毛奇

【摘 要】在電網(wǎng)系統(tǒng)中，隔離接地開關是一種最為簡單的高壓開關，其經(jīng)常與斷路器配合使用，主要作用是在電路中形成斷點和接地點，從而在電網(wǎng)檢修設備時保障檢修人員的生命安全。本文介紹了一種新型隔離接地開關用電動機驅動操動機構，該新型操動機構采用模塊化結構設計，結構簡單，輸出特性可控，可靠性高，可實現(xiàn)一款機構配套多型號隔離接地開關本體，且具有3萬次的超高機械壽命，充分驗證了該新型電動機驅動操動機構的優(yōu)越性，為下一代隔離接地開關的研制奠定了基礎。

【關鍵詞】隔離接地；驅動機構；關鍵技術

引言

目前，隔離接地開關常用的操動機構有彈簧機構、電動彈簧機構和電動機構等，而這些傳統(tǒng)的操動機構多具有結構復雜、對零部件質量要求高、生產(chǎn)裝配一致性差以及故障多發(fā)的特點。據(jù)不完全統(tǒng)計，隔離接地開關現(xiàn)場運行中出現(xiàn)的故障一半以上來源于操動機構，所以提高操動機構的運行可靠性，是提高隔離接地開關運行可靠性的關鍵所在。

1 新型機構結構設計

新型機構主要由伺服電動機、伺服驅動器、蝸輪蝸桿減速機和行星減速機組成，其系統(tǒng)框圖如圖1所示，圖中點畫線部分為新型機構，點畫線外側為隔離接地開關本體。

伺服電動機單元是新型機構的動力單元，它作為一種成熟的工業(yè)產(chǎn)品，其運動過程具有高度可控特性。伺服電動機與常規(guī)電動機相比具有運動過程高度可控、運行平穩(wěn)、適應負載能力強及易于實現(xiàn)智能控制的優(yōu)勢特點。將伺服電動機作為新型機構的執(zhí)行元件，可實現(xiàn)高壓開關分合閘過程的高度可控，降低分合閘過程的沖擊。

伺服驅動器單元是與伺服電動機單元配套使用的驅動單元，其主要功能是向伺服電動機下達動作指令、對伺服電動機的運動狀態(tài)進行實時監(jiān)測及向伺服電動機供電等。通過伺服驅動器可以按照需求設置伺服電動機在一個動作周期內(nèi)的位移和轉速，同時可以實現(xiàn)新型機構的多種輸出速度、輸出轉角。行星減速單元與蝸輪蝸桿減速單元功能相同，即可以降低電動機轉速。行星減速機具有傳動效率高、尺寸緊湊等優(yōu)點，而蝸輪蝸桿減速機具有自鎖功能，兩種減速機配合使用即可實現(xiàn)大減速比。減速單元的使用，極大程度地降低了對伺服電動機性能的需求，同時又保留了伺服電動機的優(yōu)勢。

人機交互系統(tǒng)單元是新型機構的一個可選配置，人機交互系統(tǒng)在新型機構的使用過程中可以進一步提高用戶的使用體驗，它可以直接與伺服驅動器進行通信，并從伺服驅動器提取新型機構的操作信息，便于新型機構在智能化方向的功能擴展設計。新型機構動作原理如下：伺服驅動器向電動機下達分閘或合閘命令，伺服電動機執(zhí)行分閘或合閘操作（分別對應電動機正轉或反轉），伺服電動機輸出的轉速及扭矩經(jīng)減速機傳遞后，轉速下降、扭矩增大，最終形成新型機構的輸出轉速及輸出扭矩，帶動高壓開關本體完成分合閘操作。

