開(kāi)關(guān)操作機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)常見(jiàn)問(wèn)題分析及對(duì)策措施

李小平

【摘 要】三工位開(kāi)關(guān)是一種同時(shí)具有接地和隔離作用的裝置， 具有可靠性高、體積小、質(zhì)量輕及免維護(hù)等方面的要求，因此在柜式氣體絕緣金屬封閉開(kāi)關(guān)設(shè)備中應(yīng)用較為廣泛。文章主要針對(duì)三工位開(kāi)關(guān)操作機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中常見(jiàn)問(wèn)題進(jìn)行了分析。

【關(guān)鍵詞】開(kāi)關(guān)操作機(jī)構(gòu)；常見(jiàn)問(wèn)題；對(duì)策

隨著開(kāi)關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展，三工位開(kāi)關(guān)在開(kāi)關(guān)柜中的應(yīng)用越來(lái)越多。在中高壓電力系統(tǒng)中，由于三工位隔離開(kāi)關(guān)的操作力矩較大，為了實(shí)現(xiàn)由外部保護(hù)裝置控制，必須采用電動(dòng)機(jī)操縱。三工位開(kāi)關(guān)使得GIS設(shè)備整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，尺寸減小，因減少一臺(tái)操動(dòng)機(jī)構(gòu)，降低了成本。最重要的是實(shí)現(xiàn)了隔離開(kāi)關(guān)和接地開(kāi)關(guān)的機(jī)械聯(lián)鎖，省去了兩者的電氣聯(lián)鎖，避免了誤操作，從而大大提高了GIS運(yùn)行的可靠性；由于缺乏設(shè)計(jì)與運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，同樣也遇到了很多難題。如何解決這些問(wèn)題，是開(kāi)關(guān)操作機(jī)構(gòu)在開(kāi)發(fā)過(guò)程中值得關(guān)注的。

1.結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介

三工位開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要有以下幾部分組成：殼體、主母線、隔離靜觸頭、動(dòng)觸頭、導(dǎo)體、接地靜觸頭、盤式絕緣子、小絕緣子、傳動(dòng)軸以及操動(dòng)機(jī)構(gòu)。此圖中動(dòng)觸頭處于隔離位置。電動(dòng)操動(dòng)機(jī)構(gòu)通過(guò)連接板與本體相連，機(jī)構(gòu)內(nèi)齒輪和本體齒輪相嚙合。相間通過(guò)傳動(dòng)軸和小絕緣子相連。當(dāng)操動(dòng)機(jī)構(gòu)接收到DS閉合指令時(shí)，操動(dòng)機(jī)構(gòu)內(nèi)電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)，通過(guò)機(jī)構(gòu)內(nèi)與本體傳動(dòng)部分的一系列齒輪齒條傳動(dòng)，實(shí)現(xiàn)DS閉合。同樣道理， 當(dāng)給出DS 斷開(kāi)指令時(shí)，操動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)本體實(shí)現(xiàn)DS分?jǐn)嗖僮?。ES的通斷亦相同。也就是說(shuō)，操動(dòng)機(jī)構(gòu)可以帶動(dòng)本體實(shí)現(xiàn)DS閉合一DS斷開(kāi)一ES閉合一ES斷開(kāi)一DS閉合的循環(huán)動(dòng)作，在每一個(gè)閉合或分?jǐn)嘟Y(jié)束后，均可通過(guò)操動(dòng)機(jī)構(gòu)限位，不會(huì)出現(xiàn)動(dòng)觸頭運(yùn)動(dòng)不到位或行程過(guò)大等問(wèn)題。

為了滿足空間結(jié)構(gòu)要求，三工位隔離開(kāi)關(guān)主導(dǎo)體采用了異形結(jié)構(gòu)鑄鋁件， 并在傳動(dòng)部分結(jié)構(gòu)處采用三相導(dǎo)整體加工工藝，從而保證了三相同期性的要求，減少了相間傳動(dòng)間隙，增加了機(jī)械可靠性。

1-殼體 2-主母線 3-隔離靜觸頭 4-動(dòng)觸頭 5-導(dǎo)體制

6-接地靜觸頭 7-盤式絕緣子

2.三工開(kāi)關(guān)操作機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中的常見(jiàn)問(wèn)題

2.1五防聯(lián)鎖

（1）三工位開(kāi)關(guān)操作手柄插人至手動(dòng)操作軸時(shí)，不能手動(dòng)或電動(dòng)對(duì)斷路器進(jìn)行合閘操作。

