提高配电网安全性的隔离开关用机械锁定保护装置探析

刘永刚

提高配电网安全性的隔离开关用机械锁定保护装置探析

刘永刚

随着国民经济的持续发展和人民用电需求的提高,国家对电网的投资力度加大,对供电可靠性和供电质量的要求也越来越高。作为电源隔离或分线用途的高压隔离开关使用量大,性能可靠性要求高,是我国配电网中使用量最大的产品之一。高压隔离开关的误动作事故严重影响着配电网络的安全。本文是笔者理论与实践的一次有益尝试,开发出这种隔离开关用机械锁定保护装置,争取在满足国家标准或客户需求的基础上,以达到提高配电网安全性的目的。

配电网 安全性 隔离开关用机械锁定保护装置

在电力系统中，隔离开关作为配网设备，应用比较广泛，其从应用上来看，主要起到了对电源隔离或分切线路的用途，对配电网的安全性有着十分重要的影响。然而，传统的隔离开关在实际应用中往往会因操作过电压、雷电流冲击，风摆、雨雪、鸟雀等不确定干扰因素的影响而误动作，造成停电事故，给配电网的正常运行带来隐患。所以，设计一款抗干扰能力强，能够避免误动作，以期提高配电网安全性的隔离开关是十分有必要的，现开始探讨新型隔离开关的设计。

1 提高配电网安全性的隔离开关用机械锁定保护装置设计的必要性

伴随着我国经济实力的不断攀升，电力建设得到了迅速发展，然而伴随发展而来的问题也接踵而至。譬如在我国配电网中使用频繁的隔离开关，它是通过动、静触头的切合与分离实现分、合电路操作，用以改变电路连接或使线路或设备与电源隔离的。一旦出现故障，不仅给公用电网的运行安全滋生困扰，还可能会烧坏附近的电器，或造成停电事故，给用户带来不可挽回的经济损失。

传统隔离开关在机械锁定装置上多利用勾型弹簧，借由联动回转压板形成锁扣，虽然设计精巧，但是缺点是：使用时，其弹性元件极易受外力震荡、环境干扰，或装配不良，而易于脱落。此外，这种装置受到了勾型弹簧结构的局限性——有效圈数少，其储能方式是由弹簧本身的张力形成，易于产生弹性疲劳而失效。在国内，高压隔离开关锁定机构使用最多的一种方式是扳扣式结构，它由拉伸弹簧牵引撞针片形成锁扣，装配精度差;由于是裸露装置，极易受污秽等环境因素干扰而失效。高压隔离开关的误动作事故严重影响着供配电网运行的可靠性，因此，在隔离开关上设计一种安全可靠的机械锁定保护装置是十分必要的。

图1 实施方案结构示意图

2 提高配电网安全性的隔离开关用机械锁定保护装置设计分析

由上文中可知，隔离开关在配电网中应用广泛，而其安全性的提高，对电力系统输配电的可靠性有很大影响。下面就对隔离开关用机械锁定保护装置的设计进行分析：

这种机械锁定保护装置主要安设于隔离开关刀闸上，完全区别于传统隔离开关的机械锁定装置安装精度差、弹簧裸露、易于弹性疲劳，受环境干扰大的缺点，将弹性部件封装在密闭滑到内，作简单直线往复运动，配合刀闸的回转，以实现隔离开关的开锁分闸/闭锁合闸操作。

所述密闭滑道固定在所述隔开开关刀闸上，该密闭滑道的一端为容所述锁舌进出的出口，另一端为端壁;装设在隔离开关刀闸上的拉环设有一回转中心孔和一球面槽通孔，拉杆一端与所述锁舌固接铰接，限位于封闭滑道内，另一端呈球形结构，穿过所述封闭滑道的端壁后通过球面槽通孔与所述拉环铰接。弹簧套在拉杆上，一端推抵所述锁舌，另一端推抵所述封闭滑道的端壁。

