新型高效高压开关设备联锁装置的研究与应用

2013-08-03凌斯

山东工业技术 2013年7期

凌斯

(浙江临高电气实业有限公司，浙江临海317004)

0 引言

改革开放以来的三十多年内，我国的开关制造业通过独立自主研发、引进国外先进技术和与世界知名电气制造商合作合资等多种方式，无论产品的技术性能，还是生产规模等均得到了极大的提高，很大程度上推动了我国电力工业的迅猛发展。在中压3.6～40.5kV 系统中，现在虽然已有种类繁多的各种开关和成套装置基本满足了不同电力设备的需求，但就运行的可靠性与安全性而言，仍存在一些不容忽视的问题。认真对待并解决这些问题，将对实现降低电能输送成本，确保设备的安全运行和打造坚强智能电网等都具有非常现实的意义。

本文针对防止高压开关设备误动操作，提高设备的安全性，并使联锁装置简单可靠的技术需求，依据GB3906-2006《3.6～40.5kV 交流金属封闭开关设备和控制设备》联锁装置[1]的有关要求，结合市场上现有的联锁方案，研究并应用实施了一种新型高效安全可靠的高压开关设备联锁装置。

1 研究背景

高压开关设备是电力系统中应用范围最广、使用数量最大、结构型式最多的输配电设备。其必须按照系统的运行要求，既定的操作程序，准确可靠地“接通”或“断开”电路，保证系统的稳定运行，是电力系统安全运行的忠诚“卫士”。

“五防”装置一般可分为机械、电气和综合三类[2]。市场上高压开关设备类型很多，大多数都有较完善的联锁方式，但仍有不少高压开关设备的联锁尤其是机械联锁不完善，而且安装调试、维护检修相当不方便，尚不能完全达到“五防”要求。历年来，大量电气事故的统计表明，人身触电伤亡和电气设备事故，往往与电气工作人员的技术业务水平有着直接关系。严格按电气安全工作规程操作，能有效减少并避免误操作事故的发生。但在实际工作中，或多或少地因联锁失效而导致操作事故发生的情况。

目前电力系统中，固定式高压开关设备配用断路器（机构与开关一体式）与隔离开关之间的联锁大多采用两种方式：一种，是用钢丝绳将闭锁操作面板上的拨叉和断路器脱扣装置连一起，即钢丝绳联锁；另一种，利用断路器上的主轴以及安装在断路器机构箱顶部的传动连杆与闭锁操作面板上的操作盘相连的方式，即主轴顶部联锁。其中，钢丝绳联锁为被动联锁，操作人员往往因操作力不当或操作程序弄错，很容易使钢丝绳断裂，继而使联锁功能失效。主轴顶部联锁由于其安装在断路器机构箱顶部，开关柜内将断路器、隔离开关与互感器等元器件安装完毕后，装配人员安装此种联锁装置时，空间十分有限，不利于安装调试。特别是开关柜并柜后，若联锁装置变形或损坏，更换的难度极大。例如，中国专利文献CN201758086U 公开的一种固定式金属封闭高压开关设备用安全联锁机构[3]即属于主轴顶部联锁的方式，其包括隔离刀操作机构和VD4 断路器分合闸操作轴，两者之间设有安全联锁装置。 VD4 断路器分合闸时通过其操作轴、圆连杆、杠杆连杆、连接弯板带动隔离刀操作机构限制板自由上下滑动，实现了各操纵机构联锁[3]。但是该装置的传动连杆安装在断路器机构箱顶部，其安装空间有限，不利于安装和维护。

2 工作原理、技术方案与技术路线

为解决现有固定式高压开关柜的联锁装置传动不够灵活、且在柜体运输、安装、使用过程中，易发生形变及维护不方便等问题，创新设计了一种新型高效的高压开关设备联锁装置。其技术方案是包括隔离开关操作机构、断路器分合机构以及设置于隔离开关操作机构和断路器分合机构之间的传动机构，如图1 所示。

隔离开关操作机构包括：设置于闭锁操作面板外端用于控制隔离开关分合的操作手柄18 及设置于闭锁操作面板内侧的拨叉，操作手柄18 与拨叉通过穿设于闭锁操作面板的转轴固定连接。手柄18 转动时带动拨叉一起旋转。

断路器分合机构包括控制断路器合闸的合闸轴10 和合闸弯板11 及控制断路器分闸的脱扣半轴12 和脱扣弯板13。当合闸弯板11 向上移动卡设于合闸轴10 上时，该断路器不能合闸；当合闸弯板11 向下移动时，断路器可以合闸。当脱扣弯板13 向下移动卡设于脱扣轴13 上时，该断路器保持分闸状态，当脱扣弯板13 向上移动时，该断路器可以分闸。

传动机构包括设置于断路器外部下方的连杆机构和设置于断路器内并位于断路器底部的杠杆机构。其中，杠杆机构包括分别设置于杠杆支点两侧杠杆上的控制合闸弯板11动作的闭锁合闸杆14 和控制脱扣弯板13 动作的脱扣活动顶杆15。

