淺談電動控制模塊在開關柜中的應用

漆昀晟

（甘肅電器科學研究院，甘肅 天水 741001）

1 概述

隨著國家電網城鄉建設投入的增多和各領域工程改造日益的增多，高中壓開關設備在輸配電領域的使用越來越多。近年來電動操作機構在開關柜上的使用日趨頻繁，技術也日趨成熟、可靠，其中包括電壓等級為6 kV、10 kV、40.5 kV等系統中開關設備。通過在開關柜上安裝電動控制模塊與電動執行機構相互配合對開關柜控制后，開關設備的操作性和可控制性都有了質的飛躍，不僅使開關設備具有狀態監視、過程控制及運行報警等功能，而且實現了電力系統的遠程控制及在線監視[1]，從而使得開關設備運行的安全性大大提高。

2 電動控制模塊的介紹

2.1 電動控制模塊的作用

電動控制模塊用于控制開關柜中所配備的電動手車的進、出和電動接地開關的合、分閘操作，并能有效防止電動手車進、出和電動接地開關合、分閘的誤動作，具備堵轉和操作限時保護，該模塊配套的執行機構還可以手動操作手車的進、出和接地開關的合、分閘，且與電動操作相互閉鎖。

2.2 進車機構的工作原理

開關柜中手車電動時通過底盤車中電機（圖1），帶動齒輪經絲杠轉動傳動軸來實現手車的電動進、出。當手車進車到工作位和出車到試驗位時，由接近開關感應到位置狀態信號，并將位置狀態信號上傳到電動控制模塊（圖2），由控制裝置發命令使電機停轉。在進車機構上還安裝有感應探頭，控制裝置一直檢測著手車的運動情況，如果在行進過程出現堵轉時，停止當前操作，并反向驅動電機將手車退回至試驗位，若返回過程再次堵轉，將停止電機運行，從而保護機構不被損壞，同時控制模塊中的綜合保護裝置發出故障報警提示。

圖1 電動進、出車底盤圖

圖2 電動控制模塊圖

2.3 接地開關執行機構的工作原理

電動接地開關是在接地開關操作大軸上裝有一個電機與齒輪箱（圖3、圖4），電機的輸出通過齒輪并帶動接地大軸轉動，實現接地開關的電動合、分。在接地開關的合、分位各有一個接近開關感應裝置，通過在接地開關操作大軸的感應探頭來抽取合、分到位信號，將位置狀態信號上傳到電動控制模塊，控制模塊控制電機的停轉。

圖3 電動操作模塊示意圖

圖4 電動操作模塊配柜示意圖

手動操作接地開關時，用操作手柄直接操作，這時操作手柄會推動接地開關操作大軸前端中心的芯桿后移，使之與電動機構脫開并進行操作。手動與電動切換方便、可靠。

電動操作機構的特點：機構體積小、傳動環節少、能量損耗小、傳動力矩大、傳動力平穩可靠。

3 控制模塊與控制對象間的邏輯控制

3.1 狀態監視

通過在開關柜中安裝各種元件及傳感器，從而準確地為控制模塊中的綜合保護裝置提供了設備運行狀態的各種信號。而與控制有關的關鍵信號則由位置傳感器提供，該傳感器具有反應靈敏、壽命長、精度高等特點。這就保證了控制模塊中綜合保護裝置對電動執行機構的準確可靠判斷（圖5）。

圖5 控制模塊中數據運行示意圖

控制模塊中綜合保護裝置通過對狀態量的綜合判斷，進行一次模擬圖的動態顯示、操作過程的啟停、故障報警和特殊處理，從而達到對開關柜中手車、接地開關等狀態的實時監測與保護。

3.2 手車電動進出車五防閉鎖及運行報警

（1）手車電動進/出過程信號通過控制模塊中安裝的綜合保護裝置軟件實現邏輯閉鎖，保證了手車的安全和防誤操作功能。

1）只有在開關柜的前后門板完全關閉時才可以進行操作。

2）只有在斷路器處于分閘狀態時手車才可以從試驗位置運動至工作位置，或從工作位置運動至試驗位置。

3）只有在接地開關處于分閘狀態時手車才可以從實驗位置運動至工作位置。

（2）手車電動進/出過程出現的報警提示（圖6）。

圖6 報警提示示意圖

用戶根據提示可在故障明確的前提下處理該過程出現的異常。

（3）手車進/出電動執行單元的狀態信號。

控制模塊中綜合保護裝置利用這些狀態信號可對手車的操作進行完善準確的控制。這些信號表明：手車是否可靠鎖定在試驗位置或工作位置，開關柜動靜觸頭搭接是否可靠，相關的電動執行機構是否順利運轉。

