李小平

【摘 要】三工位開關(guān)是一種同時具有接地和隔離作用的裝置， 具有可靠性高、體積小、質(zhì)量輕及免維護等方面的要求，因此在柜式氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備中應(yīng)用較為廣泛。文章主要針對三工位開關(guān)操作機構(gòu)設(shè)計中常見問題進行了分析。

【關(guān)鍵詞】開關(guān)操作機構(gòu)；常見問題；對策

隨著開關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展，三工位開關(guān)在開關(guān)柜中的應(yīng)用越來越多。在中高壓電力系統(tǒng)中，由于三工位隔離開關(guān)的操作力矩較大，為了實現(xiàn)由外部保護裝置控制，必須采用電動機操縱。三工位開關(guān)使得GIS設(shè)備整體結(jié)構(gòu)簡化，尺寸減小，因減少一臺操動機構(gòu)，降低了成本。最重要的是實現(xiàn)了隔離開關(guān)和接地開關(guān)的機械聯(lián)鎖，省去了兩者的電氣聯(lián)鎖，避免了誤操作，從而大大提高了GIS運行的可靠性；由于缺乏設(shè)計與運行經(jīng)驗，同樣也遇到了很多難題。如何解決這些問題，是開關(guān)操作機構(gòu)在開發(fā)過程中值得關(guān)注的。

1.結(jié)構(gòu)簡介

三工位開關(guān)結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要有以下幾部分組成：殼體、主母線、隔離靜觸頭、動觸頭、導體、接地靜觸頭、盤式絕緣子、小絕緣子、傳動軸以及操動機構(gòu)。此圖中動觸頭處于隔離位置。電動操動機構(gòu)通過連接板與本體相連，機構(gòu)內(nèi)齒輪和本體齒輪相嚙合。相間通過傳動軸和小絕緣子相連。當操動機構(gòu)接收到DS閉合指令時，操動機構(gòu)內(nèi)電動機旋轉(zhuǎn)，通過機構(gòu)內(nèi)與本體傳動部分的一系列齒輪齒條傳動，實現(xiàn)DS閉合。同樣道理， 當給出DS 斷開指令時，操動機構(gòu)帶動本體實現(xiàn)DS分斷操作。ES的通斷亦相同。也就是說，操動機構(gòu)可以帶動本體實現(xiàn)DS閉合一DS斷開一ES閉合一ES斷開一DS閉合的循環(huán)動作，在每一個閉合或分斷結(jié)束后，均可通過操動機構(gòu)限位，不會出現(xiàn)動觸頭運動不到位或行程過大等問題。

為了滿足空間結(jié)構(gòu)要求，三工位隔離開關(guān)主導體采用了異形結(jié)構(gòu)鑄鋁件， 并在傳動部分結(jié)構(gòu)處采用三相導整體加工工藝，從而保證了三相同期性的要求，減少了相間傳動間隙，增加了機械可靠性。

1-殼體 2-主母線 3-隔離靜觸頭 4-動觸頭 5-導體制

6-接地靜觸頭 7-盤式絕緣子

2.三工開關(guān)操作機構(gòu)設(shè)計中的常見問題

2.1五防聯(lián)鎖

（1）三工位開關(guān)操作手柄插人至手動操作軸時，不能手動或電動對斷路器進行合閘操作。

（2）只有當三工位開關(guān)在某個特定（指合閘、分閘、接地三個工位）的位置時，才能進行斷路器的合閘操作。

（3）只有當斷路器處于分閘位置或狀態(tài)時，三工位開關(guān)的操作手柄才能插入手動操作軸并進行操作。

2.2手動操作力矩超標

三工位開關(guān)的操作一般采用電動或手動，但是，若手動操作時操作軸和驅(qū)動電機之間存在運動牽連，其操作力將會增大且存在電機逆向發(fā)電的情況，嚴重的會縮短使用壽命且容易引起二次線故障。一般，需要在手動操作和電動操作之間增加離合器裝置來解決以上問題。

2.3直流電機運動慣性引起的運動過位

在電動操作過程中，直流電機在切斷電源的瞬間，由于慣性的存在，電機不可能馬上停下來，往往會繼續(xù)旋轉(zhuǎn)一定的角度，并帶動操作機構(gòu)的傳動與控制部分的運動部件隨之運動，造成過位現(xiàn)象，嚴重的會使電氣控制部分（超出行程開關(guān)的有效行程范圍）失靈。常規(guī)的解決方法是增加機械制動（剎車）裝置。但該方法因為結(jié)構(gòu)比較復雜，一般不作為首選方案。本文將要描述的是在直流電機的驅(qū)動回路中改變接線方式，使其達到制動效果

3.對策措施

3.1五防聯(lián)鎖的設(shè)計

聯(lián)鎖功能主要通過圖2所示的幾個功能部件實現(xiàn)。其簡要過程如下：

（1）當三工位開關(guān)不在某個特定位置時（指合閘、分閘、接地三個工位），凸輪3上的位置凹槽與拐臂2上的半圓型凸臺不能吻合，聯(lián)鎖板1將被拐臂2下方的凸臺限位，活門5無法關(guān)閉，傳動件7后續(xù)連接的行程開關(guān)與聯(lián)鎖裝置不能獲得有效的工作行程，運動無法啟動，因而斷路器不能進行手動或者電動合閘。

