程康橋

（福建省產(chǎn)品質(zhì)量檢驗研究院，福建福州 350001）

0 引言

電動操作機構(gòu)是國家智能電網(wǎng)建設中必不可少的一個環(huán)節(jié)，電力建設單位不僅要求電力系統(tǒng)中的開關(guān)設備具備測量、監(jiān)測、控制、保護等功能，還進一步要求開關(guān)設備的操作能夠具備遠程化、智能化、安全化、自動化的特點[1]?，F(xiàn)代化電網(wǎng)發(fā)展日新月異，實現(xiàn)變電設施內(nèi)接地開關(guān)、隔離開關(guān)的遠程操控是電網(wǎng)邁向智能化的重要一步。過去的10年，變電站以及小區(qū)開閉所內(nèi)的高壓開關(guān)柜都是采用人力操作來分合隔離開關(guān)與接地開關(guān)，這樣的操作模式雖然已經(jīng)足夠簡單，但是一臺斷路器手車要完成一套推進/拉出操作，往往需要通過專用操作手柄旋轉(zhuǎn)好幾十圈才能實現(xiàn)，更有甚者，如35 kV開關(guān)設備KYN61-40.5型號開關(guān)設備，推進機構(gòu)往往設置在一個成年人膝蓋的位置，彎著腰進行手搖操作實在有悖人體工學。

而接地開關(guān)的操作需要不小的力量，接地開關(guān)根據(jù)供應商的不同，其操作力矩也各不相同，操作力矩的不同就很容易造成操作人員的誤會，將未達成聯(lián)鎖要求的機構(gòu)限制視作是操作所需力矩較大，以至于過度用力，損壞了操作機構(gòu)。所以大多數(shù)時候，運維人員的時間、精力都消耗在了這些操作上，工作中由于聯(lián)鎖問題無法順利操作接地開關(guān)的情況也不在少數(shù)，這無疑加大了人工與時間成本，一次性要操作多臺開關(guān)柜，也很考驗檢修、安裝人員的體能，大大增加了他們罹患職業(yè)病的風險。

現(xiàn)有的高壓開關(guān)柜無法對隔離開關(guān)與接地開關(guān)進行電動遠程操作，以至于供電單位暫停供電、終止供電且需要將線路與電網(wǎng)隔離時，不得不安排專門的技術(shù)人員長途跋涉前往現(xiàn)場，手動將線路與電網(wǎng)進行隔離，這樣的操作流程顯然不算是完全的“智能”。因此，“電動操作系統(tǒng)”這個理念應運而生，相比傳統(tǒng)費勁的手動操作，電動操作在原有設計的基礎上不改變開關(guān)設備結(jié)構(gòu)與功能，并結(jié)合電力行業(yè)標準[2]中“五防聯(lián)鎖”的設計要求，通過對開關(guān)設備各部位加設輔助觸點，實現(xiàn)其當前狀態(tài)對控制模塊的機械與電氣反饋，滿足操作條件后利用轉(zhuǎn)矩恒定的直流電機帶動接地開關(guān)主軸轉(zhuǎn)動分合接地開關(guān)，亦或是控制手車推進機構(gòu)的絲杠轉(zhuǎn)動驅(qū)動手車的推進/拉出動作。這種設計理念極大地減輕了運維人員的勞動強度，縮短了整個系統(tǒng)的操作周期，同時直流電機的轉(zhuǎn)矩恒定也保證了每一個觸頭嚙合的深度與接觸質(zhì)量都能還原出廠時的狀態(tài)，避免了因觸頭嚙合不夠引起的回路電阻過大等問題。

1 控制線路涉及的“五防聯(lián)鎖”要求及含義

實現(xiàn)電動操作控制線路需要依據(jù)以下條款：

（1）防止帶負荷分、合隔離開關(guān)。隔離開關(guān)在戶內(nèi)10 kV、35 kV開關(guān)柜中是推進、搖出斷路器手車的設計，斷路器手車的工作位置對應隔離開關(guān)的閉合狀態(tài)，試驗位置對應隔離開關(guān)的斷開狀態(tài)，斷路器手車的推進、搖出動作引導開關(guān)柜進出線端觸頭盒內(nèi)6對動靜觸頭的嚙合、分離，實現(xiàn)閉合、切斷回路機構(gòu)的作用。由于隔離開關(guān)本身沒有滅弧裝置，所以不能通過它來拉合負荷電流，若通過隔離開關(guān)來分合負荷電流，將無法熄滅電弧，造成觸頭被電弧燒毀、損壞觸頭盒絕緣結(jié)構(gòu)等事故。因此，該條目在供電系統(tǒng)一次設計方案中常表現(xiàn)為斷路器手車在合閘狀態(tài)下處于工作位置、試驗位置時，不能進行推進、拉出操作。

