一種10 kV開關(guān)擋板安全鎖的研究

朱煜浩，陸現(xiàn)波，陳健鑫，李軍剛

(中國長江電力股份有限公司白鶴灘水力發(fā)電廠，四川 寧南 615400)

在電力企業(yè)10 kV開關(guān)檢修工作中，當(dāng)10 kV開關(guān)本體被拉至“檢修”位置，開關(guān)柜內(nèi)部的動靜觸頭擋板處于活動狀態(tài)，安全措施要求采用4把普通掛鎖來鎖定10 kV開關(guān)柜斷路器的靜觸頭擋板[1]。在10 kV開關(guān)檢修工作中，掛鎖與取鎖存在的問題主要包括：

1)按照安全規(guī)范的要求，掛鎖過程中需帶絕緣手套，操作較為不便，鎖眼孔位置靠近觸頭擋板，操作人員需將手伸進開關(guān)柜內(nèi)，操作較為費勁。

2)由于開關(guān)柜空間有限，掛鎖操作時有觸碰到帶電位置的風(fēng)險。

3)檢修工作完畢后，需將掛鎖取下，方可將10 kV開關(guān)本體推至柜內(nèi)，在設(shè)備檢修工作中，存在未取鎖就將10 kV開關(guān)本體推至柜內(nèi)，并造成設(shè)備損壞的情況。

4)現(xiàn)階段通常采用4把普通掛鎖來鎖定10 kV開關(guān)柜斷路器的靜觸頭擋板，操作繁瑣、效率低。

本文分析現(xiàn)有10 kV開關(guān)檢修工作中，掛鎖時存在的問題，提出改進方案，彌補現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，簡化檢修環(huán)節(jié)的工作量，提高效率，并且能有效防止誤操作和誤觸電的風(fēng)險。

1 結(jié)構(gòu)設(shè)計

1.1 設(shè)計準(zhǔn)則

鑒于現(xiàn)有的工藝方法，掛鎖耗時長、操作費力、有誤操作和觸電風(fēng)險[2]，安全鎖按如下原則設(shè)計：

1)安全鎖能夠代替原用的4把普通掛鎖，簡化操作；

2)利用理論力學(xué)，有效結(jié)合人體力學(xué)，便于操作者操作；

3)在強度滿足要求情況下，選擇輕便的材料，使產(chǎn)品真正實現(xiàn)輕量化；

4)采用錐體設(shè)計，保證安全鎖的鎖銷與觸頭擋板操作機構(gòu)的鎖眼孔相配合；

5)在滑動部分采用滾動摩擦代替滑動摩擦[3]，減小阻力；

6)開關(guān)觸頭操作機構(gòu)同側(cè)上下兩孔間距和兩側(cè)間距略有差距的情況，安全鎖的工作行程應(yīng)可微調(diào)。

1.2 原理與結(jié)構(gòu)

根據(jù)上述現(xiàn)狀分析和設(shè)計準(zhǔn)則，設(shè)計一種10 kV開關(guān)擋板安全鎖，主要包括小車框架1，聯(lián)動機構(gòu)2，底座11，殼體12，滾輪13，伸縮鎖21，旋轉(zhuǎn)臂22，活動桿23，滑動座24，鎖定機構(gòu)3，固定板31，鎖銷32。結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 10 kV開關(guān)擋板安全鎖結(jié)構(gòu)示意圖

在10 kV開關(guān)柜本體內(nèi)部，擋板操作機構(gòu)的每個鎖眼孔正前方有一個圓柱體，所以必須增加安全鎖兩端鎖銷32的行程，鎖芯21采用市場上最為常用的卷簾門鎖芯，鎖芯21帶動旋轉(zhuǎn)臂22旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)臂22實現(xiàn)杠桿的功能，帶動活動桿23的往復(fù)運動，放大鎖芯21的行程，使安全鎖推進10kV開關(guān)柜內(nèi)過程中，不受圓柱體的阻擋。根據(jù)杠桿原理和相似三角形的原理，如圖2所示可得出：

圖2 杠桿和相似三角形原理圖

F1L1=F2L2

活動桿23帶動固定板31，左右移動，實現(xiàn)安全鎖的鎖定和解鎖操作，同一固定板31上的兩鎖銷32之間距離可調(diào)，以解決設(shè)備工藝問題造成的同側(cè)上下兩鎖眼孔間距誤差的問題；鎖銷32采用錐體設(shè)計，方便鎖定操作時鎖銷與鎖眼孔的配合；通過圖3，鎖銷受力分析可得出：

