸縮；活動(dòng)頂桿9 穿入斷路器內(nèi)頂動(dòng)杠桿機(jī)構(gòu)。

上述連桿機(jī)構(gòu)中，驅(qū)動(dòng)桿4 包括與驅(qū)動(dòng)拐臂2 鉸接的下接頭43；與隔離開關(guān)操作機(jī)構(gòu)鉸接的上接頭41；以及設(shè)置于上接頭41 與下接頭43 之間且分別與上接頭41 和下接頭43螺紋連接的驅(qū)動(dòng)桿調(diào)節(jié)桿42。

上述連桿機(jī)構(gòu)中，聯(lián)動(dòng)桿6 包括：與聯(lián)動(dòng)拐臂3 鉸接的拐臂接頭63；與扇形板7 鉸接的扇形板接頭61；以及設(shè)置于拐臂接頭63 與扇形板接頭61 之間且分別與拐臂接頭63 和扇形板接頭61 螺紋連接的聯(lián)動(dòng)桿調(diào)節(jié)連桿62。

如圖4 所示， 支架8 包括兩個(gè)平行的支板81 和橋接于兩個(gè)支板81 之間的連接板82，支板81 之間設(shè)有鉸軸83，扇形板7 鉸接于鉸軸83 上， 連接板82 固定于斷路器底壁上，連接板82 在對(duì)應(yīng)扇形板7 的頂端部位處穿設(shè)有活動(dòng)頂桿9。這樣，驅(qū)動(dòng)桿4 與聯(lián)動(dòng)桿6 均可以根據(jù)不同型號(hào)的柜體進(jìn)行長度調(diào)整，該聯(lián)鎖裝置的適用范圍廣，適應(yīng)能力強(qiáng)。

如圖5 所示，杠桿機(jī)構(gòu)包括：設(shè)置于斷路器底壁上的支撐板16，支撐板16 上設(shè)有支點(diǎn)，用于支撐杠桿22，閉鎖合閘桿14 通過閉鎖合閘桿拐臂141 與杠桿22 的一端鉸接連接；脫扣活動(dòng)頂桿15 與杠桿22 的另一端鉸接連接；閉鎖合閘桿14 的頂端成型有卡槽143，卡槽143 與固定連接在合閘彎板11 上的鎖銷17 配合實(shí)現(xiàn)合閘彎板11 的上下移動(dòng)；脫扣活動(dòng)頂桿15 的頂部成型有控制拐臂151，控制拐臂151 直接作用于脫扣彎板13 的上端面實(shí)現(xiàn)脫扣彎板13 上下移動(dòng)。

閉鎖合閘桿14 上套設(shè)有復(fù)位彈簧20， 在活動(dòng)頂桿9 在下部設(shè)有頂動(dòng)閉鎖合閘桿拐臂141 時(shí)， 在復(fù)位彈簧20 的作用下，閉鎖合閘桿14 落下。

在斷路器內(nèi)還設(shè)置有一個(gè)控制斷路器分?jǐn)嗟某ｉ]微動(dòng)開關(guān)19，微動(dòng)開關(guān)19 與斷路器及隔離開關(guān)進(jìn)行串聯(lián)電連接；閉鎖合閘桿14 上成型有垂直于桿體的彎邊142， 微動(dòng)開關(guān)19 設(shè)置于彎邊142 的上側(cè)，彎邊142 向上移動(dòng)頂動(dòng)微動(dòng)開關(guān)19 使其分?jǐn)?，?shí)現(xiàn)電動(dòng)分閘。

在斷路器內(nèi)設(shè)置有與合閘彎板11 固定連接的滾輪21，合閘彎板11 處于下部時(shí)， 滾輪21 壓設(shè)于閉鎖合閘桿拐臂141 上。

本聯(lián)鎖裝置設(shè)有“工作位”、“檢修位”和“分?jǐn)嚅]鎖位”三檔控制位，使隔離開關(guān)與斷路器能互動(dòng)聯(lián)鎖控制，進(jìn)行隔離開關(guān)分、合閘操作。 具體為：

當(dāng)斷路器處于合閘狀態(tài)，即聯(lián)鎖裝置處于“工作位”時(shí)，滾輪21 處于落下位置，其壓設(shè)于閉鎖合閘桿14 上，阻擋了閉鎖合閘桿14 向上運(yùn)動(dòng)，即傳動(dòng)機(jī)構(gòu)不能移動(dòng)，隔離開關(guān)操作機(jī)構(gòu)中的操作手柄18 不能活動(dòng)， 該聯(lián)鎖裝置不能使操作手柄18 打向“分?jǐn)嚅]鎖位”，即該聯(lián)鎖裝置不能使斷路器打向分閘位置。 同時(shí)，成型于閉鎖合閘桿14 中部的彎邊142 與微動(dòng)開關(guān)19 間隔一定距離，同時(shí)實(shí)現(xiàn)電動(dòng)合閘。