（2）只有當(dāng)三工位開(kāi)關(guān)在某個(gè)特定（指合閘、分閘、接地三個(gè)工位）的位置時(shí)，才能進(jìn)行斷路器的合閘操作。

（3）只有當(dāng)斷路器處于分閘位置或狀態(tài)時(shí)，三工位開(kāi)關(guān)的操作手柄才能插入手動(dòng)操作軸并進(jìn)行操作。

2.2手動(dòng)操作力矩超標(biāo)

三工位開(kāi)關(guān)的操作一般采用電動(dòng)或手動(dòng)，但是，若手動(dòng)操作時(shí)操作軸和驅(qū)動(dòng)電機(jī)之間存在運(yùn)動(dòng)牽連，其操作力將會(huì)增大且存在電機(jī)逆向發(fā)電的情況，嚴(yán)重的會(huì)縮短使用壽命且容易引起二次線故障。一般，需要在手動(dòng)操作和電動(dòng)操作之間增加離合器裝置來(lái)解決以上問(wèn)題。

2.3直流電機(jī)運(yùn)動(dòng)慣性引起的運(yùn)動(dòng)過(guò)位

在電動(dòng)操作過(guò)程中，直流電機(jī)在切斷電源的瞬間，由于慣性的存在，電機(jī)不可能馬上停下來(lái)，往往會(huì)繼續(xù)旋轉(zhuǎn)一定的角度，并帶動(dòng)操作機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)與控制部分的運(yùn)動(dòng)部件隨之運(yùn)動(dòng)，造成過(guò)位現(xiàn)象，嚴(yán)重的會(huì)使電氣控制部分（超出行程開(kāi)關(guān)的有效行程范圍）失靈。常規(guī)的解決方法是增加機(jī)械制動(dòng)（剎車）裝置。但該方法因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，一般不作為首選方案。本文將要描述的是在直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)回路中改變接線方式，使其達(dá)到制動(dòng)效果

3.對(duì)策措施

3.1五防聯(lián)鎖的設(shè)計(jì)

聯(lián)鎖功能主要通過(guò)圖2所示的幾個(gè)功能部件實(shí)現(xiàn)。其簡(jiǎn)要過(guò)程如下：

（1）當(dāng)三工位開(kāi)關(guān)不在某個(gè)特定位置時(shí)（指合閘、分閘、接地三個(gè)工位），凸輪3上的位置凹槽與拐臂2上的半圓型凸臺(tái)不能吻合，聯(lián)鎖板1將被拐臂2下方的凸臺(tái)限位，活門5無(wú)法關(guān)閉，傳動(dòng)件7后續(xù)連接的行程開(kāi)關(guān)與聯(lián)鎖裝置不能獲得有效的工作行程，運(yùn)動(dòng)無(wú)法啟動(dòng)，因而斷路器不能進(jìn)行手動(dòng)或者電動(dòng)合閘。

（2）當(dāng)斷路器處于合閘位置時(shí)，聯(lián)鎖銷6將處于圖2所示位置，活門5被可靠限位，無(wú)法打開(kāi)，操作手柄不能插入至手動(dòng)操作軸。

注：1一聯(lián)鎖板；2一拐臂；3一凸輪；4一拉簧5一活門；6一聯(lián)鎖銷；7一傳動(dòng)件

（3）當(dāng)斷路器處于分閘位置或分閘狀態(tài)時(shí)，聯(lián)鎖銷6將向圖示下方運(yùn)動(dòng)給定的位移（確?；铋T5可自由開(kāi)啟），此時(shí)活門5可以被靈活地開(kāi)啟，進(jìn)行相關(guān)的操作。

3.2離合器的設(shè)計(jì)

在進(jìn)行手動(dòng)操作時(shí)，由操作手柄啟動(dòng)離合器裝置，從而在操作過(guò)程中脫掉和電機(jī)相連的鏈輪；在進(jìn)行電動(dòng)操作時(shí)，該鏈輪位置自動(dòng)恢復(fù)。圖3是該裝置的工作原理簡(jiǎn)介。

注：1一聯(lián)鎖軸；2一從動(dòng)旋轉(zhuǎn)軸；3一主動(dòng)旋轉(zhuǎn)軸4一鏈條；5一直流電機(jī)；6一從動(dòng)旋轉(zhuǎn)軸；7一復(fù)位彈簧；8一傳動(dòng)銷；9一聯(lián)鎖鏈輪