（2）當斷路器處于合閘位置時，聯(lián)鎖銷6將處于圖2所示位置，活門5被可靠限位，無法打開，操作手柄不能插入至手動操作軸。

注：1一聯(lián)鎖板；2一拐臂；3一凸輪；4一拉簧5一活門；6一聯(lián)鎖銷；7一傳動件

（3）當斷路器處于分閘位置或分閘狀態(tài)時，聯(lián)鎖銷6將向圖示下方運動給定的位移（確?；铋T5可自由開啟），此時活門5可以被靈活地開啟，進行相關(guān)的操作。

3.2離合器的設(shè)計

在進行手動操作時，由操作手柄啟動離合器裝置，從而在操作過程中脫掉和電機相連的鏈輪；在進行電動操作時，該鏈輪位置自動恢復。圖3是該裝置的工作原理簡介。

注：1一聯(lián)鎖軸；2一從動旋轉(zhuǎn)軸；3一主動旋轉(zhuǎn)軸4一鏈條；5一直流電機；6一從動旋轉(zhuǎn)軸；7一復位彈簧；8一傳動銷；9一聯(lián)鎖鏈輪

手動操作時：操作手柄插入手動操作軸，同時聯(lián)鎖軸1將被向下壓入一定距離，傳動銷8與聯(lián)鎖鏈輪9（通過光孔空套在主動旋轉(zhuǎn)軸3上）完全脫開（圖3所示1狀態(tài)）；這時旋轉(zhuǎn)操作手柄，聯(lián)鎖鏈輪9打滑，與之通過鏈條相連直流電機5將不能獲得轉(zhuǎn)動功率，手動操作力矩將大大減小，可輕松操作。

電動操作時：直流電機5通過鏈條4將功率傳遞給聯(lián)鎖鏈輪9，聯(lián)鎖鏈輪9旋轉(zhuǎn)；當運動到其上自帶的凹槽與傳動銷8吻合的位置時，聯(lián)鎖軸1連同傳動銷8在復位簧7的作用下，向圖3所示上方運動，傳動銷卡人凹槽，與聯(lián)鎖鏈輪9嚙合，將會帶動主動旋轉(zhuǎn)軸3轉(zhuǎn)動；隨之將運動傳遞給與其有運動關(guān)聯(lián)的部件，以實現(xiàn)其操作功能。

3.3短接制動方案設(shè)計

本設(shè)計方案在直流電機驅(qū)動回路中，并聯(lián)了另一支路，并在該支路中將控制直流電機正或反轉(zhuǎn)的質(zhì)量接觸器Z1、Z2的常閉觸點（其中S8為手動或電動操作切換用行程開關(guān)）串聯(lián)接入。其工作原理簡要介紹如下。

按下正轉(zhuǎn)回路按鈕TA，直流接觸器Z1線圈得電，Z1常開觸點（包含控制回路與電機驅(qū)動回路）得電吸合，直流電機正轉(zhuǎn)，控制、驅(qū)動回路都接通，電機正轉(zhuǎn)。當運動至合閘位置時，位置開關(guān)S4閉合，與之串聯(lián)的繼電器K4線圈得電，其串聯(lián)在正轉(zhuǎn)控制回路中的常閉觸點K4釋放，正轉(zhuǎn)控制回路被切斷。直流接觸器z1線圈失電，Z1常開觸點再次斷開（包含控制回路與電機驅(qū)動回路），7，1常閉觸點吸合。此時直流電機的正負極被短接，并與線圈z1、Z2、行程開關(guān)s8的常閉觸點形成一個閉合回路。由于斷開電源后轉(zhuǎn)子尚有剩余磁場，而且轉(zhuǎn)子依靠自己的慣性仍在轉(zhuǎn)動，形成旋轉(zhuǎn)磁場，轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)磁場使定子繞組內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電流；該電流將在電機內(nèi)部產(chǎn)生一個與慣性旋轉(zhuǎn)方向相反的旋轉(zhuǎn)磁場，使電機內(nèi)部產(chǎn)生很大的阻尼磁場，直流電機將會快速制動。反轉(zhuǎn)回路制動的控制原理同上。

4.結(jié)束語

根據(jù)以上組成結(jié)構(gòu)與試驗結(jié)果可以看出， 該設(shè)計結(jié)構(gòu)新穎， 技術(shù)參數(shù)高。試驗結(jié)果表明，該操作機構(gòu)手動操作輕松省力，電動操作動作準確可靠，防誤功能強，滿足現(xiàn)場使用要求。該操作機構(gòu)現(xiàn)已配套應(yīng)用于新開發(fā)的12.0～40.5kV氣體絕緣中壓開關(guān)柜（C-GIS）中，并在多個工程中成功應(yīng)用，取得了良好的經(jīng)濟效益。

【參考文獻】

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