开关分合闸线圈防误触碰装置的研制与应用

广东电网有限责任公司佛山供电局 李春阳 张耀浩 庄名富 周志红

开关是电力系统中应用最广泛且不可或缺的电力设备[1]，当电力系统正常运行时，用于开断或闭合空载电流和负载电流，当电力系统发生故障时，用于快速切除短路电流和负载电流，确保电力系统、设备和人身安全。

分闸线圈、合闸线圈是开关控制回路重要组成部分，用于控制开关分闸、合闸[2]，当开关操作电源和电机电源均在合位，打开开关机构箱进行日常维护等工作时，若开关在合位，误触碰到开关分闸线圈的撞杆，撞杆撞击分闸触发器，可能会导致开关误分闸；若开关在分位，误触碰到开关合闸线圈的撞杆，撞杆撞击合闸触发器，可能会导致开关合闸。开关分闸过程中，分闸弹簧释放能量，带动主拐臂旋转，使开关分闸，同时会产生巨响，若此时维护人员在开关机构旁，主拐臂、弹簧或其附件可能会误伤维护人员，开关合闸过程中亦是如此。若维护人员误碰坏分闸线圈，可能会导致在发生故障时，开关无法分闸，从而扩大停电范围，误碰坏合闸线圈虽然比碰坏分闸线圈危害小，但也会影响设备正常送电，妨碍设备的供电可靠性[3]。文献[4]针对西门子“3AP1F1”“3AP1FG”型开关机构，在分闸线圈上方加装方形外壳，外壳上有散热孔，但是安装方形外壳需要在开关机构上打孔，且未对合闸线圈加装防护装置。

基于此，本文研制一种用于防误触碰35kV开关分合闸线圈装置，在分合闸线圈及开关机构前加装防护装置，使维护人员与开关机构分合闸线圈之间形成屏障，保证设备运行安全和人身安全。

1 需打开开关机构箱的工作

本文研制的防误触碰开关分合闸线圈装置，主要针对西门子35kV开关机构，型号为3AP1 FG，该机构的箱门可以前后打开，前门有端子排、分合闸操作面板、合闸弹簧机构、分闸弹簧机构等部件，后门有储能电机、分合闸联动机构、分合闸线圈等部件，打开箱门后，这些部件均未经挡板等阻隔，裸露在外面。分合闸线圈如图1所示，可以看出，分合闸线圈撞杆与机构垂直，撞杆很容易受到来自垂直于机构方向的物体撞击，若撞击力度达到触发分闸接触器或者合闸接触器，开关就会分闸或合闸，这种安装方式的分合闸线圈，在无防护的情况下，很多日常工作均可能误触碰。

图1 西门子开关分合闸线圈

开关机构箱在实际运行中，应做好防虫驱虫、防潮、防尘、防火等工作，防止因积尘、受潮、虫害、火灾等问题对机构箱的良好运行产生影响，保证变电站设备健康水平。因此，根据现场分析，变电站日常工作中，会打开开关机构箱造成误触碰分合闸线圈，导致分合闸线圈损坏或误分合闸风险的工作主要有：

一是对开关机构箱内电缆封堵、箱体密封、防火隔板、加热器设备运行工况[5]、照明灯具等月度检查，机构箱箱内清扫；二是天气突变、保供电等对设备特巡工作；三是继电保护装置定检等需打开开关机构箱的工作；四是开关机构检修、开关防拒动检查等工作中误触碰分合闸线圈，或使用生产工具时，工具不小心触碰到分合闸线圈；五是其他工具在使用时误触碰分合闸线圈；六是开关机构箱门打开时，异物撞击分合闸线圈，导致分合闸线圈毁坏。上述工作对开关分合闸线圈造成的误触碰风险，没有确定的时间，亦无规律，使运维人员对此风险的管控变得困难。

2 开关机构加装防误触碰装置

2.1 防误触碰分合闸线圈装置的设计

在设计开关防误触碰分合闸线圈装置之前，应先熟悉开关机构的结构和工作原理，这样才能设计出最佳方案。开关分合闸时，开关机构会产生较大振动，这给防误触碰装置设计带来了难度。对防误触碰分合闸线圈设计要求包括：一是不能受开关分合闸时产生的振动的影响；二是防误触碰装置安装之后，不应影响对开关机构的观察；三是不应影响开关机构正常运作，应尽可能减少对开关机构的影响。四是防误触碰装置应满足安全性要求，绝缘、防火、防潮；五是在安装防误触碰装置时，不应在开关机构上钻孔、焊接等破坏机构。六是开关在分闸或合闸时，线圈会因带电发热，因此防误触碰装置不应影响线圈散热。

基于上述六点设计要求，本文采用物理阻隔的方式，在分合闸线圈上加装挡板，阻隔维护人员误触碰分合闸线圈，阻隔挡板材料选用不可燃、绝缘、安全性强的透明有机玻璃材料；挡板安装选用螺丝固定的方式，即根据35kV开关机构特点，借助开关机构预留的螺丝孔作为有机玻璃挡板的安装孔，这样无需再焊接其他辅助安装设施，实现减少因安装有机玻璃挡板对开关机构影响的要求；螺丝和螺母采用不可燃和绝缘的尼龙材料，这样在安装时和正常运行时均不会损伤开关机构，满足设计要求。有机玻璃挡板在设计时，与开关机构留有一定距离，线圈上方留有圆形孔，线圈可从上方和左右两侧散热。

