開關(guān)柜接地開關(guān)防誤操作裝置的研究與設(shè)計

王文勝 余伯略 黃衛(wèi)東 鄺國軍

（廣東電網(wǎng)公司珠海供電局，廣東 珠海 519100）

1 開關(guān)柜接地開關(guān)防誤操作的現(xiàn)狀

目前開關(guān)柜接地開關(guān)防誤操作采用對接地閘刀操作孔掛裝機(jī)械電磁鎖，在操作接地閘刀時由操作人員進(jìn)行人工判別，在電纜無電時打開機(jī)械電磁鎖進(jìn)行操作，但是在無電的情況下，機(jī)械電磁鎖也不能打開，機(jī)械電磁鎖的應(yīng)用往往因現(xiàn)場無法提供操作電源而受到限制，況且即使有外部電源，由人工進(jìn)行判別總會有出錯的可能，所以普通掛鎖方法并不是一種完善的可靠的防誤方案，如圖1所示為機(jī)械電磁鎖式高壓開關(guān)柜接地開關(guān)誤操作裝置原理框圖。

圖1 機(jī)械電磁鎖式高壓開關(guān)柜接地開關(guān)誤操作裝置原理框圖

圖2 電場耦合式電壓信號采集電路

圖3 專用帶電指示器原理框圖

2 接地開關(guān)防止誤合接地開關(guān)裝置的設(shè)計

高壓開關(guān)柜接地開關(guān)防誤操作裝置主要由專用帶電指示器、無源電磁鎖和電子鑰匙三部分組成，使用時防誤操作裝置安裝在高壓開關(guān)柜面板上，裝置上可控活門與接地開關(guān)操作孔對準(zhǔn)，將專用帶電指示器與無源電磁鎖連接在一起，專用帶電指示器為無源電磁鎖提供控制信號。利用電容傳感器通過電場法非接觸獲得三相高壓信號，該信號通過屏蔽電纜線送到無源防誤強(qiáng)制閉鎖裝置作為是否開鎖判據(jù)，只要有一相高壓端有電則無源防誤強(qiáng)制閉鎖裝置不能開鎖，只要高壓端均沒電則可以開鎖，實現(xiàn)了無源防誤強(qiáng)制閉鎖裝置有電閉鎖、無電開鎖，即驗電解鎖功能，開鎖時需要的電能來源于無源防誤強(qiáng)制閉鎖裝置的外部電子鑰匙，電子鑰匙通過拔插的方式為無源防誤強(qiáng)制閉鎖裝置解鎖時提供電源，鎖門的驅(qū)動機(jī)構(gòu)利用雙穩(wěn)態(tài)電磁鐵，脈沖驅(qū)動，實現(xiàn)了閉鎖裝置低功耗工作。

2.1 專用帶電指示器的設(shè)計

當(dāng)電容傳感器與高壓帶電體接觸時，電容傳感器與高壓帶電體之間就可以等效為一電容，如圖2所示，利用電容的分壓特性在電容傳感器兩端就可以獲得與高壓帶電體電壓成份完全一致的電壓信號，該信號送到帶電顯示器進(jìn)行處理后，就可以作為高壓帶電體是否存在電壓的判據(jù)。

圖4 無源電子鎖及電子鑰匙原理框圖

專用帶電指示器利用電容傳感器非接觸獲得電壓信號，通過整流電流將交流信號轉(zhuǎn)換為直流信號給電容充電，再利用限流及穩(wěn)壓電路就可以獲得穩(wěn)定的直流信號，該信號就作為高壓線路是否帶電的判斷依據(jù)，邏輯關(guān)系是：高壓有電時電子鑰匙不能開鎖，即操作孔或鎖門關(guān)閉，高壓沒電時可以開鎖，強(qiáng)制開鎖時必須使用專用的工具或不損傷柜體的破拆解鎖，為防止沒鎖門就離開，正常開鎖后解鎖鑰匙不能拔出，必須等操作結(jié)束，關(guān)閉鎖門后才能拔出解鎖鑰匙。