（2）防止帶電掛接地線。掛接地線是為了在系統(tǒng)處于停電狀態(tài)時，防止突然來電對檢修人員造成傷害，如果沒有斷電就進行掛接地線操作，高電壓就會直接轉(zhuǎn)接至檢修人員身上，造成觸電事故。所以，系統(tǒng)一次回路閉合，即手車在工作位置，斷路器處于合閘狀態(tài)時，接地開關(guān)應分閘且不得進行合閘操作。

（3）防止帶接地送電。根據(jù)市面上的生產(chǎn)、訂貨要求[3]，制造廠會將接地開關(guān)設計成一個三相連接在一起的同軸刀閘，對三相高壓出線端先短接后再連通至大地，如果接地開關(guān)未分閘，此時系統(tǒng)送電，就會造成三相短路，而三相短路是所有事故中最為嚴重的。為此，接地開關(guān)合閘時，斷路器手車應設計成不能進行推進操作。

（4）防止誤入帶電隔室。帶電隔室通常指的是戶內(nèi)開關(guān)柜的電纜室，本條目可以理解為：當接地開關(guān)合閘時，只有線路與母線斷開且接地，人員才可打開電纜室的門，進入電纜室進行作業(yè)；只有當電纜室門可靠關(guān)閉后，接地開關(guān)才能進行分閘操作，為后續(xù)送電做準備。

2 電動操作的實現(xiàn)

按標準[4]要求，戶內(nèi)10 kV、35 kV配電系統(tǒng)的二次控制回路多采用直流220 V或110 V控制電壓，電動接地開關(guān)的操作通過閉合相應的電氣聯(lián)鎖觸點，導通接地開關(guān)聯(lián)鎖信號點與公共端之間的線路，觸發(fā)控制模塊內(nèi)部繼電器動作，閉合其對應觸點，使直流電機得到工作電壓，直流電機帶動接地開關(guān)主軸轉(zhuǎn)動，閉合、分離接地開關(guān)刀閘。同理，電動推進機構(gòu)借助直流電機，在滿足邏輯的前提下，帶動斷路器手車底盤的螺紋桿轉(zhuǎn)動，將圓周運動轉(zhuǎn)化為直線運動，通過內(nèi)外螺紋的嚙合實現(xiàn)手車的推進及拉出。

3 控制回路的設計

根據(jù)相關(guān)制造標準及行業(yè)規(guī)范[5]，戶內(nèi)10 kV、35 kV雙電源供電系統(tǒng)中僅饋線開關(guān)方案會有接地開關(guān)存在，少數(shù)情況下，進線開關(guān)柜也會裝設接地開關(guān)。傳統(tǒng)的接地開關(guān)操作機構(gòu)僅靠帶電顯示器上的常閉觸點外引至接地開關(guān)手動操作擋板后的電磁鐵形成閉鎖約束，旨在當帶電顯示器的傳感器感應到開關(guān)一次側(cè)無電壓時，電磁鐵得電吸合，接地開關(guān)操作擋板可以被按下進行后續(xù)的合閘操作。以圖1為例，該圖是某廠家提供的饋線開關(guān)柜二次線路設計，電動操作回路采用直流電源供電，回路中的11、12觸點，用于接收帶電顯示器（DXN）監(jiān)測到的開關(guān)一次側(cè)出線端是否帶電的信號，若一次母線帶電，常閉觸點斷開，電磁鐵失電，接地開關(guān)操作擋板被約束，不能被按下進行合閘操作；同一線路上的27、28，53、54分別為斷路器手車試驗位置觸點與斷路器分閘觸點，其作用是保證斷路器手車必須處于試驗位置分閘狀態(tài)，才可以閉合接地開關(guān)，防止斷路器處于工作位置合閘狀態(tài)，接地開關(guān)合閘造成一次回路短路故障。事實上，此處增加串聯(lián)斷路器分閘狀態(tài)的觸點略顯多余，原因是當接地開關(guān)合閘后，推進機構(gòu)會被約束，在斷路器分閘的情況下，操作機構(gòu)的角行程為900°（兩圈半），斷路器合閘時，操作機構(gòu)的角行程只有180°（半圈），所以即使手車處于試驗位置，斷路器處于合閘狀態(tài)，斷路器手車的結(jié)構(gòu)也不會允許斷路器本體在底盤車上進行推進動作；為滿足“防止誤入帶電隔室”的要求，回路的最后加設開關(guān)柜后下門設置行程開關(guān)觸點（XC2），用于確認開關(guān)柜電纜室門是否處于可靠關(guān)閉狀態(tài)，若電纜室門未可靠關(guān)閉，則不能進行接地開關(guān)的分閘操作。當接地開關(guān)聯(lián)鎖的所有觸點導通，且控制模塊DD監(jiān)測到接地開關(guān)處于分閘/合閘狀態(tài)下時，接地開關(guān)便可進行合閘/分閘操作。

圖1 電動接地開關(guān)的二次線路圖

值得一提的是，不管是接地開關(guān)的合分閘機構(gòu)還是接下來提及的手車推進拉出機構(gòu)，都設置了“手動優(yōu)先”的功能，為的是在電動操作期間，若是有人為的干涉，電動操作便會停止，有效防止電動機構(gòu)繼續(xù)運轉(zhuǎn)帶動專用工具誤傷操作人員。

