一種帶有接地位置監(jiān)測的開關(guān)裝置

王其中，王軍委

（許繼集團(tuán)有限公司，河南 許昌 461000）

0 引 言

高壓充氣式開關(guān)柜是一種新型的電力開關(guān)設(shè)備，所有的高壓元器件都密封在封閉的氣箱內(nèi)部，通過SF6氣體或者多種環(huán)保氣體等優(yōu)于空氣的絕緣介質(zhì)絕緣，很大程度上減小了開關(guān)柜體的尺寸結(jié)構(gòu)，且外殼接地，比較安全可靠，主要應(yīng)用于城市變電站、居民區(qū)和商場酒店等用電場所[1-5]。應(yīng)用范圍十分廣泛的充氣式開關(guān)柜結(jié)構(gòu)緊湊、操作靈活、互鎖可靠，也可為人們在惡劣的環(huán)境中提供合適的控制方案。

（1）高壓充氣式開關(guān)柜其高壓元器件全部密封于內(nèi)充絕緣氣體的氣箱中，具有很強(qiáng)的適應(yīng)性，可以在很多惡劣的環(huán)境中使用，如在高海拔、濃霧和污穢嚴(yán)重的環(huán)境中，高壓充氣式開關(guān)柜仍能長期正常工作；

（2）高壓充氣式開關(guān)柜具有靈活的安裝性能?，F(xiàn)場安裝并柜均為絕緣主母線插接技術(shù)，并柜連接全程可視化操作，操作簡單方便。

（3）高壓充氣式開關(guān)柜還具有很高的安全性。不僅能承受超高壓的劇烈變化，而且有完善的保護(hù)措施，能確保變電站現(xiàn)場操作者的人身安全。

隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展、用電負(fù)荷的增加以及國網(wǎng)公司對40.5 kV空氣絕緣開關(guān)設(shè)備的300 mm絕緣凈距離的要求，從而也為充氣式開關(guān)柜的應(yīng)用提供了廣闊的發(fā)展空間，同時(shí)客戶對電力設(shè)備的安全質(zhì)量有了更高的要求[6,7]。在具體的工程應(yīng)用中由于高壓充氣式開關(guān)柜高壓元器件全部封閉于氣室中，所以在設(shè)備檢修維護(hù)時(shí)的工作難度系數(shù)比做傳統(tǒng)的空氣絕緣開關(guān)設(shè)備大，尤其是如何精準(zhǔn)有效的監(jiān)測氣室中的三工位隔離開關(guān)的位置狀態(tài)至關(guān)重要。

1 原有接地開關(guān)的監(jiān)測缺陷

本文涉及到充氣式開關(guān)柜，由于其氣箱殼體內(nèi)部的三工位隔離/接地開關(guān)處于完全封閉狀態(tài)，不能直接觀察其隔離和接地?cái)嗫?，在合分閘操作時(shí)，也看不到三工位開關(guān)動(dòng)觸頭的實(shí)際運(yùn)動(dòng)軌跡。日常運(yùn)維檢修時(shí)，正確的操作方式是先把接地開關(guān)操作到合閘位置以確保設(shè)備可靠接地，才能進(jìn)行下一步的檢修工作。通常情況下，通過在三工位接地靜觸頭處加裝行程開關(guān)，通過動(dòng)觸頭在行進(jìn)中觸碰行程開關(guān)來傳輸接地開關(guān)到位的位置指示，具體操作如圖1所示。充氣式開關(guān)柜的氣箱殼體內(nèi)安裝有三工位隔離/接地開關(guān)，其開關(guān)本體構(gòu)成包括由絲桿機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)的動(dòng)觸頭和安裝在殼體內(nèi)部的接地極、行程開關(guān)，行程開關(guān)的作用是傳遞三工位開關(guān)的位置信號(hào)。開關(guān)動(dòng)觸頭與接地極嚙合時(shí)，即位于接地合位置時(shí)降壓緊行程開關(guān)的彈片，行程開關(guān)處于閉合狀態(tài)，從而將三工位開關(guān)的接地合位狀態(tài)信號(hào)傳遞至開關(guān)柜操作面板處位置信號(hào)燈，顯示其開關(guān)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。

