开关柜接地开关防误操作装置的研究与设计

王文胜 余伯略 黄卫东 邝国军

（广东电网公司珠海供电局，广东 珠海 519100）

1 开关柜接地开关防误操作的现状

目前开关柜接地开关防误操作采用对接地闸刀操作孔挂装机械电磁锁，在操作接地闸刀时由操作人员进行人工判别，在电缆无电时打开机械电磁锁进行操作，但是在无电的情况下，机械电磁锁也不能打开，机械电磁锁的应用往往因现场无法提供操作电源而受到限制，况且即使有外部电源，由人工进行判别总会有出错的可能，所以普通挂锁方法并不是一种完善的可靠的防误方案，如图1所示为机械电磁锁式高压开关柜接地开关误操作装置原理框图。

图1 机械电磁锁式高压开关柜接地开关误操作装置原理框图

图2 电场耦合式电压信号采集电路

图3 专用带电指示器原理框图

2 接地开关防止误合接地开关装置的设计

高压开关柜接地开关防误操作装置主要由专用带电指示器、无源电磁锁和电子钥匙三部分组成，使用时防误操作装置安装在高压开关柜面板上，装置上可控活门与接地开关操作孔对准，将专用带电指示器与无源电磁锁连接在一起，专用带电指示器为无源电磁锁提供控制信号。利用电容传感器通过电场法非接触获得三相高压信号，该信号通过屏蔽电缆线送到无源防误强制闭锁装置作为是否开锁判据，只要有一相高压端有电则无源防误强制闭锁装置不能开锁，只要高压端均没电则可以开锁，实现了无源防误强制闭锁装置有电闭锁、无电开锁，即验电解锁功能，开锁时需要的电能来源于无源防误强制闭锁装置的外部电子钥匙，电子钥匙通过拔插的方式为无源防误强制闭锁装置解锁时提供电源，锁门的驱动机构利用双稳态电磁铁，脉冲驱动，实现了闭锁装置低功耗工作。

2.1 专用带电指示器的设计

当电容传感器与高压带电体接触时，电容传感器与高压带电体之间就可以等效为一电容，如图2所示，利用电容的分压特性在电容传感器两端就可以获得与高压带电体电压成份完全一致的电压信号，该信号送到带电显示器进行处理后，就可以作为高压带电体是否存在电压的判据。

图4 无源电子锁及电子钥匙原理框图

专用带电指示器利用电容传感器非接触获得电压信号，通过整流电流将交流信号转换为直流信号给电容充电，再利用限流及稳压电路就可以获得稳定的直流信号，该信号就作为高压线路是否带电的判断依据，逻辑关系是：高压有电时电子钥匙不能开锁，即操作孔或锁门关闭，高压没电时可以开锁，强制开锁时必须使用专用的工具或不损伤柜体的破拆解锁，为防止没锁门就离开，正常开锁后解锁钥匙不能拔出，必须等操作结束，关闭锁门后才能拔出解锁钥匙。

2.2 无源电磁锁和电子钥匙的设计

无源电磁锁核心部件为双稳态电磁铁，由于采用双稳态电磁铁，闭锁时靠电磁力吸附住，解锁时使电磁线圈通电，产生反向电磁力，并借助弹簧弹出。

电子钥匙采用纽扣电池供电时，采用双稳态电磁铁可以实现微功耗设计，12V双稳态电磁铁驱动电流虽然在瞬间较大，但是持续时间几百微秒就可以工作，采用在电池两端并联一个电容，瞬间大电流由电容提供，这样大大延长电池的使用寿命，无源电子锁及电子钥匙原理框图如图4所示。

无源电子锁及电子钥匙安装实物图如图5所示，图5中的（a）图为闭锁状态，图（b）为解锁状态图。

防误操作装置可以在开关柜制造前配套安装，在开关柜面板上，直接从电压传感器取样，电压信号线隐蔽在闭锁装置背面（闭锁装置背面有接线插座），安装后与开关柜浑然一体。

防误操作装置也可以在运行中设备不停电情况下安装，将闭锁装置固定在开关柜面板上，安装简单、方便、牢固，电压信号从开关柜面板上原带电显示器插孔取样，闭锁装置配备电压信号联结线。

闭锁装置可靠性高，只要任一相取样电压信号存在，且取样电压信号≥15% 高压侧额定电压，电磁锁即处于强制闭锁状态，可控活门关闭。

闭锁装置具有反闭锁功能，当接地开关操作完毕，必须将闭锁装置可控活门复位，否则钥匙盒无法取下。

3 接地开关防止误合接地开关装置技术参数

1）开锁方式：拟采用插拨式专用防误开锁带电电子钥匙。

2）锁门机构动作元件：拟采用低功耗双稳态电磁锁及活动锁片，电磁锁设计使用寿命大于100000次。

3）带电显示器电容量：5-120P。

4）开锁钥匙内电池为12VDC纽扣电池，设计连续解锁使用寿命大于2000次。

5）逻辑判断电压信号来源于带电指示器，带电指示需符合DL/TS38-2006电力行业标准。

6）安装方式：采用柜门面板螺丝固定方式。

图5 无源电子锁及电子钥匙原理安装实物图

7）设计抗恶劣环境能力：计划与户外环网柜的抗环境要求指标一致。

结语

本文研究的接地开关防止误合接地开关装置利用双稳态电磁铁结合电子钥匙和专用带电指示器实现了环网柜接地操作孔验电、防误和解锁功能，解锁时采用外部纽扣电池供电，无源防误强制闭锁装置具有极低功耗设计，纽扣电池可以连续解锁2000次以上，根据配电网设备隐患排查的要求以及上述原因，开发无源验电防误解锁一体化强制闭锁装置势在必行，是为了解决在无源环境下高压带电时可靠地强制闭锁接地开关操作操作孔，由验电防误解锁一体化的自动装置替代操作人员进行防误控制，杜绝由于人为的出错而发生误操作的恶性事故的可能性，对保证配网运行安全和人身安全具有非常重要的意义。

[1]李国定.电磁场理论基础[M].北京：清华大学出版社2000，8.