接地開關(guān)的電動操作取決于本柜的機械聯(lián)鎖，斷路器手車的電動操作則是建立在單柜以及與其他配電方案的電氣聯(lián)鎖之上（圖2）。如上所述，饋線柜內(nèi)的斷路器手車必須在開關(guān)柜后下門、手車室門可靠關(guān)閉的同時處于分閘狀態(tài)，且接地開關(guān)也處于分閘狀態(tài)，才能進行推進/拉出操作。與饋線開關(guān)柜不同的是，整套配電系統(tǒng)的其他方案都有著各自的邏輯要求。

PT柜中的PT手車或熔斷避雷器手車因其本身沒有滅弧能力，所以送電時應優(yōu)先于其他方案將手車推進至工作位置。因此，在電動操作機構(gòu)的手車聯(lián)鎖回路中（圖2虛線框內(nèi)），應將原有觸點改為串聯(lián)的帶電顯示器（DXN）的常閉觸點，以保證一次母線在有電壓的情況下不會被進行手車推進/拉出的誤操作。

與PT柜相似的是，分段隔離柜的隔離手車一樣不具備滅弧能力，因此其電動操作應在滿足一次母線無電壓，且分段斷路器柜內(nèi)的斷路器手車處于試驗位置時才可以進行操作，這種邏輯可以通過將圖2虛線框內(nèi)的二次線路改為串聯(lián)的帶電顯示器的常閉觸點與分段斷路器柜斷路器手車試驗位置的觸點來實現(xiàn)“先合隔離開關(guān)，再合斷路器”。

圖2 電動斷路器手車的二次線路圖

進線開關(guān)柜手車的聯(lián)鎖則是與PT柜內(nèi)的手車有關(guān)，當PT柜內(nèi)的手車處于工作位置后，進線柜內(nèi)的手車才能進行推進操作。所以，在虛線框內(nèi)單獨串聯(lián)一個PT柜手車工作位置的輔助觸點即可。

相比分段隔離柜，與之并列的分段斷路器柜的回路設計邏輯就稍顯復雜，此處可以借鑒低壓雙回路供電系統(tǒng)設計里的“三鎖兩鑰匙”方案。通常情況下，10 kV、35 kV雙電源供電系統(tǒng)兩個進線開關(guān)的兩條供電回路各管各的負荷，但由于雙回路供電系統(tǒng)要求兩路進線互為備用、互供互倒，因此就要求整個雙回路供電線系統(tǒng)的兩臺進線柜與一臺分段斷路器柜之中只允許同時有兩臺處于工作位置。為滿足此要求，分段斷路器柜二次線路圖中虛線框內(nèi)應將以下兩路并聯(lián)：1號進線柜工作位置觸點串聯(lián)1號進線柜斷路器分閘觸點串聯(lián)2號進線柜斷路器試驗位置觸點、2號進線柜斷路器工作位置觸點串聯(lián)2號進線柜斷路器分閘觸點串聯(lián)1號進線柜試驗位置觸點，以此確保整個供電系統(tǒng)中只有在其中一路電源進線，另一路進線開關(guān)斷開且母線不帶電的情況下，分段斷路器柜的手車才能被允許進行推進/拉出操作。

4 檢驗過程中的常見問題

以常見的KYN28-12柜為例，依照標準[6]對開關(guān)柜進行出廠檢驗的環(huán)節(jié)中，很多時候有關(guān)斷路器手車推進機構(gòu)的聯(lián)鎖邏輯點是沒有從其他柜內(nèi)引入的，此時較為簡單的辦法就是短接控制模塊上的公共端與聯(lián)鎖邏輯點端，確保模塊接線正確，然后再逐一檢查其他方案開關(guān)柜的對應觸點能否正確動作。另外，當電動操作進行至半程因機械機構(gòu)卡澀而停止時，可以手動復原機構(gòu)至動作前的狀態(tài)，按下操作模塊上或者開關(guān)柜面板上的復位按鈕，初始化模塊的程序；個別型號的電動操作模塊按下復位按鈕后，可以反轉(zhuǎn)電機，自動將對應機構(gòu)恢復原位，待機械故障排除后，方可繼續(xù)進行機構(gòu)的動作驗證。

5 結(jié)語

二次線路設計的思路千變?nèi)f化，圍繞的核心卻是千篇一律，本文論述的設計是筆者結(jié)合檢驗工作中遇到的問題以及供電公司相關(guān)技術(shù)規(guī)范的要求所總結(jié)出的，但由于不少企業(yè)為了防止非專業(yè)人員操作機構(gòu)，會加設自主增設的聯(lián)鎖裝置，所以文中所述的僅僅是多種設計思路中的一種，希望能為高低壓開關(guān)制造企業(yè)提供一些參考。