新型高效高壓開關設備聯鎖裝置的研究與應用

凌 斯

(浙江臨高電氣實業有限公司，浙江 臨海317004)

0 引言

改革開放以來的三十多年內，我國的開關制造業通過獨立自主研發、引進國外先進技術和與世界知名電氣制造商合作合資等多種方式，無論產品的技術性能，還是生產規模等均得到了極大的提高，很大程度上推動了我國電力工業的迅猛發展。 在中壓3.6～40.5kV 系統中，現在雖然已有種類繁多的各種開關和成套裝置基本滿足了不同電力設備的需求，但就運行的可靠性與安全性而言， 仍存在一些不容忽視的問題。 認真對待并解決這些問題，將對實現降低電能輸送成本，確保設備的安全運行和打造堅強智能電網等都具有非常現實的意義。

本文針對防止高壓開關設備誤動操作，提高設備的安全性，并使聯鎖裝置簡單可靠的技術需求，依據GB3906-2006《3.6～40.5kV 交流金屬封閉開關設備和控制設備》聯鎖裝置[1]的有關要求，結合市場上現有的聯鎖方案，研究并應用實施了一種新型高效安全可靠的高壓開關設備聯鎖裝置。

1 研究背景

高壓開關設備是電力系統中應用范圍最廣、使用數量最大、結構型式最多的輸配電設備。 其必須按照系統的運行要求，既定的操作程序，準確可靠地“接通”或“斷開”電路，保證系統的穩定運行，是電力系統安全運行的忠誠“衛士”。

“五防”裝置一般可分為機械、電氣和綜合三類[2]。 市場上高壓開關設備類型很多， 大多數都有較完善的聯鎖方式，但仍有不少高壓開關設備的聯鎖尤其是機械聯鎖不完善，而且安裝調試、維護檢修相當不方便，尚不能完全達到“五防”要求。 歷年來，大量電氣事故的統計表明，人身觸電傷亡和電氣設備事故，往往與電氣工作人員的技術業務水平有著直接關系。 嚴格按電氣安全工作規程操作，能有效減少并避免誤操作事故的發生。 但在實際工作中，或多或少地因聯鎖失效而導致操作事故發生的情況。

目前電力系統中，固定式高壓開關設備配用斷路器（機構與開關一體式） 與隔離開關之間的聯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，即鋼絲繩聯鎖；另一種，利用斷路器上的主軸以及安裝在斷路器機構箱頂部的傳動連桿與閉鎖操作面板上的操作盤相連的方式，即主軸頂部聯鎖。 其中，鋼絲繩聯鎖為被動聯鎖， 操作人員往往因操作力不當或操作程序弄錯，很容易使鋼絲繩斷裂，繼而使聯鎖功能失效。 主軸頂部聯鎖由于其安裝在斷路器機構箱頂部，開關柜內將斷路器、隔離開關與互感器等元器件安裝完畢后，裝配人員安裝此種聯鎖裝置時，空間十分有限，不利于安裝調試。 特別是開關柜并柜后，若聯鎖裝置變形或損壞，更換的難度極大。 例如，中國專利文獻CN201758086U 公開的一種固定式金屬封閉高壓開關設備用安全聯鎖機構[3]即屬于主軸頂部聯鎖的方式，其包括隔離刀操作機構和VD4 斷路器分合閘操作軸，兩者之間設有安全聯鎖裝置。 VD4 斷路器分合閘時通過其操作軸、圓連桿、杠桿連桿、連接彎板帶動隔離刀操作機構限制板自由上下滑動，實現了各操縱機構聯鎖[3]。 但是該裝置的傳動連桿安裝在斷路器機構箱頂部，其安裝空間有限，不利于安裝和維護。