连杆机构，如图2 所示，包括：固定于断路器侧壁上的导向板1，导向板1 上穿设有转动轴5，在转动轴5 的两侧分别固定连接有驱动拐臂2 和联动拐臂3。驱动拐臂2 另一端通过与其铰接的驱动杆4 与拨叉固定连接，联动拐臂3 通过与其铰接的联动杆6 带动一个铰接于支架8 上的扇形板7 转动，支架8 固定于断路器的底壁上，在断路器的底壁上对应扇形板7 的顶端部位还穿设有活动顶杆9，扇形板7 的转动带动活动顶杆9 上下伸缩；活动顶杆9 穿入断路器内顶动杠杆机构。

上述连杆机构中，驱动杆4 包括与驱动拐臂2 铰接的下接头43；与隔离开关操作机构铰接的上接头41；以及设置于上接头41 与下接头43 之间且分别与上接头41 和下接头43螺纹连接的驱动杆调节杆42。

上述连杆机构中，联动杆6 包括：与联动拐臂3 铰接的拐臂接头63；与扇形板7 铰接的扇形板接头61；以及设置于拐臂接头63 与扇形板接头61 之间且分别与拐臂接头63 和扇形板接头61 螺纹连接的联动杆调节连杆62。

如图4 所示，支架8 包括两个平行的支板81 和桥接于两个支板81 之间的连接板82，支板81 之间设有铰轴83，扇形板7 铰接于铰轴83 上，连接板82 固定于断路器底壁上，连接板82 在对应扇形板7 的顶端部位处穿设有活动顶杆9。这样，驱动杆4 与联动杆6 均可以根据不同型号的柜体进行长度调整，该联锁装置的适用范围广，适应能力强。

如图5 所示，杠杆机构包括：设置于断路器底壁上的支撑板16，支撑板16 上设有支点，用于支撑杠杆22，闭锁合闸杆14 通过闭锁合闸杆拐臂141 与杠杆22 的一端铰接连接；脱扣活动顶杆15 与杠杆22 的另一端铰接连接；闭锁合闸杆14 的顶端成型有卡槽143，卡槽143 与固定连接在合闸弯板11 上的锁销17 配合实现合闸弯板11 的上下移动；脱扣活动顶杆15 的顶部成型有控制拐臂151，控制拐臂151 直接作用于脱扣弯板13 的上端面实现脱扣弯板13 上下移动。

闭锁合闸杆14 上套设有复位弹簧20，在活动顶杆9 在下部设有顶动闭锁合闸杆拐臂141 时，在复位弹簧20 的作用下，闭锁合闸杆14 落下。

在断路器内还设置有一个控制断路器分断的常闭微动开关19，微动开关19 与断路器及隔离开关进行串联电连接；闭锁合闸杆14 上成型有垂直于杆体的弯边142，微动开关19 设置于弯边142 的上侧，弯边142 向上移动顶动微动开关19 使其分断，实现电动分闸。

在断路器内设置有与合闸弯板11 固定连接的滚轮21，合闸弯板11 处于下部时，滚轮21 压设于闭锁合闸杆拐臂141 上。

本联锁装置设有“工作位”、“检修位”和“分断闭锁位”三档控制位，使隔离开关与断路器能互动联锁控制，进行隔离开关分、合闸操作。具体为：

当断路器处于合闸状态，即联锁装置处于“工作位”时，滚轮21 处于落下位置，其压设于闭锁合闸杆14 上，阻挡了闭锁合闸杆14 向上运动，即传动机构不能移动，隔离开关操作机构中的操作手柄18 不能活动，该联锁装置不能使操作手柄18 打向“分断闭锁位”，即该联锁装置不能使断路器打向分闸位置。同时，成型于闭锁合闸杆14 中部的弯边142 与微动开关19 间隔一定距离，同时实现电动合闸。

当断路器处于分闸状态时，由于合闸弯板11 卡设于合闸轴10 上，滚轮21 也处于抬起位置，其释放了闭锁合闸杆14。当操作手柄18 拨至“分断闭锁位”时，拨叉带动驱动杆4，在导向板1 的作用下，驱动拐臂2 与联动拐臂3 夹角为90°，然后通过联动杆6 带动扇形板7 动作，进而使活动顶杆9 向上伸，行程约为13mm，顶动断路器内部的杠杆机构，使闭锁合闸14 向上伸，闭锁合闸杆14 上的卡槽143 卡住合闸弯板11 上的锁销17，使合闸弯板11 保持在卡设于合闸轴10 的位置，合闸轴10 不能转动，断路器不能合闸。同时设置于支点另一侧的脱扣活动顶杆15 向下压，控制拐臂151 直接作用于脱扣弯板13 的上端面，脱扣弯板13 向下移动，卡设于脱扣半轴12 上，使脱扣半轴12 不能转动，断路器保持在分闸状态。同时，闭锁合闸杆14 向上移动时，成型于闭锁合闸杆14 中部的弯边142 向上移动顶动微动开关19 同时实现断路器合闸回路断开。这样，可以使断路器不能进行手动和/或电动的合闸操作，保证了隔离开关操作的安全。当操作手柄18 拨至“检修位”时，拨叉带动驱动杆4，在导向板1 的作用下，驱动拐臂2 与联动拐臂3 相互转动，然后通过联动杆6带动扇形板7 动作，进而使活动顶杆9 处于下部，与断路器内部的杠杆机构相隔一段距离，闭锁合闸杆14 处于下部，卡槽143 与锁销17 相隔一段距离，释放合闸弯板11，断路器可以进行手动分合闸操作。