中压开关柜接地开关电动操作的研发及结构设计

中压开关柜接地开关电动操作的研发及结构设计吴鸣军施耐德电气华电开关（厦门）有限公司361006摘要：随着国家智能电网建设的全面推进，电网对电力系统中的开关设备不仅要求监测、控 制及保护等方面实现智能化，而且还要求开关设备的操作实现智能化。在智能化的开关柜中， 准确、可靠的接地开关电动操作机构就成为必不可少的产品了。关键词：开关柜接地开关电动操作一、刖言本文介绍的接地开关电动操作机构是施耐德电气华电开关（厦门）有限公司设计开发的 一款先进的智能操作机构，与具有短路关合能力及快速合闸机构的ESW型接地开关相配合， 具有可靠的“五防”联锁，满足了智能电网发展的需求，研究和探讨优良的接地开关电动操 作的应用有着实际的意义和价值。二、接地开关电动操作机构的研发过程电动操控装置所要操作的是具有较强关合能力的弹簧操作快速接地开关，操作转角为90，操作力矩为分闸：200N - m，合闸：120Nm。电动操作机构从产品的安装、调试及客户的使用要求方面考虑，设计接地开关电动操作 机构应满足以下要求：接地开关电动操作机构应尽量不更改原有开关柜基本结构；接地开关 电动操作机构应具有机械和电气方面正向及反向联锁，满足开关柜的“五防”。根据上述要 求，在研发过程中，采用永磁直流电机作为机构的动力源，电机输出的力矩通过减速齿轮传 递到接地开关操作主轴，其最终的机构输出力矩235 Nm，远远大于接地开关所要求的操 作力矩，从理论计算的数据上来看，接地开关电动操作完全能够实现。产品研发前后总共试制了两台样机，并严格按照标准要求进行机械寿命操作试验。第 一次寿命试验以失败告终，通过对第一次试验失败的原因进行分析讨论后查出是接地开关电 动操作控制模块出现问题，控制模块内部元件无法适应电动机运动方向改变时所产生的瞬时 电流而烧坏。更换控制模块对应电子元件并重新设置了电动机堵转电流的保护值，再对样机 进行寿命试验，寿命试验操作次数高于标准要求，电动接地开关操作机构研制成功。三、接地开关电动操作机构的结构设计及工作原理3.1结构及特点本结构采用永磁直流电机作为动力源，机械式传动操作接地开关，电机驱动装置如图1、 2所示以上，图1与图2简单的说明了接地开关电动操作机构的结构、基本的传动布置形式。下面， 将更为详细的介绍整个机构的工作原理。3.2工作原理 3.2.1 控制器本操作机构采用ERC-10接地开关电机控制器对接地开关电机驱动装置进行控制和保 护，具有就地和远方两种操作模式。控制器可在电动接地开关驱动电机运转受阻（如安装不 到位或机构卡死）达到保护条件时立即对电机制动，并逆向驱动电机解除闷车卡死状态。该 控制器的工作原理如图3所示。3.2.2接地开关电动操作工作原理3.2.2.1接地开关电动操作与断路器之间的联锁保护众所周知，当断路器离开试验位置时，接地开关是不允许操作的，这一点在开关柜的“五防”联锁中已经满足要求，但仅限于手动操作，但为了更好的保护电动操作机构，此处联锁 采用了较为可靠的保护：当断路器离开试验位置时，微动开关立即发送信号至控制回路，将 整个控制回路立即切断，这样就确保用户此时无法操作电动机构。3.2.2.2接地开关电机操作的手动优先联锁电力系统中，开关设备里的接地开关往往采用手动就地操作，但接地开关增加电动操 作功能后，就存在接地开关手动与电动操作之间的切换。本机构在研发设计过程中考虑到工 程的实际应用，接地开关的操作优先采用手动为主，电动操作为辅模式，因此势必增加手动 优先联锁机构。此联锁要求当手动操作柄插入接地开关操作孔时，应立即将电机控制回路切断，以避 免在手动操作时，对电机进行误操作而造成不必要的损失。下面将以一组图示来说明此关键 功能的工作原理。功能说明：若需要使用手动操作时，为了保证机构的完整性，当操作手柄插入时，即需要向 左拨动手动优先滑板，触动手动优先行程开关，切断电动接地开关电机回路，只能进行手动 操作。图接地开关手动电动操作切换P功能说明：进行电动操作接地开关之前，只有将接地开关操作挂锁机构打开，使五防解锁行 程开关动作，接通电机回路，否则，在接地开关动作时，接地开关操作主轴联锁滑板会向下 运动，会对接地开关操作挂锁机构造成破坏。图8接地开关电机、齿轮殖V功能说明：电机驱动接地开关操作主轴运动时（以图示运动方向为例一顺时针），凸轮触动 接地开关合闸微动开关，电机回路得到动作信号，切断电机回路，电机停止运转，即完成合 闸动作，反之，凸轮逆时针运动，触动接地开关分闸微动开关，电机回路得到分闸动作信号， 切断电机回路，电机停止运动，即完成分闸动作。功能说明：当电缆室门处于开启状态时，电缆室门联锁板触动电缆室门联锁行程开关，切断 电机回路，接地开关电机无法运转，确保了在电缆室门打开的情况下，无法对接地开关进行 电动操作。四、结语为适应现代化电网日新月异的发展，接地开关电动操作的研发是很有意义的。同时，目 前国内的电网系统中，接地开关电动操作机构的应用并不是非常的普及，所以，不仅需要进 一步研究更为可靠、优异的接地开关电动操作机构，其他智能操作系统的研究也是大势所趋。为进一步减少变电站运行工作量，提高电力系统的无人值守能力，操作方便、可降低 工人劳动强度、实现自动化控制，大大提高了生产效率。