2 工作原理、技術方案與技術路線

為解決現有固定式高壓開關柜的聯鎖裝置傳動不夠靈活、且在柜體運輸、安裝、使用過程中，易發生形變及維護不方便等問題，創新設計了一種新型高效的高壓開關設備聯鎖裝置。 其技術方案是包括隔離開關操作機構、斷路器分合機構以及設置于隔離開關操作機構和斷路器分合機構之間的傳動機構，如圖1 所示。

隔離開關操作機構包括：設置于閉鎖操作面板外端用于控制隔離開關分合的操作手柄18 及設置于閉鎖操作面板內側的撥叉， 操作手柄18 與撥叉通過穿設于閉鎖操作面板的轉軸固定連接。 手柄18 轉動時帶動撥叉一起旋轉。

斷路器分合機構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。當合閘彎板11 向上移動卡設于合閘軸10 上時，該斷路器不能合閘；當合閘彎板11 向下移動時，斷路器可以合閘。 當脫扣彎板13 向下移動卡設于脫扣軸13 上時，該斷路器保持分閘狀態，當脫扣彎板13 向上移動時，該斷路器可以分閘。

傳動機構包括設置于斷路器外部下方的連桿機構和設置于斷路器內并位于斷路器底部的杠桿機構。 其中，杠桿機構包括分別設置于杠桿支點兩側杠桿上的控制合閘彎板11動作的閉鎖合閘桿14 和控制脫扣彎板13 動作的脫扣活動頂桿15。

連桿機構，如圖2 所示，包括：固定于斷路器側壁上的導向板1，導向板1 上穿設有轉動軸5，在轉動軸5 的兩側分別固定連接有驅動拐臂2 和聯動拐臂3。 驅動拐臂2 另一端通過與其鉸接的驅動桿4 與撥叉固定連接，聯動拐臂3 通過與其鉸接的聯動桿6 帶動一個鉸接于支架8 上的扇形板7 轉動，支架8 固定于斷路器的底壁上，在斷路器的底壁上對應扇形板7 的頂端部位還穿設有活動頂桿9， 扇形板7 的轉動帶動活動頂桿9 上下伸縮；活動頂桿9 穿入斷路器內頂動杠桿機構。

上述連桿機構中，驅動桿4 包括與驅動拐臂2 鉸接的下接頭43；與隔離開關操作機構鉸接的上接頭41；以及設置于上接頭41 與下接頭43 之間且分別與上接頭41 和下接頭43螺紋連接的驅動桿調節桿42。

上述連桿機構中，聯動桿6 包括：與聯動拐臂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 螺紋連接的聯動桿調節連桿62。

如圖4 所示， 支架8 包括兩個平行的支板81 和橋接于兩個支板81 之間的連接板82，支板81 之間設有鉸軸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 在對應扇形板7 的頂端部位處穿設有活動頂桿9。這樣，驅動桿4 與聯動桿6 均可以根據不同型號的柜體進行長度調整，該聯鎖裝置的適用范圍廣，適應能力強。

如圖5 所示，杠桿機構包括：設置于斷路器底壁上的支撐板16，支撐板16 上設有支點，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 配合實現合閘彎板11 的上下移動；脫扣活動頂桿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 的上端面實現脫扣彎板13 上下移動。

閉鎖合閘桿14 上套設有復位彈簧20， 在活動頂桿9 在下部設有頂動閉鎖合閘桿拐臂141 時， 在復位彈簧20 的作用下，閉鎖合閘桿14 落下。

在斷路器內還設置有一個控制斷路器分斷的常閉微動開關19，微動開關19 與斷路器及隔離開關進行串聯電連接；閉鎖合閘桿14 上成型有垂直于桿體的彎邊142， 微動開關19 設置于彎邊142 的上側，彎邊142 向上移動頂動微動開關19 使其分斷，實現電動分閘。