3.3 斷路器在控制模塊的綜合保護裝置控制下的電動合分

（1）斷路器的電動合分過程通過機械和綜合保護裝置實現機械和電氣的相互閉鎖，保證了斷路器的安全和防誤操作功能。

1）只有在手車可靠鎖定在試驗位或工作位時才可以操作斷路器。

2）只有在斷路器儲能機構完成儲能后才可以合斷路器；

（2）斷路器的電動合/分過程出現的報警提示（圖7）。

圖7 報警提示示意圖

在該提示下用戶可準確地處理斷路器出現的異常問題。

（3）斷路器的合/分電動執行單元的信號。

將斷路器運行狀態的常開、常閉接點，運行、試驗位置接點、儲能接點引入控制模塊的開入量中，即斷路器合閘狀態/斷路器分閘狀態/儲能機構儲能狀態。這些信號可表明：儲能機構或回路是否正常，斷路器合閘機構或分閘機構是否正常。如果出現異常裝置將及時報警，運行人員可根據報警提示快速找到問題并進行處理。

3.4 接地開關的電動合分

（1）接地開關電動合分的過程信號通過控制模塊中安裝的綜合保護裝置和軟件實現邏輯閉鎖，保證了手車的安全和防誤操作功能。

1）只有手車鎖定在試驗位或手車在柜外時才能合/分接地開關。

2）只有后蓋板關閉才能分接地開關。

（2）接地開關的電動合/分過程可出現報警提示。

根據報警提示用戶可做到目標明確地處理該過程出現的異常。

（3）接地開關的合分電動執行單元的狀態信號。

將接地開關上的輔助接點引入控制模塊的開入量中，即接地開關分閘狀態和合閘狀態[2]。根據這些信號可知道接地開關合分電動執行機構是否正常運轉。

（4）接地開關操作時的防誤閉鎖原理。在控制器回路中串入防誤輸出接點，只有在條件滿足時才可以開鎖進行操作(圖8)。

圖8 接地開關電氣閉鎖示意圖

4 微機五防系統的運用

隨著計算機、互聯網和大數據通信技術的發展，微機五防系統廣泛運用于變電站及電廠中，通過綜合保護裝置提供強大的邏輯處理能力，可以設置各種邏輯狀態來實現邏輯閉鎖功能，把各條線路的操作“五防”分配給相應的測控單元。

電動控制模塊中的綜合保護裝置采集狀態運行的開入量，在開關柜的二次回路中，通常將微機五防邏輯節點串入到操作回路。如圖9所示，當防誤條件滿足時邏輯節點閉合，進行相應的操作，否則控制回路不通，將無法進行操作。

圖9 電氣操作邏輯閉鎖示意圖

5 電動控制模塊的應用前景

電動控制模塊裝置和電動傳動機構的完美結合給開關設備的保護和控制帶來了新的解決方案。開關柜智能保護集成控制裝置的后臺操作系統，根據用戶操作票的具體內容，依次按分斷路器、手車出車、合接地開關的順序完成出車控制；按分接地開關、手車進車、合斷路器的順序完成進車控制。電動控制模塊的綜合保護裝置以微機處理器為核心，根據數據采集系統所采集到的實時狀態數據，按照給定的算法來檢測是否發生故障以及故障的性質和范圍，并由此做出是否需要跳閘或報警等判斷。該裝置不僅可靠性大大提高，而且調試和維護更加方便，從而縮短了停電和檢修周期，更進一步實現了現場無人值守的可靠性。

6 結束語

電力系統的安全、可靠運行影響著生產和生活的方方面面，電動控制模塊看似是一件小元件，但它與其他相關設備的配合使用，使得高壓開關柜的運行操作更加安全、可靠、便捷。根據運行的要求，能準確地完成在既定程序控制下的一系列工作，不僅可以實現配電房現場的無人值守，而且杜絕了人為的誤操作、誤動作，更進一步地提升了電力系統的可靠性、安全性和智能性。