當(dāng)斷路器處于分閘狀態(tài)時(shí)， 由于合閘彎板11 卡設(shè)于合閘軸10 上，滾輪21 也處于抬起位置，其釋放了閉鎖合閘桿14。當(dāng)操作手柄18 撥至“分?jǐn)嚅]鎖位”時(shí)，撥叉帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)桿4，在導(dǎo)向板1 的作用下，驅(qū)動(dòng)拐臂2 與聯(lián)動(dòng)拐臂3 夾角為90°，然后通過聯(lián)動(dòng)桿6 帶動(dòng)扇形板7 動(dòng)作，進(jìn)而使活動(dòng)頂桿9 向上伸，行程約為13mm，頂動(dòng)斷路器內(nèi)部的杠桿機(jī)構(gòu)，使閉鎖合閘14 向上伸，閉鎖合閘桿14 上的卡槽143 卡住合閘彎板11 上的鎖銷17， 使合閘彎板11 保持在卡設(shè)于合閘軸10 的位置，合閘軸10 不能轉(zhuǎn)動(dòng)，斷路器不能合閘。 同時(shí)設(shè)置于支點(diǎn)另一側(cè)的脫扣活動(dòng)頂桿15 向下壓， 控制拐臂151 直接作用于脫扣彎板13 的上端面，脫扣彎板13 向下移動(dòng)，卡設(shè)于脫扣半軸12 上，使脫扣半軸12 不能轉(zhuǎn)動(dòng)，斷路器保持在分閘狀態(tài)。 同時(shí)，閉鎖合閘桿14 向上移動(dòng)時(shí)，成型于閉鎖合閘桿14 中部的彎邊142 向上移動(dòng)頂動(dòng)微動(dòng)開關(guān)19 同時(shí)實(shí)現(xiàn)斷路器合閘回路斷開。 這樣，可以使斷路器不能進(jìn)行手動(dòng)和/或電動(dòng)的合閘操作，保證了隔離開關(guān)操作的安全。 當(dāng)操作手柄18 撥至“檢修位”時(shí)，撥叉帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)桿4，在導(dǎo)向板1 的作用下，驅(qū)動(dòng)拐臂2 與聯(lián)動(dòng)拐臂3 相互轉(zhuǎn)動(dòng)，然后通過聯(lián)動(dòng)桿6帶動(dòng)扇形板7 動(dòng)作，進(jìn)而使活動(dòng)頂桿9 處于下部，與斷路器內(nèi)部的杠桿機(jī)構(gòu)相隔一段距離，閉鎖合閘桿14 處于下部，卡槽143 與鎖銷17 相隔一段距離，釋放合閘彎板11，斷路器可以進(jìn)行手動(dòng)分合閘操作。

圖1 聯(lián)鎖裝置的結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 連桿機(jī)構(gòu)示意圖

圖3 閉鎖合閘桿立體圖

圖4 支架與扇形板和活動(dòng)頂桿的關(guān)系圖

圖5 杠桿機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖

3 本技術(shù)方案的優(yōu)點(diǎn)

（1）安裝于斷路器底部，結(jié)構(gòu)簡單，安裝調(diào)試方便，其采用的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括設(shè)置于斷路器外部下方的連桿機(jī)構(gòu)和設(shè)置于斷路器內(nèi)并位于斷路器底部的杠桿機(jī)構(gòu)，其相比于現(xiàn)有技術(shù)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，傳動(dòng)靈活，易于實(shí)現(xiàn)，其可以根據(jù)不同的柜體尺寸及柜體內(nèi)部操作部件來設(shè)置傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的位置，而不影響柜體操作部件的作用。

（2）本設(shè)計(jì)的連桿機(jī)構(gòu)中，驅(qū)動(dòng)桿及聯(lián)動(dòng)桿的長度均可以調(diào)節(jié)，其可以適應(yīng)不同的柜體進(jìn)行調(diào)節(jié)。 同時(shí)，不同長度的設(shè)置還可以調(diào)節(jié)最終傳遞到杠桿機(jī)構(gòu)上的傳動(dòng)力，避免了傳動(dòng)力不足導(dǎo)致的聯(lián)鎖不可靠。

（3）本設(shè)計(jì)斷路器的分合閘是通過閉鎖合閘桿控制合閘彎板，脫扣活動(dòng)頂桿控制脫扣彎板實(shí)現(xiàn)的機(jī)械分閘。 其相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)中通過電動(dòng)方式進(jìn)行分閘的聯(lián)鎖裝置使用安全、聯(lián)鎖可靠。 尤其是在該聯(lián)鎖裝置上還設(shè)置一個(gè)能夠?qū)崿F(xiàn)電動(dòng)分合閘的微動(dòng)開關(guān)， 可以進(jìn)一步提高該聯(lián)鎖裝置的可靠性，具有很好的應(yīng)用推廣價(jià)值。

4 結(jié)束語

高壓開關(guān)設(shè)備聯(lián)鎖裝置結(jié)構(gòu)多樣，性能要求嚴(yán)格，適用范圍也不盡相同，在設(shè)計(jì)選型、使用及維護(hù)過程中應(yīng)引起足夠重視，從而使電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行更加安全可靠。

［1］GB3906-2006.3.6～40.5kV 交流金屬封閉開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備[S].

［2］盧敏波.淺析變電站10kV 高壓開關(guān)柜的機(jī)械聯(lián)鎖[J].黑龍江科技信息，2011（35）.

［3］中國專利文獻(xiàn)CN201758086U[P].2010202672301.2011.3.9[P].