在斷路器內設置有與合閘彎板11 固定連接的滾輪21，合閘彎板11 處于下部時， 滾輪21 壓設于閉鎖合閘桿拐臂141 上。

本聯鎖裝置設有“工作位”、“檢修位”和“分斷閉鎖位”三檔控制位，使隔離開關與斷路器能互動聯鎖控制，進行隔離開關分、合閘操作。 具體為：

當斷路器處于合閘狀態，即聯鎖裝置處于“工作位”時，滾輪21 處于落下位置，其壓設于閉鎖合閘桿14 上，阻擋了閉鎖合閘桿14 向上運動，即傳動機構不能移動，隔離開關操作機構中的操作手柄18 不能活動， 該聯鎖裝置不能使操作手柄18 打向“分斷閉鎖位”，即該聯鎖裝置不能使斷路器打向分閘位置。 同時，成型于閉鎖合閘桿14 中部的彎邊142 與微動開關19 間隔一定距離，同時實現電動合閘。

當斷路器處于分閘狀態時， 由于合閘彎板11 卡設于合閘軸10 上，滾輪21 也處于抬起位置，其釋放了閉鎖合閘桿14。當操作手柄18 撥至“分斷閉鎖位”時，撥叉帶動驅動桿4，在導向板1 的作用下，驅動拐臂2 與聯動拐臂3 夾角為90°，然后通過聯動桿6 帶動扇形板7 動作，進而使活動頂桿9 向上伸，行程約為13mm，頂動斷路器內部的杠桿機構，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 保持在卡設于合閘軸10 的位置，合閘軸10 不能轉動，斷路器不能合閘。 同時設置于支點另一側的脫扣活動頂桿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，卡設于脫扣半軸12 上，使脫扣半軸12 不能轉動，斷路器保持在分閘狀態。 同時，閉鎖合閘桿14 向上移動時，成型于閉鎖合閘桿14 中部的彎邊142 向上移動頂動微動開關19 同時實現斷路器合閘回路斷開。 這樣，可以使斷路器不能進行手動和/或電動的合閘操作，保證了隔離開關操作的安全。 當操作手柄18 撥至“檢修位”時，撥叉帶動驅動桿4，在導向板1 的作用下，驅動拐臂2 與聯動拐臂3 相互轉動，然后通過聯動桿6帶動扇形板7 動作，進而使活動頂桿9 處于下部，與斷路器內部的杠桿機構相隔一段距離，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，斷路器可以進行手動分合閘操作。

圖1 聯鎖裝置的結構示意圖

圖2 連桿機構示意圖

圖3 閉鎖合閘桿立體圖

圖4 支架與扇形板和活動頂桿的關系圖

圖5 杠桿機構的結構示意圖

3 本技術方案的優點

（1）安裝于斷路器底部，結構簡單，安裝調試方便，其采用的傳動機構包括設置于斷路器外部下方的連桿機構和設置于斷路器內并位于斷路器底部的杠桿機構，其相比于現有技術的傳動機構，傳動靈活，易于實現，其可以根據不同的柜體尺寸及柜體內部操作部件來設置傳動機構的位置，而不影響柜體操作部件的作用。

（2）本設計的連桿機構中，驅動桿及聯動桿的長度均可以調節，其可以適應不同的柜體進行調節。 同時，不同長度的設置還可以調節最終傳遞到杠桿機構上的傳動力，避免了傳動力不足導致的聯鎖不可靠。

（3）本設計斷路器的分合閘是通過閉鎖合閘桿控制合閘彎板，脫扣活動頂桿控制脫扣彎板實現的機械分閘。 其相對于現有技術中通過電動方式進行分閘的聯鎖裝置使用安全、聯鎖可靠。 尤其是在該聯鎖裝置上還設置一個能夠實現電動分合閘的微動開關， 可以進一步提高該聯鎖裝置的可靠性，具有很好的應用推廣價值。

4 結束語

高壓開關設備聯鎖裝置結構多樣，性能要求嚴格，適用范圍也不盡相同，在設計選型、使用及維護過程中應引起足夠重視，從而使電網系統運行更加安全可靠。

［1］GB3906-2006.3.6～40.5kV 交流金屬封閉開關設備和控制設備[S].

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

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