圖1 行程開關(guān)安裝示意圖

上述設(shè)計(jì)中，行程開關(guān)有下3個(gè)方面的不足之處。（1）行程開關(guān)安裝在充氣式開關(guān)柜的母線氣箱內(nèi)部，其更換行程開關(guān)較為麻煩，首先需要對開關(guān)柜氣箱內(nèi)部的電離后的SF6氣體進(jìn)行回收，然后才能打開氣箱進(jìn)行拆卸更換，操作起來費(fèi)時(shí)費(fèi)力，并且再次進(jìn)行氣箱裝配時(shí)，密封性能不易保證；（2）行程開關(guān)的關(guān)合是由外界的力壓緊彈片來實(shí)現(xiàn)的，在實(shí)際的電力設(shè)備運(yùn)行時(shí)，多次壓緊行程開關(guān)的彈片容易使其斷裂，減少開關(guān)的壽命，無形中增加了運(yùn)維的工作量；（3）在使用過程中，行程開關(guān)的狀態(tài)指示可能會(huì)出現(xiàn)誤差，其關(guān)合功能的實(shí)現(xiàn)全靠動(dòng)觸頭壓緊彈簧片，使彈簧片與行程開關(guān)的靜觸頭接觸而形成回路，三工位開關(guān)動(dòng)觸頭在接地位置的位移有誤差。若與接地極嚙合的過多容易使行程開關(guān)彈簧片損壞掉，若與接地極嚙合的過少則行程開關(guān)的彈簧片與其靜觸頭無法接觸，回路斷開，行程開關(guān)無法指示三工位開關(guān)的接地狀態(tài)，對于開關(guān)設(shè)備而言就容易帶來安全隱患。

2 方案改進(jìn)

上述的設(shè)計(jì)方案是通過彈片式的行程開關(guān)監(jiān)測開關(guān)設(shè)備的接地狀態(tài)指示，存在部分缺陷。為解決此缺陷問題而設(shè)計(jì)了本節(jié)介紹的安裝有傳感器的新型三工位開關(guān)裝置，設(shè)計(jì)方案如圖2所示，由接地極、動(dòng)觸頭、靜觸頭、磁鐵、傳感器以及絲桿機(jī)構(gòu)等組成。氣箱殼體內(nèi)安裝有三工位開關(guān)動(dòng)觸頭、靜觸頭和接地極等，動(dòng)觸頭的端部進(jìn)行加工的有直徑6 mm、深度18 mm的小孔，內(nèi)部嵌裝3塊磁鐵（6 mm×6 mm），該動(dòng)觸頭在三工位機(jī)構(gòu)的驅(qū)使下沿著靜觸頭、接地極的內(nèi)壁做往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)三工位開關(guān)本體的隔離合、隔離分和接地3個(gè)位置的依次轉(zhuǎn)換。當(dāng)動(dòng)觸頭與接地極嚙合時(shí)，開關(guān)本體處于接地狀態(tài)，磁鐵與傳感器之間在磁場力作用下，傳感器處于閉合狀態(tài)，把開關(guān)本體的接地狀態(tài)信號(hào)傳送到儀表室面板上的狀態(tài)指示燈，當(dāng)指示燈亮?xí)r，表示開關(guān)本體位于接地位置。在此操作過程中，磁場力的大小起決定性因素。傳感器外形結(jié)構(gòu)與M8的螺栓類似，旋入到軸承座徑向上螺紋孔中，可以很便捷地調(diào)整傳感器與磁鐵間的距離，傳感器與動(dòng)觸頭中的磁鐵間的距離越小，所感應(yīng)到的磁場強(qiáng)度越大，通過旋轉(zhuǎn)傳感器在軸承座中的安裝深度來調(diào)整傳感器的安裝位置從而達(dá)到調(diào)整磁場力的大小。

圖2 磁控開關(guān)安裝示意

此傳感器技術(shù)在高壓電氣開關(guān)上的應(yīng)用具有提升開關(guān)性能的優(yōu)點(diǎn)，在此充氣式開關(guān)柜中使用的磁鐵材料可以是釹鐵硼、鐵氧體等多種，磁鐵塊的大小、形狀、數(shù)量，取決于磁鐵與傳感器之間的磁場力，這應(yīng)與傳感器的安裝位置結(jié)合起來考慮。

此裝置的優(yōu)點(diǎn)如下。

（1）三工位開關(guān)本體中的傳感器可以精確指示三工位開關(guān)在接地位置處的信號(hào)，方便開關(guān)設(shè)備的運(yùn)維檢修。

（2）三工位開關(guān)裝置的接地信號(hào)輸出時(shí)初始位置，可以通過調(diào)整傳感器的安裝位置來調(diào)節(jié)。

（3）運(yùn)用傳感器指示三工位接地位置的設(shè)計(jì)思路新穎、制造容易、成本低且性能可靠，具有較強(qiáng)的市場競爭力。

3 結(jié) 論

在實(shí)際工程應(yīng)用中，由于改進(jìn)后安裝有傳感器的三工位開關(guān)裝置，磁鐵由于鑲嵌在動(dòng)觸頭端部，在運(yùn)動(dòng)過程中不受外力干擾，不宜損壞，其更換概率非常低。對于傳感器而言，在使用其監(jiān)測動(dòng)觸頭在隔離/接地開關(guān)位置信號(hào)時(shí)為非接觸狀態(tài)。而對于密封狀態(tài)下的充氣式開關(guān)柜而言，通過磁場力驅(qū)動(dòng)傳感器來對開關(guān)柜的接地狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，對比行程開關(guān)因彈簧片在運(yùn)動(dòng)過程中產(chǎn)生位置偏差，傳感器監(jiān)測動(dòng)觸頭位置的可靠性更高，進(jìn)一步提高了高壓充氣式開關(guān)柜的安全性，同時(shí)也與設(shè)計(jì)預(yù)期相吻合。