2.2 無源電磁鎖和電子鑰匙的設(shè)計

無源電磁鎖核心部件為雙穩(wěn)態(tài)電磁鐵，由于采用雙穩(wěn)態(tài)電磁鐵，閉鎖時靠電磁力吸附住，解鎖時使電磁線圈通電，產(chǎn)生反向電磁力，并借助彈簧彈出。

電子鑰匙采用紐扣電池供電時，采用雙穩(wěn)態(tài)電磁鐵可以實現(xiàn)微功耗設(shè)計，12V雙穩(wěn)態(tài)電磁鐵驅(qū)動電流雖然在瞬間較大，但是持續(xù)時間幾百微秒就可以工作，采用在電池兩端并聯(lián)一個電容，瞬間大電流由電容提供，這樣大大延長電池的使用壽命，無源電子鎖及電子鑰匙原理框圖如圖4所示。

無源電子鎖及電子鑰匙安裝實物圖如圖5所示，圖5中的（a）圖為閉鎖狀態(tài)，圖（b）為解鎖狀態(tài)圖。

防誤操作裝置可以在開關(guān)柜制造前配套安裝，在開關(guān)柜面板上，直接從電壓傳感器取樣，電壓信號線隱蔽在閉鎖裝置背面（閉鎖裝置背面有接線插座），安裝后與開關(guān)柜渾然一體。

防誤操作裝置也可以在運行中設(shè)備不停電情況下安裝，將閉鎖裝置固定在開關(guān)柜面板上，安裝簡單、方便、牢固，電壓信號從開關(guān)柜面板上原帶電顯示器插孔取樣，閉鎖裝置配備電壓信號聯(lián)結(jié)線。

閉鎖裝置可靠性高，只要任一相取樣電壓信號存在，且取樣電壓信號≥15% 高壓側(cè)額定電壓，電磁鎖即處于強(qiáng)制閉鎖狀態(tài)，可控活門關(guān)閉。

閉鎖裝置具有反閉鎖功能，當(dāng)接地開關(guān)操作完畢，必須將閉鎖裝置可控活門復(fù)位，否則鑰匙盒無法取下。

3 接地開關(guān)防止誤合接地開關(guān)裝置技術(shù)參數(shù)

1）開鎖方式：擬采用插撥式專用防誤開鎖帶電電子鑰匙。

2）鎖門機(jī)構(gòu)動作元件：擬采用低功耗雙穩(wěn)態(tài)電磁鎖及活動鎖片，電磁鎖設(shè)計使用壽命大于100000次。

3）帶電顯示器電容量：5-120P。

4）開鎖鑰匙內(nèi)電池為12VDC紐扣電池，設(shè)計連續(xù)解鎖使用壽命大于2000次。

5）邏輯判斷電壓信號來源于帶電指示器，帶電指示需符合DL/TS38-2006電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

6）安裝方式：采用柜門面板螺絲固定方式。

圖5 無源電子鎖及電子鑰匙原理安裝實物圖

7）設(shè)計抗惡劣環(huán)境能力：計劃與戶外環(huán)網(wǎng)柜的抗環(huán)境要求指標(biāo)一致。

結(jié)語

本文研究的接地開關(guān)防止誤合接地開關(guān)裝置利用雙穩(wěn)態(tài)電磁鐵結(jié)合電子鑰匙和專用帶電指示器實現(xiàn)了環(huán)網(wǎng)柜接地操作孔驗電、防誤和解鎖功能，解鎖時采用外部紐扣電池供電，無源防誤強(qiáng)制閉鎖裝置具有極低功耗設(shè)計，紐扣電池可以連續(xù)解鎖2000次以上，根據(jù)配電網(wǎng)設(shè)備隱患排查的要求以及上述原因，開發(fā)無源驗電防誤解鎖一體化強(qiáng)制閉鎖裝置勢在必行，是為了解決在無源環(huán)境下高壓帶電時可靠地強(qiáng)制閉鎖接地開關(guān)操作操作孔，由驗電防誤解鎖一體化的自動裝置替代操作人員進(jìn)行防誤控制，杜絕由于人為的出錯而發(fā)生誤操作的惡性事故的可能性，對保證配網(wǎng)運行安全和人身安全具有非常重要的意義。

[1]李國定.電磁場理論基礎(chǔ)[M].北京：清華大學(xué)出版社2000，8.