一种带有接地位置监测的开关装置

王其中，王军委

（许继集团有限公司，河南 许昌 461000）

0 引 言

高压充气式开关柜是一种新型的电力开关设备，所有的高压元器件都密封在封闭的气箱内部，通过SF6气体或者多种环保气体等优于空气的绝缘介质绝缘，很大程度上减小了开关柜体的尺寸结构，且外壳接地，比较安全可靠，主要应用于城市变电站、居民区和商场酒店等用电场所[1-5]。应用范围十分广泛的充气式开关柜结构紧凑、操作灵活、互锁可靠，也可为人们在恶劣的环境中提供合适的控制方案。

（1）高压充气式开关柜其高压元器件全部密封于内充绝缘气体的气箱中，具有很强的适应性，可以在很多恶劣的环境中使用，如在高海拔、浓雾和污秽严重的环境中，高压充气式开关柜仍能长期正常工作；

（2）高压充气式开关柜具有灵活的安装性能。现场安装并柜均为绝缘主母线插接技术，并柜连接全程可视化操作，操作简单方便。

（3）高压充气式开关柜还具有很高的安全性。不仅能承受超高压的剧烈变化，而且有完善的保护措施，能确保变电站现场操作者的人身安全。

随着经济发展、用电负荷的增加以及国网公司对40.5 kV空气绝缘开关设备的300 mm绝缘净距离的要求，从而也为充气式开关柜的应用提供了广阔的发展空间，同时客户对电力设备的安全质量有了更高的要求[6,7]。在具体的工程应用中由于高压充气式开关柜高压元器件全部封闭于气室中，所以在设备检修维护时的工作难度系数比做传统的空气绝缘开关设备大，尤其是如何精准有效的监测气室中的三工位隔离开关的位置状态至关重要。

1 原有接地开关的监测缺陷

本文涉及到充气式开关柜，由于其气箱壳体内部的三工位隔离/接地开关处于完全封闭状态，不能直接观察其隔离和接地断口，在合分闸操作时，也看不到三工位开关动触头的实际运动轨迹。日常运维检修时，正确的操作方式是先把接地开关操作到合闸位置以确保设备可靠接地，才能进行下一步的检修工作。通常情况下，通过在三工位接地静触头处加装行程开关，通过动触头在行进中触碰行程开关来传输接地开关到位的位置指示，具体操作如图1所示。充气式开关柜的气箱壳体内安装有三工位隔离/接地开关，其开关本体构成包括由丝杆机构驱动的动触头和安装在壳体内部的接地极、行程开关，行程开关的作用是传递三工位开关的位置信号。开关动触头与接地极啮合时，即位于接地合位置时降压紧行程开关的弹片，行程开关处于闭合状态，从而将三工位开关的接地合位状态信号传递至开关柜操作面板处位置信号灯，显示其开关设备的运行状态。

图1 行程开关安装示意图

上述设计中，行程开关有下3个方面的不足之处。（1）行程开关安装在充气式开关柜的母线气箱内部，其更换行程开关较为麻烦，首先需要对开关柜气箱内部的电离后的SF6气体进行回收，然后才能打开气箱进行拆卸更换，操作起来费时费力，并且再次进行气箱装配时，密封性能不易保证；（2）行程开关的关合是由外界的力压紧弹片来实现的，在实际的电力设备运行时，多次压紧行程开关的弹片容易使其断裂，减少开关的寿命，无形中增加了运维的工作量；（3）在使用过程中，行程开关的状态指示可能会出现误差，其关合功能的实现全靠动触头压紧弹簧片，使弹簧片与行程开关的静触头接触而形成回路，三工位开关动触头在接地位置的位移有误差。若与接地极啮合的过多容易使行程开关弹簧片损坏掉，若与接地极啮合的过少则行程开关的弹簧片与其静触头无法接触，回路断开，行程开关无法指示三工位开关的接地状态，对于开关设备而言就容易带来安全隐患。

2 方案改进

上述的设计方案是通过弹片式的行程开关监测开关设备的接地状态指示，存在部分缺陷。为解决此缺陷问题而设计了本节介绍的安装有传感器的新型三工位开关装置，设计方案如图2所示，由接地极、动触头、静触头、磁铁、传感器以及丝杆机构等组成。气箱壳体内安装有三工位开关动触头、静触头和接地极等，动触头的端部进行加工的有直径6 mm、深度18 mm的小孔，内部嵌装3块磁铁（6 mm×6 mm），该动触头在三工位机构的驱使下沿着静触头、接地极的内壁做往复直线运动，实现三工位开关本体的隔离合、隔离分和接地3个位置的依次转换。当动触头与接地极啮合时，开关本体处于接地状态，磁铁与传感器之间在磁场力作用下，传感器处于闭合状态，把开关本体的接地状态信号传送到仪表室面板上的状态指示灯，当指示灯亮时，表示开关本体位于接地位置。在此操作过程中，磁场力的大小起决定性因素。传感器外形结构与M8的螺栓类似，旋入到轴承座径向上螺纹孔中，可以很便捷地调整传感器与磁铁间的距离，传感器与动触头中的磁铁间的距离越小，所感应到的磁场强度越大，通过旋转传感器在轴承座中的安装深度来调整传感器的安装位置从而达到调整磁场力的大小。

图2 磁控开关安装示意

此传感器技术在高压电气开关上的应用具有提升开关性能的优点，在此充气式开关柜中使用的磁铁材料可以是钕铁硼、铁氧体等多种，磁铁块的大小、形状、数量，取决于磁铁与传感器之间的磁场力，这应与传感器的安装位置结合起来考虑。

此装置的优点如下。

（1）三工位开关本体中的传感器可以精确指示三工位开关在接地位置处的信号，方便开关设备的运维检修。

（2）三工位开关装置的接地信号输出时初始位置，可以通过调整传感器的安装位置来调节。

（3）运用传感器指示三工位接地位置的设计思路新颖、制造容易、成本低且性能可靠，具有较强的市场竞争力。

3 结 论

在实际工程应用中，由于改进后安装有传感器的三工位开关装置，磁铁由于镶嵌在动触头端部，在运动过程中不受外力干扰，不宜损坏，其更换概率非常低。对于传感器而言，在使用其监测动触头在隔离/接地开关位置信号时为非接触状态。而对于密封状态下的充气式开关柜而言，通过磁场力驱动传感器来对开关柜的接地状态进行监测，对比行程开关因弹簧片在运动过程中产生位置偏差，传感器监测动触头位置的可靠性更高，进一步提高了高压充气式开关柜的安全性，同时也与设计预期相吻合。