浅谈电动控制模块在开关柜中的应用

漆昀晟

（甘肃电器科学研究院，甘肃 天水 741001）

1 概述

随着国家电网城乡建设投入的增多和各领域工程改造日益的增多，高中压开关设备在输配电领域的使用越来越多。近年来电动操作机构在开关柜上的使用日趋频繁，技术也日趋成熟、可靠，其中包括电压等级为6 kV、10 kV、40.5 kV等系统中开关设备。通过在开关柜上安装电动控制模块与电动执行机构相互配合对开关柜控制后，开关设备的操作性和可控制性都有了质的飞跃，不仅使开关设备具有状态监视、过程控制及运行报警等功能，而且实现了电力系统的远程控制及在线监视[1]，从而使得开关设备运行的安全性大大提高。

2 电动控制模块的介绍

2.1 电动控制模块的作用

电动控制模块用于控制开关柜中所配备的电动手车的进、出和电动接地开关的合、分闸操作，并能有效防止电动手车进、出和电动接地开关合、分闸的误动作，具备堵转和操作限时保护，该模块配套的执行机构还可以手动操作手车的进、出和接地开关的合、分闸，且与电动操作相互闭锁。

2.2 进车机构的工作原理

开关柜中手车电动时通过底盘车中电机（图1），带动齿轮经丝杠转动传动轴来实现手车的电动进、出。当手车进车到工作位和出车到试验位时，由接近开关感应到位置状态信号，并将位置状态信号上传到电动控制模块（图2），由控制装置发命令使电机停转。在进车机构上还安装有感应探头，控制装置一直检测着手车的运动情况，如果在行进过程出现堵转时，停止当前操作，并反向驱动电机将手车退回至试验位，若返回过程再次堵转，将停止电机运行，从而保护机构不被损坏，同时控制模块中的综合保护装置发出故障报警提示。

图1 电动进、出车底盘图

图2 电动控制模块图

2.3 接地开关执行机构的工作原理

电动接地开关是在接地开关操作大轴上装有一个电机与齿轮箱（图3、图4），电机的输出通过齿轮并带动接地大轴转动，实现接地开关的电动合、分。在接地开关的合、分位各有一个接近开关感应装置，通过在接地开关操作大轴的感应探头来抽取合、分到位信号，将位置状态信号上传到电动控制模块，控制模块控制电机的停转。

图3 电动操作模块示意图

图4 电动操作模块配柜示意图

手动操作接地开关时，用操作手柄直接操作，这时操作手柄会推动接地开关操作大轴前端中心的芯杆后移，使之与电动机构脱开并进行操作。手动与电动切换方便、可靠。

电动操作机构的特点：机构体积小、传动环节少、能量损耗小、传动力矩大、传动力平稳可靠。

3 控制模块与控制对象间的逻辑控制

3.1 状态监视

通过在开关柜中安装各种元件及传感器，从而准确地为控制模块中的综合保护装置提供了设备运行状态的各种信号。而与控制有关的关键信号则由位置传感器提供，该传感器具有反应灵敏、寿命长、精度高等特点。这就保证了控制模块中综合保护装置对电动执行机构的准确可靠判断（图5）。

图5 控制模块中数据运行示意图

控制模块中综合保护装置通过对状态量的综合判断，进行一次模拟图的动态显示、操作过程的启停、故障报警和特殊处理，从而达到对开关柜中手车、接地开关等状态的实时监测与保护。

3.2 手车电动进出车五防闭锁及运行报警

（1）手车电动进/出过程信号通过控制模块中安装的综合保护装置软件实现逻辑闭锁，保证了手车的安全和防误操作功能。

1）只有在开关柜的前后门板完全关闭时才可以进行操作。

2）只有在断路器处于分闸状态时手车才可以从试验位置运动至工作位置，或从工作位置运动至试验位置。

3）只有在接地开关处于分闸状态时手车才可以从实验位置运动至工作位置。

（2）手车电动进/出过程出现的报警提示（图6）。

图6 报警提示示意图

用户根据提示可在故障明确的前提下处理该过程出现的异常。

（3）手车进/出电动执行单元的状态信号。

控制模块中综合保护装置利用这些状态信号可对手车的操作进行完善准确的控制。这些信号表明：手车是否可靠锁定在试验位置或工作位置，开关柜动静触头搭接是否可靠，相关的电动执行机构是否顺利运转。