2.2 前期材料准备及装置制作

通过正规渠道，购买质量合格的有机玻璃和柱形尼龙材料，保证材料质量的安全可靠。测量开关机构预留螺丝孔的孔径、深度和螺纹距离，分别构建出螺丝和螺母的CAD三维模型，用于螺丝和螺母的制作，采用三个螺母的方式，方便有机玻璃挡板的固定。测量各预留螺丝孔之间的距离，开关机构与分合闸线圈构成的平面大小，确定有机玻璃挡板大小、挡板上螺丝孔位置和孔径，构建有机玻璃挡板的CAD三维模型，将挡板制作成框型，保证挡板与开关机构保持一定距离，挡板上螺丝孔采用圆角矩形，方便安装时螺丝随螺丝孔位置进行调节。构建完成螺丝和有机玻璃挡板模型后，制作模具，将材料加工成实物。螺丝和有机玻璃挡板制作完成后，经开关厂家进行多次开关分合闸振动试验，测试合格后才能将装置推广应用，安装在运行的开关机构上，确保开关安全稳定运行。

2.3 防误触碰装置安装

防误触碰分合闸线圈装置制作完成后，接下来就要对装置进行安装。为确保施工人员的安全，安装前应先将开关转为检修状态，断开开关操作电源和电机电源空气开关，防止施工人员在安装防误触碰装置时开关突然分合闸，误伤施工人员。开关转检修后，做好安全措施，开具工作票后就可以进行防误触碰装置的安装。

安装前应提前准备好工器具，如扳手等，保证安装顺利完成。首先将有机玻璃挡板两个安装孔与开关机构两个螺丝孔对齐，插入螺丝前，先在螺丝孔放置一层软垫片，可防止有机玻璃挡板因开关机构分合闸时产生的振动而受损，然后将绝缘螺丝分别插入螺丝孔固定有机玻璃挡板，拧紧绝缘螺丝，检查有机玻璃挡板安装是否牢固。安装完成后，整理工器具，清理现场，勿将垃圾、工器具等遗留在开关机构箱内。

2.4 安装后的验证与维护

安装后通过对开关多次分合闸测试，来检验防误触碰分合闸线圈装置安装后对开关分合闸及开关机构的影响。通过检验，防误触碰开关分合闸线圈装置对开关分合闸及正常运行无影响，且特殊材质螺丝不受开关分合闸振动的影响，几乎不会发生松动现象，安装牢固。

防误触碰装置安装后，无需特意维护，只需定期检查装置螺丝是否松动，以防装置固定螺丝长期受开关分合闸振动，发生轻微松动，对开关机构正常运行产生影响。安装后若要对开关机构进行检修等工作，只需将固定螺丝拆除，取下防误触碰装置，工作完成后再装上即可。

3 防误触碰装置现场应用和推广

某500kV变电站是佛山市重要变电站，站内有4台主变，每台主变变低所带的35kV母线设备开关均为西门子“3AP1 FG”型开关，共22台，由于数量庞大，安全隐患程度也随之增加。为了消除西门子“3AP1FG”型开关分合闸线圈裸露在外，容易被工作人员触碰的风险，站内人员按照文中设计方法制作出分合闸线圈防误触碰装置，付诸实施，安装在站内22台开关上，制作完成的螺丝、螺母、有机玻璃挡板如图2所示。安装完成后的开关机构如图3所示。可以看出，防误触碰分合闸线圈安装之后，对开关分合闸线圈有很好的防护作用，实现了对分合闸线圈误触碰风险有效精准地管控，消除了误触碰的安全隐患，提高了设备供电可靠性。

图2 制作的螺丝、螺母和有机玻璃挡板

开关机构安装分合闸线圈防误触碰装置后，运维人员在对开关机构箱进行防火、防潮、防尘、治虫等日常维护时，无需分心特意关注分合闸线圈，减轻了运维人员心理压力，使运维人员更多地专注维护工作。继保、检修等工作人员也无需担心工具等碰坏分合闸线圈。

防误触碰装置安装半年后，防护效果良好，可以推广到全省变电站所有35kV西门子“3AP1 FG”型开关设备上，彻底消除分合闸线圈误触碰隐患。

图3 安装后开关机构

4 结语

由于误触碰开关分合闸线圈风险较大，严重影响电力系统安全稳定运行，本文对防误触碰开关分合闸线圈机理进行分析，设计和制作防误碰装置，测试合格后安装于运行中的开关机构上。经长时间现场检验，防误触碰分合闸线圈装置能较好地阻止工作人员误触碰分合闸线圈，且对开关正常运行无任何影响，保证电力系统发生故障时，开关能迅速切断故障电流。