圖3 鎖銷受力分析圖

F=F1

F=(F3+F4)cosα

從上述公式分析可得出，鎖銷采用錐體設(shè)計，能減小受力，從而減小鎖芯輸出的力矩。

活動桿23在滑動座24中移動，滑動座24上加用了滾輪，使活動桿23與滑動座24之間的滑動摩擦變成滾動摩擦，減小阻力，提高設(shè)備的可操作性。

10 kV開關(guān)擋板安全鎖俯視圖、側(cè)視圖分別如圖4、圖5所示。主要包括小車框架、聯(lián)動機構(gòu)、鎖定機構(gòu)三大部分。小車框架包括底座、殼體和滾輪；聯(lián)動機構(gòu)包括鎖芯和伸縮桿兩端連接的旋轉(zhuǎn)臂、與旋轉(zhuǎn)臂連接的活動桿，以及與活動桿配合的滑動座；鎖定機構(gòu)包括固定板和鎖銷[4]。

圖4 10 kV開關(guān)擋板安全鎖俯視圖

現(xiàn)結(jié)合圖1、圖4、圖5進行各部件功能說明，底座11為平板；殼體12為矩形結(jié)構(gòu)的中空框體；四個滾輪13安裝在小車框架1的兩端；殼體12與底座11中心垂直連接，小車框架1與底座11底部用螺帽固定。滾輪13與10 kV開關(guān)柜內(nèi)的軌道接觸滾動，滾動更靈活穩(wěn)定。

圖5 10 kV開關(guān)擋板安全鎖側(cè)視圖

鎖芯21兩端連接旋轉(zhuǎn)臂22，旋轉(zhuǎn)臂兩端均設(shè)有貫穿的長腰圓孔；活動桿23上設(shè)有固定孔；滑動座24為塊狀結(jié)構(gòu)，其設(shè)有滑槽，為活動桿提供導(dǎo)向；鎖芯21的連接孔與旋轉(zhuǎn)臂22其中一端的長腰圓孔由銷軸活動連接，旋轉(zhuǎn)臂22另一端的長腰圓孔與活動桿23固定孔通過銷軸活動連接，活動桿23穿過殼體12與滑動座24的滑槽配合，滑動座24與殼體12固定。

固定板31為平板，其中一側(cè)面設(shè)有凹進的槽口，位于槽口內(nèi)的兩端設(shè)有貫穿的槽孔,另一側(cè)面通過緊固件與活動桿23連接；鎖銷32安裝在固定板31的槽孔內(nèi)，可靈活調(diào)整鎖銷在固定板槽內(nèi)的位置。

滑動座24位于殼體12的內(nèi)部，用螺釘固定，活動桿23在滑動座的凹槽內(nèi)滑動，不易左右擺動，連接限位更可靠，安全性更高。

一種10 kV開關(guān)擋板安全鎖，使用時，通過小車框架1兩端的滾輪13與10 kV開關(guān)柜內(nèi)的軌道配合滾動，通過旋轉(zhuǎn)鎖芯21驅(qū)動旋轉(zhuǎn)臂22帶動活動桿23向兩側(cè)伸展或收縮，通過固定板31上的鎖銷32與10 kV開關(guān)柜內(nèi)防誤操作機構(gòu)上的鎖定孔配合限位，使開關(guān)觸頭擋板鎖定；收縮時，解除鎖定。

2 現(xiàn)場測試與效果分析

將10 kV開關(guān)擋板安全鎖在10 kV備用開關(guān)上進行現(xiàn)場測試，經(jīng)過多次測試后，結(jié)果表明，所設(shè)計制作的10 kV開關(guān)擋板安全鎖能夠達到固定10 kV開關(guān)柜斷路器靜觸頭擋板的效果，且操作方便，省力，操作效率高，保障操作人員的人身安全和設(shè)備安全[5]。一種10 kV開關(guān)擋板安全鎖實物圖如圖6和圖7所示。

圖6 10 kV開關(guān)擋板安全鎖實物圖

圖7 10 kV開關(guān)擋板安全鎖調(diào)試圖

3 結(jié) 語

本文對安全鎖的設(shè)計原理、組成結(jié)構(gòu)、實現(xiàn)功能進行了詳細的闡述，為安全鎖的加工制作提供了一套完整的方案。總體來說，裝置具有以下優(yōu)點：

1)結(jié)構(gòu)簡單、制造成本低。安全鎖由小車底座、聯(lián)動機構(gòu)、鎖定裝置等部件組成，結(jié)構(gòu)簡單，加工及組裝容易。

2)操作方便、省力。安全鎖與開關(guān)柜內(nèi)的軌道配合滾動，旋轉(zhuǎn)鎖芯使鎖銷插入鎖定孔，使開關(guān)柜斷路器靜觸頭擋板鎖定。

3)通用性高。適用于ABB所生產(chǎn)的10 kV開關(guān)柜，可在行業(yè)內(nèi)全面推廣使用。

4)安全可靠。安全鎖在使用時，可規(guī)避誤觸電風(fēng)險，同時還可以防止未取鎖誤將開關(guān)本體推入柜內(nèi)，損壞開關(guān)的風(fēng)險。