2 新型機構控制系統(tǒng)設計

新型機構控制系統(tǒng)主要由伺服執(zhí)行系統(tǒng)和人機交互系統(tǒng)組成，其中人機交互系統(tǒng)又包含智能監(jiān)控IED系統(tǒng)以及觸摸屏顯示系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)的布置形式為伺服執(zhí)行系統(tǒng)就地安置于新型機構箱體內(nèi)，而人機交互系統(tǒng)作為一個獨立的模塊可集成于用戶后臺系統(tǒng)，也可以單獨存放于柜體內(nèi)。伺服執(zhí)行系統(tǒng)直接完成新型機構的分合閘操作；人機交互系統(tǒng)與伺服執(zhí)行系統(tǒng)進行通信，實現(xiàn)對隔離開關運行的智能控制，并可實現(xiàn)操作的可視化以及機構運行過程狀態(tài)的實時顯示。

2.1 伺服執(zhí)行系統(tǒng)

伺服執(zhí)行系統(tǒng)主要由伺服電動機、伺服驅動器和旋轉編碼器等組成，它們主要安裝在就地機構箱內(nèi)。伺服電動機的主軸通過齒輪經(jīng)由減速機系統(tǒng)帶動電動機構連桿動作，通過控制伺服電動機的轉子轉速可調(diào)節(jié)機構的運動速度，進而對隔離開關的分合閘速度進行控制。伺服電動機及伺服驅動器作為大規(guī)模生產(chǎn)的工業(yè)產(chǎn)品，其技術已發(fā)展成熟，用市面上常用的1 kW伺服電動機及其配套驅動器作為伺服執(zhí)行系統(tǒng)的硬件設備。項目組按照高壓開關操作規(guī)律及控制策略對伺服驅動器進行深度開發(fā)和重新編程，使其滿足高壓開關的分合閘控制操作要求。

2.2 人機交互系統(tǒng)

如前所述，人機交互系統(tǒng)包含智能監(jiān)控IED系統(tǒng)和觸摸屏顯示系統(tǒng)。智能監(jiān)控IED負責對新型機構的運動過程進行實時監(jiān)測和控制。包括：運動速度和分合閘行程的控制；運動過程中速度、電流數(shù)據(jù)的采集；速度、電流曲線的繪制；電動機運行參數(shù)的實時顯示；新型機構分合閘操作的控制；以及智能告警和智能診斷。

3 試驗研究

3.1 匹配不同本體進行機械特性測試

試驗目的：驗證新型機構輸出特性多樣；一款新型機構可通過改變設置參數(shù)的方法匹配不同本體需求。本試驗將研制的新型機構與126 kV、252 kV以及1 100 kV隔離接地開關分別配套進行機械特性測試，三種產(chǎn)品機械特性測試使用同一臺新型機構，硬件部分完全相同，區(qū)別只存在于控制系統(tǒng)的參數(shù)設置上，測試結果顯示，新型機構可滿足三種型號隔離接地開關本體技術要求。

3.2 電磁兼容試驗

試驗目的：因為新型機構中使用大量電力電子元器件，所以其抗電磁干擾能力不容忽視，本試驗就是考核新型機構控制系統(tǒng)的電磁兼容性能。電磁兼容試驗進行10項抗擾度試驗以及2項發(fā)射試驗，各項試驗均按照標準規(guī)定的最嚴酷等級進行，最終新型機構順利通過試驗考核，取得試驗報告。

4 結束語

本文主要進行了高壓隔離接地開關系列化電動機驅動機構關鍵技術研究，并基于伺服控制技術研制出適用于110～1 100 kV隔離接地開關的電動機驅動操動機構樣機，該操動機構實現(xiàn)了智能監(jiān)控技術與伺服控制技術的集成，使隔離接地開關電動機驅動機構具有在線監(jiān)測、人機交互和移動客戶端控制等智能化功能，滿足現(xiàn)代智能電網(wǎng)的要求。

參考文獻：

[ 1 ] 高明貴.高壓隔離開關在電力系統(tǒng)重要性以及故障 [J].低碳世界，2015（29）：44-45.

[ 2 ] 蘆宇峰，孟大偉，等.SF6高壓斷路器智能化操動機構的研究與優(yōu)化 [J].電機與控制學報，2013，17（7）：94-98.

（作者單位：新東北電氣集團高壓開關有限公司檢修分公司）