3.3 断路器在控制模块的综合保护装置控制下的电动合分

（1）断路器的电动合分过程通过机械和综合保护装置实现机械和电气的相互闭锁，保证了断路器的安全和防误操作功能。

1）只有在手车可靠锁定在试验位或工作位时才可以操作断路器。

2）只有在断路器储能机构完成储能后才可以合断路器；

（2）断路器的电动合/分过程出现的报警提示（图7）。

图7 报警提示示意图

在该提示下用户可准确地处理断路器出现的异常问题。

（3）断路器的合/分电动执行单元的信号。

将断路器运行状态的常开、常闭接点，运行、试验位置接点、储能接点引入控制模块的开入量中，即断路器合闸状态/断路器分闸状态/储能机构储能状态。这些信号可表明：储能机构或回路是否正常，断路器合闸机构或分闸机构是否正常。如果出现异常装置将及时报警，运行人员可根据报警提示快速找到问题并进行处理。

3.4 接地开关的电动合分

（1）接地开关电动合分的过程信号通过控制模块中安装的综合保护装置和软件实现逻辑闭锁，保证了手车的安全和防误操作功能。

1）只有手车锁定在试验位或手车在柜外时才能合/分接地开关。

2）只有后盖板关闭才能分接地开关。

（2）接地开关的电动合/分过程可出现报警提示。

根据报警提示用户可做到目标明确地处理该过程出现的异常。

（3）接地开关的合分电动执行单元的状态信号。

将接地开关上的辅助接点引入控制模块的开入量中，即接地开关分闸状态和合闸状态[2]。根据这些信号可知道接地开关合分电动执行机构是否正常运转。

（4）接地开关操作时的防误闭锁原理。在控制器回路中串入防误输出接点，只有在条件满足时才可以开锁进行操作(图8)。

图8 接地开关电气闭锁示意图

4 微机五防系统的运用

随着计算机、互联网和大数据通信技术的发展，微机五防系统广泛运用于变电站及电厂中，通过综合保护装置提供强大的逻辑处理能力，可以设置各种逻辑状态来实现逻辑闭锁功能，把各条线路的操作“五防”分配给相应的测控单元。

电动控制模块中的综合保护装置采集状态运行的开入量，在开关柜的二次回路中，通常将微机五防逻辑节点串入到操作回路。如图9所示，当防误条件满足时逻辑节点闭合，进行相应的操作，否则控制回路不通，将无法进行操作。

图9 电气操作逻辑闭锁示意图

5 电动控制模块的应用前景

电动控制模块装置和电动传动机构的完美结合给开关设备的保护和控制带来了新的解决方案。开关柜智能保护集成控制装置的后台操作系统，根据用户操作票的具体内容，依次按分断路器、手车出车、合接地开关的顺序完成出车控制；按分接地开关、手车进车、合断路器的顺序完成进车控制。电动控制模块的综合保护装置以微机处理器为核心，根据数据采集系统所采集到的实时状态数据，按照给定的算法来检测是否发生故障以及故障的性质和范围，并由此做出是否需要跳闸或报警等判断。该装置不仅可靠性大大提高，而且调试和维护更加方便，从而缩短了停电和检修周期，更进一步实现了现场无人值守的可靠性。

6 结束语

电力系统的安全、可靠运行影响着生产和生活的方方面面，电动控制模块看似是一件小元件，但它与其他相关设备的配合使用，使得高压开关柜的运行操作更加安全、可靠、便捷。根据运行的要求，能准确地完成在既定程序控制下的一系列工作，不仅可以实现配电房现场的无人值守，而且杜绝了人为的误操作、误动作，更进一步地提升了电力系统的可靠性、安全性和智能性。