新型隔離接地開關(guān)用電動機驅(qū)動機構(gòu)關(guān)鍵技術(shù)研究

毛奇

【摘 要】在電網(wǎng)系統(tǒng)中，隔離接地開關(guān)是一種最為簡單的高壓開關(guān)，其經(jīng)常與斷路器配合使用，主要作用是在電路中形成斷點和接地點，從而在電網(wǎng)檢修設(shè)備時保障檢修人員的生命安全。本文介紹了一種新型隔離接地開關(guān)用電動機驅(qū)動操動機構(gòu)，該新型操動機構(gòu)采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計，結(jié)構(gòu)簡單，輸出特性可控，可靠性高，可實現(xiàn)一款機構(gòu)配套多型號隔離接地開關(guān)本體，且具有3萬次的超高機械壽命，充分驗證了該新型電動機驅(qū)動操動機構(gòu)的優(yōu)越性，為下一代隔離接地開關(guān)的研制奠定了基礎(chǔ)。

【關(guān)鍵詞】隔離接地；驅(qū)動機構(gòu)；關(guān)鍵技術(shù)

引言

目前，隔離接地開關(guān)常用的操動機構(gòu)有彈簧機構(gòu)、電動彈簧機構(gòu)和電動機構(gòu)等，而這些傳統(tǒng)的操動機構(gòu)多具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、對零部件質(zhì)量要求高、生產(chǎn)裝配一致性差以及故障多發(fā)的特點。據(jù)不完全統(tǒng)計，隔離接地開關(guān)現(xiàn)場運行中出現(xiàn)的故障一半以上來源于操動機構(gòu)，所以提高操動機構(gòu)的運行可靠性，是提高隔離接地開關(guān)運行可靠性的關(guān)鍵所在。

1 新型機構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計

新型機構(gòu)主要由伺服電動機、伺服驅(qū)動器、蝸輪蝸桿減速機和行星減速機組成，其系統(tǒng)框圖如圖1所示，圖中點畫線部分為新型機構(gòu)，點畫線外側(cè)為隔離接地開關(guān)本體。

伺服電動機單元是新型機構(gòu)的動力單元，它作為一種成熟的工業(yè)產(chǎn)品，其運動過程具有高度可控特性。伺服電動機與常規(guī)電動機相比具有運動過程高度可控、運行平穩(wěn)、適應(yīng)負(fù)載能力強及易于實現(xiàn)智能控制的優(yōu)勢特點。將伺服電動機作為新型機構(gòu)的執(zhí)行元件，可實現(xiàn)高壓開關(guān)分合閘過程的高度可控，降低分合閘過程的沖擊。

伺服驅(qū)動器單元是與伺服電動機單元配套使用的驅(qū)動單元，其主要功能是向伺服電動機下達(dá)動作指令、對伺服電動機的運動狀態(tài)進(jìn)行實時監(jiān)測及向伺服電動機供電等。通過伺服驅(qū)動器可以按照需求設(shè)置伺服電動機在一個動作周期內(nèi)的位移和轉(zhuǎn)速，同時可以實現(xiàn)新型機構(gòu)的多種輸出速度、輸出轉(zhuǎn)角。行星減速單元與蝸輪蝸桿減速單元功能相同，即可以降低電動機轉(zhuǎn)速。行星減速機具有傳動效率高、尺寸緊湊等優(yōu)點，而蝸輪蝸桿減速機具有自鎖功能，兩種減速機配合使用即可實現(xiàn)大減速比。減速單元的使用，極大程度地降低了對伺服電動機性能的需求，同時又保留了伺服電動機的優(yōu)勢。

人機交互系統(tǒng)單元是新型機構(gòu)的一個可選配置，人機交互系統(tǒng)在新型機構(gòu)的使用過程中可以進(jìn)一步提高用戶的使用體驗，它可以直接與伺服驅(qū)動器進(jìn)行通信，并從伺服驅(qū)動器提取新型機構(gòu)的操作信息，便于新型機構(gòu)在智能化方向的功能擴展設(shè)計。新型機構(gòu)動作原理如下：伺服驅(qū)動器向電動機下達(dá)分閘或合閘命令，伺服電動機執(zhí)行分閘或合閘操作（分別對應(yīng)電動機正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)），伺服電動機輸出的轉(zhuǎn)速及扭矩經(jīng)減速機傳遞后，轉(zhuǎn)速下降、扭矩增大，最終形成新型機構(gòu)的輸出轉(zhuǎn)速及輸出扭矩，帶動高壓開關(guān)本體完成分合閘操作。