手動(dòng)操作時(shí)：操作手柄插入手動(dòng)操作軸，同時(shí)聯(lián)鎖軸1將被向下壓入一定距離，傳動(dòng)銷8與聯(lián)鎖鏈輪9（通過(guò)光孔空套在主動(dòng)旋轉(zhuǎn)軸3上）完全脫開(kāi)（圖3所示1狀態(tài)）；這時(shí)旋轉(zhuǎn)操作手柄，聯(lián)鎖鏈輪9打滑，與之通過(guò)鏈條相連直流電機(jī)5將不能獲得轉(zhuǎn)動(dòng)功率，手動(dòng)操作力矩將大大減小，可輕松操作。

電動(dòng)操作時(shí)：直流電機(jī)5通過(guò)鏈條4將功率傳遞給聯(lián)鎖鏈輪9，聯(lián)鎖鏈輪9旋轉(zhuǎn)；當(dāng)運(yùn)動(dòng)到其上自帶的凹槽與傳動(dòng)銷8吻合的位置時(shí)，聯(lián)鎖軸1連同傳動(dòng)銷8在復(fù)位簧7的作用下，向圖3所示上方運(yùn)動(dòng)，傳動(dòng)銷卡人凹槽，與聯(lián)鎖鏈輪9嚙合，將會(huì)帶動(dòng)主動(dòng)旋轉(zhuǎn)軸3轉(zhuǎn)動(dòng)；隨之將運(yùn)動(dòng)傳遞給與其有運(yùn)動(dòng)關(guān)聯(lián)的部件，以實(shí)現(xiàn)其操作功能。

3.3短接制動(dòng)方案設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)方案在直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)回路中，并聯(lián)了另一支路，并在該支路中將控制直流電機(jī)正或反轉(zhuǎn)的質(zhì)量接觸器Z1、Z2的常閉觸點(diǎn)（其中S8為手動(dòng)或電動(dòng)操作切換用行程開(kāi)關(guān)）串聯(lián)接入。其工作原理簡(jiǎn)要介紹如下。

按下正轉(zhuǎn)回路按鈕TA，直流接觸器Z1線圈得電，Z1常開(kāi)觸點(diǎn)（包含控制回路與電機(jī)驅(qū)動(dòng)回路）得電吸合，直流電機(jī)正轉(zhuǎn)，控制、驅(qū)動(dòng)回路都接通，電機(jī)正轉(zhuǎn)。當(dāng)運(yùn)動(dòng)至合閘位置時(shí)，位置開(kāi)關(guān)S4閉合，與之串聯(lián)的繼電器K4線圈得電，其串聯(lián)在正轉(zhuǎn)控制回路中的常閉觸點(diǎn)K4釋放，正轉(zhuǎn)控制回路被切斷。直流接觸器z1線圈失電，Z1常開(kāi)觸點(diǎn)再次斷開(kāi)（包含控制回路與電機(jī)驅(qū)動(dòng)回路），7，1常閉觸點(diǎn)吸合。此時(shí)直流電機(jī)的正負(fù)極被短接，并與線圈z1、Z2、行程開(kāi)關(guān)s8的常閉觸點(diǎn)形成一個(gè)閉合回路。由于斷開(kāi)電源后轉(zhuǎn)子尚有剩余磁場(chǎng)，而且轉(zhuǎn)子依靠自己的慣性仍在轉(zhuǎn)動(dòng)，形成旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)使定子繞組內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電流；該電流將在電機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生一個(gè)與慣性旋轉(zhuǎn)方向相反的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，使電機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生很大的阻尼磁場(chǎng)，直流電機(jī)將會(huì)快速制動(dòng)。反轉(zhuǎn)回路制動(dòng)的控制原理同上。

4.結(jié)束語(yǔ)

根據(jù)以上組成結(jié)構(gòu)與試驗(yàn)結(jié)果可以看出， 該設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)新穎， 技術(shù)參數(shù)高。試驗(yàn)結(jié)果表明，該操作機(jī)構(gòu)手動(dòng)操作輕松省力，電動(dòng)操作動(dòng)作準(zhǔn)確可靠，防誤功能強(qiáng)，滿足現(xiàn)場(chǎng)使用要求。該操作機(jī)構(gòu)現(xiàn)已配套應(yīng)用于新開(kāi)發(fā)的12.0～40.5kV氣體絕緣中壓開(kāi)關(guān)柜（C-GIS）中，并在多個(gè)工程中成功應(yīng)用，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

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