锁舌舌头下端为弧形结构，以减小合闸阻力，便于锁舌自由伸缩顺利合闸。

此外，拉环有一回转中心孔，且在孔圆周上设有限位凸台。防止作用于拉环上的冲击力过大造成对锁定保护装置的损坏。

锁头可根据实际需要做成各种形状，但内孔一定是锁舌限位孔，使锁舌锚入锁头内，起到锁定的作用。

3 提高配电网安全性的隔离开关用机械锁定保护装置实施方案

图1中，本机械锁定保护装置由拉环1、锁舌3、外滑槽2、内滑槽5、弹簧6、拉杆7及锁头(图中未示)组成。

外滑槽2和内滑槽5扣合后形成一封闭滑道，并通过固定轴固定在隔离开关刀闸4上;锁舌3与弹簧6被限位于封闭滑道内，封闭滑道的一端为容锁舌3进出的出口，另一端为端壁，该端壁上开有容拉杆7穿过的通孔。

拉环1上设有一回转中心孔13和一球面槽通孔14，利用一回转轴穿过回转中心孔13将拉环1可旋转地装设在隔离开关刀闸4上。

拉杆7一端穿过弹簧6中心孔与锁舌3铰链，另一端呈球形结构，穿过封闭滑道端壁上的通孔后与球面槽通孔14啮合，方便于球面槽内旋转，使得拉环1与拉杆7铰接。

弹簧6一端推抵锁舌3，另一端推抵封闭滑道的端壁;本实施例中，弹簧6采用成熟的圆柱形压缩弹簧，材料为弹性不锈钢;

锁舌3的舌头呈弧形结构，以减小合闸阻力，便于锁舌自由伸缩顺利合闸;锁头可根据实际需要做成各种形状，可以与隔离开关的动触头制成一体，拟或与动触头装配成一体结构，但锁头内孔一定是锁舌限位孔，使锁舌3锚入锁头内，起到锁定的作用。

回转中心孔13的圆周边上还设有限位用的第一凸台11和第二凸台12，隔离开关刀闸4上还设有一个限位轴41，限位轴41位于第二凸台12上方，用于闭锁时抵住第二凸台12;第一凸台11位于封闭滑道下方，用于开锁时锁舌3滑入封闭滑道内后抵住封闭滑道，防止拉环1转动角度过大或者拉环1上的冲击力过大造成对锁定保护装置的损坏。

开锁时转动拉环1，作用于拉环1上的开锁力传递给拉杆7，拉杆7牵引锁舌3挤压弹簧6使得锁舌3滑入封闭滑道，退出锁头;闭锁时，推动拉环1，拉环1上第二凸台12旋转并止位于限位轴41，弹簧6得以伸展，从封闭滑道内释放锁舌3，锁舌3弧形面最先撞击触头，受触头反作用力，锁舌3挤压弹簧6向滑道内移动，待隔离开关到达合闸位置时，锁舌3受弹簧的挤压力伸出滑道进入触头孔，从而实现自锁;锁舌3相对封闭滑道的位移是通过第一凸台11、第二凸台12、限位轴41以及旋转弧长来确定的。

本设计的有益效果是：这种隔离开关用机械锁定保护装置，使弹性滑动部件在相对封闭的滑道内作往复运动，弹簧受环境干扰因素少，其可靠性系数提高。能够有效地避免传统隔离开关用机械锁定机构的弊端，达到提高供配电网络安全的目的。此外，其结构简单，经济成本仅为传统装置的50%～70%，具有极高的推广价值。

4 结语

提高配电网的安全性是电力部门工作的重点，想要提高安全性首先就是要做好预防工作。本文中的隔离开关用机械保护装置能够提升配电网的安全性，并对整个电力系统安全起到了十分重要的作用。所以，笔者在对隔离开关用机械保护装置进行设计时，总结了以往的相关经验，并结合国内外的研究现状，通过相应的科技手段不断完善该装置结构，以确保设计的精准。只有这样，隔离开关用机械保护装置才能更好地提高配电网的安全性。

[1]邱宣怀.机械设计[M].第四版.北京：北京高等教育出版社,1997.

[2]丁昌国.隔离开关存在问题及改进措施[J].吉林电力,2004(6)：55-56.

[3] 机械设计手册编委会.机械设计手册[M].北京：机械工业出版社,2004.