2 新型機構(gòu)控制系統(tǒng)設(shè)計

新型機構(gòu)控制系統(tǒng)主要由伺服執(zhí)行系統(tǒng)和人機交互系統(tǒng)組成，其中人機交互系統(tǒng)又包含智能監(jiān)控IED系統(tǒng)以及觸摸屏顯示系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)的布置形式為伺服執(zhí)行系統(tǒng)就地安置于新型機構(gòu)箱體內(nèi)，而人機交互系統(tǒng)作為一個獨立的模塊可集成于用戶后臺系統(tǒng)，也可以單獨存放于柜體內(nèi)。伺服執(zhí)行系統(tǒng)直接完成新型機構(gòu)的分合閘操作；人機交互系統(tǒng)與伺服執(zhí)行系統(tǒng)進(jìn)行通信，實現(xiàn)對隔離開關(guān)運行的智能控制，并可實現(xiàn)操作的可視化以及機構(gòu)運行過程狀態(tài)的實時顯示。

2.1 伺服執(zhí)行系統(tǒng)

伺服執(zhí)行系統(tǒng)主要由伺服電動機、伺服驅(qū)動器和旋轉(zhuǎn)編碼器等組成，它們主要安裝在就地機構(gòu)箱內(nèi)。伺服電動機的主軸通過齒輪經(jīng)由減速機系統(tǒng)帶動電動機構(gòu)連桿動作，通過控制伺服電動機的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速可調(diào)節(jié)機構(gòu)的運動速度，進(jìn)而對隔離開關(guān)的分合閘速度進(jìn)行控制。伺服電動機及伺服驅(qū)動器作為大規(guī)模生產(chǎn)的工業(yè)產(chǎn)品，其技術(shù)已發(fā)展成熟，用市面上常用的1 kW伺服電動機及其配套驅(qū)動器作為伺服執(zhí)行系統(tǒng)的硬件設(shè)備。項目組按照高壓開關(guān)操作規(guī)律及控制策略對伺服驅(qū)動器進(jìn)行深度開發(fā)和重新編程，使其滿足高壓開關(guān)的分合閘控制操作要求。

2.2 人機交互系統(tǒng)

如前所述，人機交互系統(tǒng)包含智能監(jiān)控IED系統(tǒng)和觸摸屏顯示系統(tǒng)。智能監(jiān)控IED負(fù)責(zé)對新型機構(gòu)的運動過程進(jìn)行實時監(jiān)測和控制。包括：運動速度和分合閘行程的控制；運動過程中速度、電流數(shù)據(jù)的采集；速度、電流曲線的繪制；電動機運行參數(shù)的實時顯示；新型機構(gòu)分合閘操作的控制；以及智能告警和智能診斷。

3 試驗研究

3.1 匹配不同本體進(jìn)行機械特性測試

試驗?zāi)康模候炞C新型機構(gòu)輸出特性多樣；一款新型機構(gòu)可通過改變設(shè)置參數(shù)的方法匹配不同本體需求。本試驗將研制的新型機構(gòu)與126 kV、252 kV以及1 100 kV隔離接地開關(guān)分別配套進(jìn)行機械特性測試，三種產(chǎn)品機械特性測試使用同一臺新型機構(gòu)，硬件部分完全相同，區(qū)別只存在于控制系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置上，測試結(jié)果顯示，新型機構(gòu)可滿足三種型號隔離接地開關(guān)本體技術(shù)要求。

3.2 電磁兼容試驗

試驗?zāi)康模阂驗樾滦蜋C構(gòu)中使用大量電力電子元器件，所以其抗電磁干擾能力不容忽視，本試驗就是考核新型機構(gòu)控制系統(tǒng)的電磁兼容性能。電磁兼容試驗進(jìn)行10項抗擾度試驗以及2項發(fā)射試驗，各項試驗均按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的最嚴(yán)酷等級進(jìn)行，最終新型機構(gòu)順利通過試驗考核，取得試驗報告。

4 結(jié)束語

本文主要進(jìn)行了高壓隔離接地開關(guān)系列化電動機驅(qū)動機構(gòu)關(guān)鍵技術(shù)研究，并基于伺服控制技術(shù)研制出適用于110～1 100 kV隔離接地開關(guān)的電動機驅(qū)動操動機構(gòu)樣機，該操動機構(gòu)實現(xiàn)了智能監(jiān)控技術(shù)與伺服控制技術(shù)的集成，使隔離接地開關(guān)電動機驅(qū)動機構(gòu)具有在線監(jiān)測、人機交互和移動客戶端控制等智能化功能，滿足現(xiàn)代智能電網(wǎng)的要求。

參考文獻(xiàn)：

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[ 2 ] 蘆宇峰，孟大偉，等.SF6高壓斷路器智能化操動機構(gòu)的研究與優(yōu)化 [J].電機與控制學(xué)報，2013，17（7）：94-98.

（作者單位：新東北電氣集團高壓開關(guān)有限公司檢修分公司）